DE102005018834A1

DE102005018834A1 - System und Verfahren zur Bestimmung einer aktuellen Kraftfahrzeugposition und einer aktuellen Ausrichtung eines Kraftfahrzeugs

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Publication number: DE102005018834A1
Application number: DE102005018834A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Bentz; Sascha Dr.-Ing. Paasche; Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt; Gernot Prof. Dr.-Ing. Spiegelberg; Armin Dr.-Ing. Sulzmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-10-26

Abstract

System zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition (x¶n¶, y¶n¶) und einer aktuellen Ausrichtung (psi¶n¶) eines Kraftfahrzeuges (1) mit einer Transpondereinheit (7), die an eine Transponderantenne (6) angeschlossen ist, zur Erfassung einer Position (x¶i¶, y¶i¶) eines Transponders (5¶i¶), der von dem Kraftfahrzeug passiert wird, sowie zur Erfassung eines Abstandes (R¶i¶) des Transponders (5¶i¶) zu der Transponderantenne (6) und mit einer Berechnungseinheit (8), die, ausgehend von der erfassten Position (x¶i¶, y¶i¶) und dem erfassten Abstand (R¶i¶) des Transponders (5¶i¶), mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen die aktuelle Ausrichtung (psi¶n¶) und die aktuelle Fahrzeugposition (x¶n¶, y¶n¶) des Kraftfahrzeuges (1) iterativ berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition und einer aktuellen Ausrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Die Automatisierung von Kraftfahrzeugen ist in den letzten Jahren immer weiter vorangeschritten. Es werden neben den bekannten Systemen Antiblockiersystem (ABS), Antriebsschlupfregelungen (ASR) und elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) immer mehr weitere Fahrerassistenzsysteme, beispielsweise Abstandswarner und dergleichen serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingebaut.
Im Bereich der Transportlogistik besteht der Wunsch die Transportvorgänge soweit wie möglich automatisiert ablaufen zu lassen, sodass hierdurch kürzere Umschlagzeiten erreicht und Personalkosten eingespart werden können. Insbesondere in Warenumschlagplätzen, wie Speditionshöfen, wird durch nicht zielgerichtete Führung der Transportfahrzeuge und durch umständliches Rangieren die notwendige Umschlagzeit erhöht. Zur Optimierung der Transportwege der Kraftfahrzeuge innerhalb eines Warenumschlagplatzes ist es notwendig die aktuelle Fahrzeugsposition der auf dem Gelände befindlichen Kraftfahr zeuge zuverlässig zu bestimmen. Ferner ist es notwendig die Ausrichtung der Kraftfahrzeuge auf dem Gelände zur Wegeplanung, zum Rangieren und zur Verkehrssteuerung auf dem Gelände zu bestimmen.

Aus der DE 695 06 762 T2 ist es bekannt, dass die relative Position eines Fahrzeugs bezüglich eines festen Ortspunktes mittels eines Transponders ermittelt werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System und ein Verfahren zur zuverlässigen Bestimmung sowohl einer aktuellen Fahrzeugposition als auch einer aktuellen Ausrichtung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den im Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 23 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung schafft ein System zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition und einer aktuellen Ausrichtung eines mit dem System ausgerüsteten Kraftfahrzeugs. Das System umfasst:

(a) eine Transpondereinheit, die eine Transponderantenne aufweist, zur Erfassung der Position eines Transponders, der von dem Kraftfahrzeug passiert wird, sowie zur Erfassung des Abstandes des Transponders zu der Transponderantenne und
(b) eine Berechnungseinheit, die ausgehend von der erfassten Position und dem erfassten Abstand des Transponders mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen die aktuelle Ausrichtung und die aktuelle Fahrzeugposition des Kraftfahrzeugs iterativ berechnet.

Die Ermittlung des Abstands zwischen dem Transponder und der Transponderantenne basiert dabei auf der Ermittlung der Laufzeit eines zwischen dem Transponder und der Transponderantenne übertragenen Signals.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird ein Transponder beim Passieren des Kraftfahrzeugs aktiviert und sendet eine Transponderidentifikation an die Transponderantenne der Transpondereinheit.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der passierte Transponder durch ein von der Transponderantenne ausgestrahltes elektrisches Feld energetisch versorgt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist der Transponder in einer von dem Kraftfahrzeug befahrenen Fahrbahn verlegt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems überträgt die Transpondereinheit die empfangene Transponderidentifikation über einen weiteren CAN-Bus an die Berechnungseinheit.

Die Berechnungseinheit weist vorzugsweise einen Speicher auf, in dem zu jeder Transponderidentifikation die vermessenen Koordinaten des zugehörigen Transponders gespeichert sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird die Transponderantenne durch eine Differenzantenne gebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Transpondereinheit und die Berechnungsein heit in einem Steuergerät integriert, das in dem Kraftfahrzeug angebracht ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems überträgt die Berechnungseinheit die berechnete aktuelle Fahrzeugposition des Kraftfahrzeugs über einen weiteren CAN-Bus an ein CAN-Gateway.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems verpackt das CAN-Gateway die erhaltene aktuelle Fahrzeugposition als Nutzdaten in Ethernet-Datenpakete und überträgt diese an einen ersten WLAN-Accesspoint, der ebenfalls an dem Kraftfahrzeug angebracht ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sendet der erste WLAN-Accesspoint die Fahrzeugpositionsdaten als Funksignal an einen zweiten WLAN-Accesspoint.

Dieser zweite WLAN-Accesspoint ist vorzugsweise an einen Leitrechner angeschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ermittelt die Transpondereinheit während einer Geradausfahrt beim Passieren von zwei Transpondern die Abstände der Transponder zu der Transponderantenne jeweils zum Zeitpunkt des Passierens des jeweiligen Transponders und die Berechnungseinheit berechnet die Differenz zwischen den ermittelten Abständen sowie den Abstand zwischen den beiden Transpondern und ermittelt aus der berechneten Differenz und aus dem Abstand zwischen den Transpondern die relative Ausrichtung des Kraftfahrzeugs bezüglich einer durch die beiden Transponder hindurchgehenden Verbindungslinie als Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und der Verbindungslinie.

Dabei wird die relative Ausrichtung Ψ des Kraftfahrzeugs nach dem Passieren des letzten der beiden Transponder vorzugsweise wie folgt berechnet:

mit ΔR = Ri – Ri–1

Hierbei bezeichnen x_i _– ₁, y_i– ₁ und x_i, y_i die gespeicherten Koordinaten der beiden Transponder und R_i– ₁ und R_i die ermittelten Abstände der Transponder zu der Transponderantenne jeweils zum Zeitpunkt des Passierens des jeweiligen Transponders.

Mit der so ermittelten relativen Ausrichtung des Fahrzeugs berechnet die Berechnungseinheit in einer bevorzugten Ausführungsform die aktuelle Fahrzeugposition des Kraftfahrzeugs beim Passieren des letzten der beiden Transponder wie folgt:

Hierbei bezeichnen x_i, y_i die gespeicherten Koordinaten des letzten der beiden Transponder, R_i den Abstand dieses Transponders zu der Transponderantenne Ψ die aktuell ermittelte relative Ausrichtung des Kraftfahrzeugs ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems berechnet die Berechnungseinheit die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs nach dem Passieren eines Transponders iterativ mit den folgenden Berechnungsgleichungen: xn = xn –1 + KV·Vn– 1·Δt sin (Ψn –1) yn = yn –1 + KV·Vn – 1·Δt cos (Ψn –1)

wobei δ_V _n der Vorderrad-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, Δt ein Zeitintervall zwischen zwei Iterationsschritten, V_n die Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, K_V ein berechneter Beladungsfaktor zur Berücksichtigung eines Beladungszustandes des Kraftfahrzeuges und n ein Iterationsindex sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Systems berechnet die Berechnungseinheit die Position und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs iterativ, bis das Kraftfahrzeug einen weiteren, nunmehr aktuellen Transponder passiert, wobei die Berechnung iterativ durchgeführt wird ausgehend von der Position und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs beim Passieren eines vorherigen Transponders. Die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs beim Passieren des vorherigen Transponders kann dabei entweder auf der Basis des vorherigen Bewegungsverlaufs berechnet werden oder, falls das Verfahren gerade gestartet wurde, als Startwert frei gewählt werden. Die Berechnungseinheit berechnet weiterhin anhand der berechneten Position des Kraftfahrzeugs beim Passieren des aktuellen Transponders, der tatsächlichen Position des aktuellen Transponders und der Position des Kraftfahrzeugs beim Passieren des vorherigen Transponders einen Korrekturwinkel, der zu der berechneten Ausrichtung beim Passieren des aktuellen Transponders hinzuaddiert wird, um einen genaueren Wert für die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs zu erhalten. Hierdurch werden Iterationsfehler oder Fehler aufgrund der Wahl des Startwerts für die Ausrichtung kompensiert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Berechnungseinheit an ein Vorderrad-Modul angeschlossen und erhält von dieser den Vorderrad-Lenkwinkel, wobei das Vorderrad-Modul den über den CAN-Bus empfangenen Lenkradwinkel mittels einer gespeicherten Lenkwinkeltabelle in den Vorderradwinkel umwandelt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Berechnungseinheit an ein Geschwindigkeitsmodul angeschlossen und erhält von dieser die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, wobei das Geschwindigkeitsmodul in Abhängigkeit von einer über einen CAN-Bus empfangenen ABS-Geschwindigkeit entweder die empfangene ABS-Geschwindigkeit oder eine von einem Inkrementalgeber erzeugte Inkrementalgebergeschwindigkeit an die Berechnungseinheit abgibt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems legt das Geschwindigkeitsmodul die Inkrementalgebergeschwindigkeit an die Berechnungseinheit ab, wenn die empfangene ABS-Geschwindigkeit einen einstellbaren Schwellenwert unterschreitet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Berechnungseinheit an ein Beladungsfaktor-Berechnungsmodul zur Berechnung des Beladungsfaktors angeschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Berechnungseinheit an ein Gierwinkelkorrekturmodul angeschlossen.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition und einer aktuellen Ausrichtung des Kraftfahrzeugs mit den folgenden Schritten, nämlich

(a) Erfassen und Zwischenspeichern einer Position eines von dem Kraftfahrzeug passierten, insbesondere überfahrenen Transponders und eines Abstandes des Kraftfahrzeuges von dem passierten Transponder, wobei die Abstandserfassung auf einer Signallaufzeiterfassung basiert.
(b) Iteratives Berechnen der aktuellen Fahrzeugposition und der aktuellen Ausrichtung des Kraftfahrzeuges mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen ausgehend von der erfassten Position des zuletzt passierten Transponders, dem erfassten Abstand des Kraftfahrzeugs zu diesem Transponder und einer als Startwert ermittelten oder gewählten Ausrichtung des Kraftfahrzeugs beim Passieren dieses Transponders.
(c) Durchführen der iterativen Berechnung bis der nächste Transponder als nunmehr aktueller Transponder passiert wird.
(d) Berechnen eines Korrekturwinkels zur Korrektur der iterativ berechneten aktuellen Ausrichtung des Kraftfahrzeugs auf der Basis der iterativ berechneten aktuellen Position des Kraftfahrzeugs, der erfassten Positionen des aktuellen und davor passierten Transponders und der erfassten Abstände zu diesen Transpondern.

Als Startwert der Ausrichtung wird vorteilhafterweise ein in einem vorherigen Zeitabschnitt berechneter Wert der Ausrichtung gewählt oder, falls eine solche Berechnung noch nicht durchgeführt wurde, ein frei gewählter Wert, beispielsweise der Wert Null. Der anschließend berechnete Korrekturwinkel wird zu der iterativ berechneten Ausrichtung des Kraftfahrzeugs hinzuaddiert. Hierdurch werden Iterationsfehler kompensiert, aber auch Fehler, die auf einer ungenauen Berechnung oder Wahl des Startwerts der Ausrichtung basieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden folgende Schritte durchgeführt, um genaue Ausgangswerte für die iterative Berechung der Ausrichtung und Position des Kraftfahrzeugs zu erhalten:

(e) Berechnen einer relativen Ausrichtung des Kraftfahrzeugs bezüglich der Lage zweier während einer Geradeausfahrt passierten Transponder anhand der erfassten Positionen dieser Transponder und der ermittelten Abstände des Kraftfahrzeugs zu diesen Transpondern.
(f) Berechnen der Position des Kraftfahrzeugs beim Passieren des letzten dieser beiden Transponder auf der Basis des erfassten Abstands zu diesem Transponder und der ermittelten relativen Ausrichtung des Kraftfahrzeugs.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition oder einer aktuellen Ausrichtung eines Kraftfahrzeugs unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung der erfindungswesentlichen Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug mit dessen Ausrichtung bzw. Gierwinkel;
2 ein Kraftfahrzeug, welches in der Fahrbahn vorgesehene Transponder passiert, zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems;
3 eine Frontalansicht eines Kraftfahrzeugs, welches einen Transponder überfährt, zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems;
4 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems;
5 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems;
6 ein Diagramm zur Verdeutlichung der linearen Bewegung eines Kraftfahrzeugs und zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems;
7 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Positionsbestimmung des Kraftfahrzeugs beim Passieren eines Transponders gemäß der Erfindung;
8 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Bestimmung eines Gierwinkels bei gerader Fahrt des Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung;
9 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Winkelabgleichs bei beliebiger Fahrt des Kraftfahrzeugs bei dem erfindungsgemäßen System;
10 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung einer aktuellen Ausrichtung und einer aktuellen Fahrzeugposition eines Kraftfahrzeugs;
11 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition und einer aktuellen Ausrichtung eines Kraftfahrzeugs;
12 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Positionsbestimmungssystems;
13 ein Blockschaltbild eines Simulationsmodells zur Berechnung einer aktuellen Positionskoordinate gemäß der Erfindung;
14 ein Blockschaltbild eines Simulationsmodells für das Geschwindigkeitsmodul gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
15 ein Zustandsdiagramm des in 14 dargestellten Geschwindigkeitsmoduls;
16 ein Diagramm zur Darstellung der Transponderabweichung bei dem erfindungsgemäßen System;
17 ein Blockschaltbild eines simulierten Transpondermoduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
18 ein Blockschaltbild eines Simulationsmodells für die Gierwinkelkorrektur und die Beladungsfaktor-Berechnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
19 ein Zustandsdiagramm für die Gierwinkelkorrektur gemäß der in 18 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit verschiedenen Bewegungsachsen. Eine Drehung um die Längsachse x wird als so genanntes Wanken bezeichnet. Eine Drehung des Kraftfahrzeugs um die Querachse y bezeichnet man als Nicken. Eine Drehung um die Hochachse z des Kraftfahrzeugs wird Gieren genannt. Dementsprechend ist ein Wankwinkel κ, Nickwinkel φ und ein Gierwinkel Ψ definiert. Der Gierwinkel Ψ, im Folgenden auch Ausrichtung genannt, bezeichnet den Winkel zwischen der Längsachse des Kraftfahrzeugs und einer vorgegebenen Referenzrichtung. Die Positionsbestimmung der Ausrichtung des Kraftfahrzeugs bei dem erfindungsgemäßen System erfolgt auf der Grundlage des so genannten Einspurmodells. Hierbei werden die beiden Räder einer Fahrzeugachse in der Mitte gedanklich verbunden. Im Einspurmodell wird angenommen, dass kein Wanken des Fahrzeugs auftritt, da jeweils die Räder einer Achse zu einem Rad zusammengefasst sind. Nickbewegungen des Fahrzeugs werden ebenfalls vernachlässigt.
Zur Beschreibung der Fahrzeugbewegung des Kraftfahrzeugs wird von einer so genannten Ackermann-Lenkgeometrie ausgegangen, das heißt die Räder stehen senkrecht zum Kurvenmittelpunkt. Bei niedriger Fahrzeugsgeschwindigkeit wird ferner davon ausgegangen, dass der Schlupf der Räder vernachlässigbar ist. Zudem wird angenommen, dass die Fahrzeugsgeschwindigkeit und der Lenkwinkel in einem vorbestimmten Zeitintervall konstant sind. Die Bewegung des Kraftfahrzeugs in Richtung des Gierwinkels ist zudem linear.
Für die Bestimmung der so genannten „POSE" (Position, Ausrichtung) eines Kraftfahrzeugs sind dessen Koordinaten und dessen Ausrichtung bzw. Gierwinkel zu bestimmen. Bei herkömmlichen Systemen wird für jede dieser Größen eine eigene Referenz benötigt. Bei einem erfindungsgemäßen System wird auf eine derartige Referenz verzichtet. Die Ausrichtung bzw. der Gierwinkel und die Positionsdaten des Fahrzeugs werden bei dem Erfindungssystem mit Hilfe der so genannten Odometrie (Koppelnavigation) bestimmt. Unter Odometrie versteht man im Allgemeinen die Möglichkeit zu bestimmten Zeitpunkten die Position, Ausrichtung und den Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Als Eingangsgrößen dienen Messgrößen aus dem Fahrwerk, wie beispielsweise Raddrehung, Fahrtrichtung etc., und aus dem Lenksystem, wie beispielsweise Radlenkwinkel und Lenkradwinkel usw.
Bei dem erfindungsgemäßen System zur Positionsbestimmung sind zwei Fälle zu unterscheiden. Beim Überfahren bzw. Passieren eines Transponders kann die Fahrzeugposition des Kraftfahrzeugs zu diesem Zeitpunkt relativ genau bestimmt werden. Nachdem das Kraftfahrzeug den Transponder TP passiert hat und sich weiter bewegt wird bei dem erfindungsgemäßen System die Position des Kraftfahrzeugs ausgehend von der erfassten Position des zuletzt überfahrenen Transponders mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen iterativ auf Grundlage zusätzlicher Eingangs- bzw. Sensorsignale berechnet. Bei den Eingangssignalen handelt es sich insbesondere um den Lenkradwinkel δ_Vn der Vorderräder und um die Fahrzeuggeschwindigkeit V des Kraftfahrzeugs. Die Betrachtung der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Lenkwinkel δ_V des Kraftfahrzeugs ist es möglich die zurückgelegte Fahrbahn zu bestimmen, indem die Wegstücke die das Kraftfahrzeug in einem Zeitintervall Δt zurückgelegt, aufsummiert werden.
2 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in dem ein erfindungsgemäßes System 2 zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition und einer aktuellen Ausrichtung ψ des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeug 1 bewegt sich mit einer Fahrzeugsgeschwindigkeit V mittels Rädern 3a, 3b auf einer Fahrbahn 4. In der Fahrbahn 4 sind bei einer bevorzugten Ausführungsform Transponder 5 verlegt. In einer alternativen Ausführungsform befinden sich die Transponder 5 neben oder über der Fahrbahn 4. Die Koordinaten (x_i, y_i) der Transponder 5 sind vorab vermessen worden und bekannt.
3 zeigt das in 2 dargestellte Kraftfahrzeug 1 von vorne. Die Transpondereinheit 2 weist eine Transponderantenne 6, welche die Position des von dem Kraftfahrzeug 1 gerade passierten Transponders 5 und den Abstand dieses Transponders 5 zu der Transponderantenne 6 erfasst. Der Transponder 5 wird beim Passieren bzw. Überfahren durch das Kraftfahrzeug 1 aktiviert und sendet eine Transponderidentifikation zur Transponderantenne 6 aus. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Transponder 5 passive Transponder, die beim Passieren des Kraftfahrzeugs 1 energetisch durch ein von der Transponderantenne 6 ausgestrahltes elektrisches Feld mit Energie versorgt werden. In einer Transponderspule des Transponders wird durch das elektrische Feld ein Strom induziert. Damit wird ein Sender des Transponders 5 mit Energie versorgt, der seine Identifikation an die Transponderantenne 6 sendet. Bei der Transponderantenne 6 handelt es sich vorzugsweise um eine Differenzantenne.
4 zeigt die so genannte Ackermann-Lenkgeometrie, bei der sich die Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs auf einem Kreisabschnitt mit einem Radius R um einen Momentanpol unter Vorraussetzung einer schlupffreien Fahrt und unter Verwendung des Einspurmodels bewegen. Diese Geometrie wird als Modell der Ermittlung von Bewegungsgleichungen zugrunde gelegt. Mittels des Lenkwinkels δ und der Länge l des Kraftfahrzeugs 1 ist es möglich den gefahrenen Radius r zu bestimmen. Mit Kenntnis des Radius r, der momentanen Fahrzeiggeschwindigkeit V und der Länge eines Zeitintervalls Δt kann die zurückgelegte Strecke S auf einem Kreisabschnitt und somit auch die Drehung des Kraftfahrzeugs 1 in diesem Zeitintervall Δt bestimmt werden, wie dies in 5 dargestellt ist. Somit ergibt sich folgende Bewegungsgleichung für den Gierwinkel ψ_n: ψn = ψn –1 + Vn –1·Δt·sin δn–1/l (1)
Für die Bestimmung der Position des Kraftfahrzeugs 1 wird bei dem erfindungsgemäßen System 2 von einer linearen Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 ausgegangen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeugs 1 sich stückweise auf einer Geraden bewegt, wobei sich nach jedem Zeitintervall Δt die Ausrichtung ψ des Kraftfahrzeugs 1 gemäß oben angegebener Gleichung ändert.
6 zeigt die stückweise lineare Bewegung des Kraftfahrzeugs 1. Daraus sind folgende Bewegungsgleichungen für die Koordinaten x, y des Kraftfahrzeugs ableitbar: Xn = Xn –1 + Vn_1·Δt·cos (ψn –1) (2) Yn = Yn –1 + Vn –1·Δt·sin (ψn –1) (3)
Die Eingangsgrößen der obigen Bewegungsgleichung (1) bis (3) sind der Lenkwinkel δ der Vorderräder und die Fahrzeuggeschwindigkeit V des Kraftfahrzeugs 1. Die Ausgangsgrößen der Bewegungsgleichung sind die Position bzw. Koordinaten x_n, y_n und die Ausrichtung ψ_n des Kraftfahrzeugs 1. Der Index n bezeichnet einen Iterationsindex.
Zum Zeitpunkt der Überfahrt des Transponders 5 durch das Kraftfahrzeug lässt sich die Position des Kraftfahrzeugs 1 zu diesem Zeitpunkt sehr genau bestimmen, wie dies in 7 verdeutlicht ist. Allerdings ist dadurch noch kein Abgleich des Gierwinkels ψ bzw. die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 1 möglich. Die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs wird beim Passieren der Transponders 5 mit einem Lenkradwinkel null wie folgt berechnet:
wobei x_i, y_i die gespeicherten Koordinaten des einem Zählindex i zugeordneten Transponders 5_i,
R_i der Abstand des Transponders 5_i zu der Transponderantenne 6 beim Passieren des Transponders und
ψ die relative Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich der Lage der Transponder 5_i_₁ , 5_i ist.
Die relative Ausrichtung ψ des Kraftfahrzeugs 1 beim Passieren der Transponder 5_i_₁ , 5_i in einer Geradeausfahrt wird, wie in 8 verdeutlicht, wie folgt berechnet:
wobei ΔR = Ri–Ri–1 (6)
8 zeigt eine gerade Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 zwischen zwei Transpondern 5_i–1 , 5_i . Das Kraftfahrzeug 1 befindet sich zunächst auf einem Kreispunkt um den ersten Transponder 5_i–1 herum und dann auf einem Kreispunkt um den zweiten Transponder 5_i herum. Die einzige Möglichkeit der Verbindung der beiden Kreise besteht in einer Tangenten, die an beiden Kreisen anliegt. Hierbei stellt der Berührungspunkt am zweiten Kreis die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 1 bei Überfahrt des zweiten Transponders 5_i dar. Hierdurch kann die Position und die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 1 mit den oben angegebenen Gleichungen bestimmt werden. Bei der angegebenen Ausrichtungsbestimmung und für die Berechnung sind keine odometrischen Messdaten notwendig. Es werden nur Größen verwendet, die mit einer absoluten Genauigkeit bestimmbar sind. Der in 8 dargestellte Fall bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs 1 kommt insbesondere in einer Situation vor, bei der das Kraftfahrzeug 1 auf ein Speditionsgelände fährt.
Für den zweiten Fall, dass das Kraftfahrzeug einen Lenkwinkel δ > 0 hat bzw. dass das Kraftfahrzeug während der Fahrt gelenkt wird, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen System ein Winkelabgleich, wie er in 9 schematisch angedeutet ist. M gibt die anhand der Bewegungsgleichungen iterativ berechnete Position des Kraftfahrzeugs bei der Überfahrt des zweiten Transponders an. Für diesen Ort erhält man einen berechneten Wert Ψ_2M für die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 1. Die berechnete Position weicht von der tatsächlichen Position (Endpunkt des gestrichelt dargestellten Pfeils) um einen Korrekturwinkel Δφ ab. Der gesuchte tatsächliche Gierwinkel ψ₂ beim Passieren des Transponders 5_i ergibt sich aus der Summe des laut Modell berechneten Gierwinkels Ψ_2M bei der Überfahrt des zweiten Transponders 5_i und dem Korrekturwinkel Δφ: ψ2 = ψ2M + Δφ. (7)
Der Korrekturwinkel Δφ ist derjenige Winkel, der von zwei Geraden aufgespannt wird, wobei die beiden Geraden sich in der Position des Kraftfahrzeugs beim Überfahren des Transponders 5_i–1 schneiden und jeweils durch die berechnete bzw. tatsächliche Position des Kraftfahrzeugs beim Überfahren des Transponders 5_i hindurchgehen.
Für die Winkelkorrektur werden bei dem erfindungsgemäßen System odometrische Messdaten eingesetzt.
10 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems 2 zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition x_n, Y_n und einer aktuellen Ausrichtung ψ_n des Kraftfahrzeugs 1.
Das erfindungsgemäße System 2 zeigt eine Transpondereinheit 7, welche an eine Transponderantenne 6 angeschlossen ist. Die Transpondereinheit 7 erfasst die Position eines von dem Kraftfahrzeugs 1 passierten Transponders 5. Darüber hinaus erfasst die Transpondereinheit 7 den Abstand R_i zu der Querachse der Transponderantenne 6. Diese Daten liefert die Transpondereinheit 7 über Datenleitungen an eine Berechnungseinheit 8 des erfindungsgemäßen Systems 2. Die Berechnungseinheit 8 berechnet ausgehend von der erfassten Position x_i, y_i und dem erfassten Abstand R_i des Transponders 5_i mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen die aktuelle Ausrichtung ψ_n und die aktuelle Fahrzeugsposition x_n, y_n des Kraftfahrzeugs 1. Die Berechnung erfolgt iterativ mittels der vorgegebenen Bewegungsgleichungen. Die ausgegebenen Positionsdaten und Ausrichtungsdaten werden in einem Speicher 9 des erfindungsgemäßen System 2 zwischengespeichert und für den nächsten iterativen Berechnungsaschritt zu der Berechnungseinheit 8 zur Verfügung gestellt.
Die Berechnungseinheit 8 berechnet bei einer Geradeausfahrt über zwei Transponder 5_i_₁ , 5_i die Position und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 1 beim Überfahren des letzten dieser beiden Transponder 5_i anhand der Gleichungen (4) und (5). Diese Werte werden anschließend als Ausgangswerte für eine iterative Berechnung der aktuellen Position x_n, y_n und Ausrichtung Ψ_n des Kraftfahrzeugs verwendet. Die iterative Berechnung erfolgt mit folgenden Gleichungen: Xn = Xn –1 + KV·Vn –1 Δt sin(Ψn –1) (8) yn = Yn –i + KV·Vn–1·Δt cos(Ψn –1) (9)
wobei

δ_V _n: der Vorderrad-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs 1,
Δt: ein Zeitintervall zwischen zwei Iterationsschritten,
V_n: die Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 1,
K_V: ein berechneter Beladungsfaktor zur Berücksichtung eines Beladungszustandes des Kraftfahrzeuges 1 und
n: ein Iterationszähler ist.

Die Gleichungen (8) bis (10) stellen Verbesserungen der Gleichungen (1) bis (3) dar. Sie unterscheiden sich von den Gleichungen (1) bis (3) lediglich durch den Beladungsfaktor K_V. Dieser Faktor wurde eingeführt, da die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch eine Raddrehzahlmessung ermittelt wird und somit von den Radradien abhängig ist und da die Radradien sind ihrerseits von dem Beladungszustand des Kraftfahrzeugs sind. Durch den Beladungsfaktor wird somit der Beladungseinfluss auf die Ergebnisse der Geschwindigkeitsmessung kompensiert, so dass die Gleichungen (8) bis (10) genauere Ergebnisse als die Gleichungen (1) bis (3) liefern.
11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Systemarchitektur für das erfindungsgemäße System 2 zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition und der aktuellen Ausrichtung ψ eines Kraftfahrzeugs 1. Das Fahrzeugspositionsbestimmungssystem 2 ist an einen Fahrzeug-CAN-Bus (IES-CAN) angeschlossen und erhält über diesen Bus Fahrzeugdaten, wie die durch ein ABS-System übermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit V_ABS und den Lenkradwinkel δ_n. Die Transponderantenne 6 liefert über einen eigenständigen Antennen-CAN-Bus 11 die Transponderidentifikation des überfahrenen Transponders 5_i bzw. dessen Seriennummer, sowie die Abweichung R_i des überfahrenen Transponders 5i zur Antennenmitte. Die in 12 dargestellte Transpondereinheit 7 innerhalb des Fahrzeugpositionsbestimmungssystems 2 weist vorzugsweise einen Speicher auf, in dem zu jeder Transponderidentifikation die vermessenen Koordinaten x_i, y_i des zugehörigen Transponders 5_i gespeichert sind. Die Transpondereinheit 7 übersetzt die überfahrene Seriennummer des überfahrenen Transponders 5_i die gespeicherten Koordinaten und liefert diese an die Berechnungseinheit 8. Eine Trennung der beiden CAN-Busse 10, 11 hat den Vorteil, dass keine Störsignale auf den internen Fahrzeug-CAN-Bus 10 gelangen. Die Transpondereinheit 7 und die Berechnungseinheit 8 sind vorzugsweise in dem Steuergerät 2 integriert, das sich in Kraftfahrzeug 1 befindet. Die Berechnungseinheit 8 innerhalb des Fahrzeugpositionsbestimmungsgeräts 2 überträgt die berechnete aktuelle Fahrzeugsposition und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 1 über einen weiteren CAN-Bus 12 an ein CAN- Gateway 13. Das CAN-Gateway 13 verpackt die erhaltenen Fahrzeugpositionsdaten als Nutzdaten in Ethernet-Datenpakete und überträgt diese über Leitungen 14 an einen ersten WLAN-Accesspoint 15, der ebenfalls in dem Kraftfahrzeug 1 angebracht ist. Der erste WLAN-Accesspoint 15 sendet die Fahrzeugpositionsdaten und Ausrichtungsdaten als Funksignal an einen zweiten WLAN-Accesspoint 16. Dieser überträgt über Leitungen 17 Ethernet-Datenpakete an einen Leitrechner 18. Der Leitrechner 18 wertet die empfangen Positions- und Ausrichtungsdaten aus.
12 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugpositionsbestimmungsgeräts 2. Das Steuergerät 2 enthält eine integrierte Transpondereinheit 7 und eine Berechnungseinheit 8. Das Steuergerät 2 enthält ein Interface 19 zum Empfangen von Fahrzeugdaten bzw. odometrischen Messdaten von dem Fahrzeug-CAN-Bus 10. Das Interface 19 ist ausgangsseitig an die Transpondereinheit 7, an ein Beladungsfaktorberechnungsmodul 20, ein Gierwinkelkorrekturmodul 21 und ein Vorderradmodul 22 angeschlossen. Darüber hinaus liefert das Interface 19 die empfangene ABS-Fahrzeuggeschwindigkeit V_ABS an ein Geschwindigkeitsmodul 23 des Steuergeräts 2. An dem Geschwindigkeitsmodul 23 ist ferner ein Inkrementalgeber 24 angeschlossen, der ein Inkrementalgebergeschwindigkeit V_i _nc an das Geschwindigkeitsmodul 23 liefert. Das Beladungsfaktorberechnungsmodul 20 berücksichtigt den Beladungszustand des Kraftfahrzeugs 1. Im unbeladenen Zustand des Kraftfahrzeugs 1 sind die Reifen 3 des Kraftfahrzeugs weniger stark zusammengedrückt als unter Volllast. Dies führt zu einem Unterschied der Radien der Fahrzeugräder 3. Da die Sensoren des Kraftfahrzeugs 1 nur die Drehzahl n der Räder detektieren, würde dies zu einer Verfälschung der berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit V führen. Daher werden die Bewegungsgleichungen mit einem Beladungsfaktor K_V skaliert, um der Verfälschung des Geschwindigkeitssignals entgegenzuwirken. Dieser Skalierungsfaktor K_V wird durch das Beladungsfaktorberechnungsmodul 22 berechnet und an die Berechnungseinheit 8 abgegeben. Hierzu wird der Weg zwischen zwei überfahrenen Transpondern 5 verglichen, wobei eine mittels odometrischer Daten bestimmte Strecke und einer tatsächlich zurückgelegten Strecke verglichen werden. Der Quotient dieser beiden Strecken ergibt den Beladungsfaktor KV = WegTransponder/WegModell wobei der berechnete Weg nach dem Modell über die Integration der Positionsänderung in jedem Teilschritt berechnet wird und der Weg zwischen den Transpondern 5 einfach ausgemessen wird.
Das Geschwindigkeitsmodul 23 erhält einerseits die ABS-Geschwindigkeit V_ABS von dem Interface 19 und die Inkrementalgebergeschwindigkeit V_INK und dem Inkrementalgeber 24. Das Geschwindigkeitsmodul 23 gibt die Inkrementalgebergeschwindigkeit V_INK als Fahrzeuggeschwindigkeit V an die Berechnungseinheit 8, wenn die empfangene ABS-Geschwindigkeit V_ABS einen einstellbaren Schwellenwert, beispielsweise 2–6 km/h unterschreitet. Der Grund dafür liegt darin, dass die ABS-Sensoren der Fahrzeugräder bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten kein ausreichend genaues Signal liefern. Das Vorderradmodul 22 erhält von dem Interface 19 den Vorderradlenkwinkel δ_V _n und wandelt diesen mittels einer gespeicherten Lenkwinkeltabelle in einen Vorderradlenkwinkel δ_V _n um.
13 zeigt ein Simulationsmodell für die Berechnungseinheit 8 zur Berechnung der Koordinate x des Kraftfahrzeugs 1 mittels der vorgegebenen Bewegungsgleichungen. Die Berechnung der Koordinaten x_n, Y_n, ψ_n wird jeweils getrennt durchgeführt.
Die in 13 dargestellten Blöcke werden durch Schaltwerke implementiert (FSM: Finite State Machine). Das Diff-Signal gibt die Abweichung zwischen der berechneten und der durch die Transponder 5 bestimmten Position an und dient zur Analysezwecken.
14 zeigt ein Simulationsmodell für das Geschwindigkeitsmodul 23.
Aus den Radrehzahlen der linken und rechten Räder 3 wird zunächst ein Mittelwert gebildet, da den erfindungsgemäßen System 2 das Einspurmodell zugrunde liegt. Sobald ein ABS-Geschwindigkeitssignal V_AB _S vorliegt (> 1m/sec) wird ein Umrechnungsfaktor zwischen der ABS-Geschwindigkeit V_ABS und der gemittelten Raddrehzahl N_MITTEL berechnet. Je nach Geschwindigkeitsbereich entscheidet ein weiteres Schaltnetzwerk ob die ABS-Geschwindigkeit V_ABS oder die Inkrementalgebergeschwindigkeit V_INK als Fahrzeuggeschwindigkeit V an die Berechnungseinheit 8 abgegeben wird.
15 zeigt ein Zustandsdiagramm für diesen Entscheidungsvorgang. Es sind drei Zustände Z0, Z1, Z2 mit entsprechenden Übergängen bzw. Bedingungen dargestellt. Im Zustand Z2 liefert das Geschwindigkeitsmodul 23 die Inkrementalgebergeschwindigkeit und im Zustand Z1 die ABS-Geschwindigkeit V_ABS an die Berechnungseinheit 8.
16 verdeutlicht die Funktionsweise der Transpondereinheit 7 innerhalb des Steuergeräts 2. Die von der Transponderantenne 6 gelieferte Transponderidentifikation wird mittels einer gespeicherten Tabelle in die entsprechenden Koordinaten x_i, y_i des Transponders 5 übersetzt. Als weitere Eingangsgrößen behält die Berechnungseinheit 8 die gemessene Abweichung R_i des Transponders 5_i zu der Antenne 6 sowie die Ausrichtung ψ des Kraftfahrzeugs 1.
Die 17 zeigt ein Simulationsmodell der Transpondereinheit 7. Ein VALID-Signal wird vorzugsweise von einer Plausibilitätskontrollberechnungseinheit geliefert und gibt an, ob die von der Antenne 6 berechnete Abweichung R im physikalisch möglichen Rahmen liegt. Die Berechnung wird nur ausgeführt, wenn ein Transponder überfahren wird (Trigger = 1) und wenn ein plausibles Abstandsignal vorliegt. Ist das der Fall, so wird die aktuelle Position x_i, y_i des Transponders 5_i und die Position des zuletzt überfahrenen Transponders x_i _–1, Y_i _–1 geliefert. Nach der Berechnung wird das Positions-Update-Signal für einen Takt auf 1 gelegt, um die Verfügbarkeit der neuen Position zu signalisieren.
18 zeigt ein Simulationsmodell für das Gierwinkelkorrekturmodul 21. Die 19 zeigt ein entsprechendes Zustanddiagramm mit drei Zuständen Z0, Z1, Z2. Abhängig von dem empfangenen Lenkradwinkel δ_V erfolgt die Korrektur bei einem Triggersignal entweder bei Geradeausfahrt (Zustand Z1) oder bei beliebiger Fahrt unter Verwendung odometrischer Messdaten (Zustand Z2). Aus den Eingangssignalen wird der korrigierte Gierwinkel bestimmt und das ψ-Update-Triggersignal wird für einen Takt auf 1 gelegt, um die Übernahme des neuen korrigierten Winkels zu signalisieren. Für die Berechnung des korrigierten Gierwinkel in einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Fallunterscheidung vorgenommen, die je nach Fahrtrichtung (nach Osten oder nach Westen) entsprechende Korrekturen vornimmt.

Claims

System zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition (x_n, y_n) und einer aktuellen Ausrichtung (Ψ_n) eines Kraftfahrzeuges (1) mit: (a) einer Transpondereinheit (7), die an eine Transponderantenne (6) angeschlossen ist, zur Erfassung einer Position (x_i, y_i) eines Transponders (5_i ), der von dem Kraftfahrzeug (1) passiert wird, sowie zur Erfassung eines Abstandes (R_i) des Transponders (5_i ) zu der Transponderantenne (6); und mit (b) einer Berechnungseinheit (8), die ausgehend von der erfassten Position (x_i, y_i) und dem erfassten Abstand (R_i) des Transponders (5_i ) mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen die aktuelle Ausrichtung (Ψ_n) und die aktuelle Fahrzeugposition (x_n, y_n) des Kraftfahrzeugs (1) iterativ berechnet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) eingerichtet ist, die Differenz (ΔR) zwischen zwei Abständen (R_i–1, R_i) zu berechnen, die während einer Geradausfahrt beim Passieren von zwei Transpondern (5_i–1 , 5_i ) als Abstände (R_i–1, R_i) der jewei ligen Transponder (5_i–1 , 5_i ) zu der Transponderantenne (6) jeweils zum Zeitpunkt des Passierens des jeweiligen Transponders (5_i–1 , 5_i ) ermittelt wurden, und dass die Berechnungseinheit (8) weiterhin eingerichtet ist, aus der berechneten Differenz (ΔR) und dem Abstand zwischen den Transpondern (5_i–1 , 5_i ) einen Winkel (Ψ) zwischen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (1) und einer Verbindungslinie zwischen den Transpondern (5_i–1, 5_i ) als relative Ausrichtung (Ψ) des Kraftfahrzeugs (1) bezüglich den Transpondern (5_i–1, 5_i ) zu berechnen.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass, die relative Ausrichtung (ψ) des Kraftfahrzeugs (1) bezüglich den beiden Transpondern (5_i–1, 5_i ) wie folgt berechnet wird:
mit ΔR = Ri – Ri–1 wobei x_i _–1, y_i _–1 und x_i, y_i die Koordinaten der beiden Transponder (5_i–1 , 5_i ) darstellen und R_i–1 und R_i die Abstände der Transponder (5_i–1 , 5_i ) zu der Transponderantenne (6) jeweils zum Zeitpunkt des Passierens des jeweiligen Transponders darstellen.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) die Position (x_n, y_n) des Kraftfahrzeugs (1) zum Zeitpunkt des Passierens des aktuellen Transponders (5_i ) wie folgt berechnet:
wobei x_i, y_i die Koordinaten des aktuell passierten Transponders (5_i ) darstellen, R_i den Abstand des Transponders (5_i ) zu der Transponderantenne (6) darstellt und ψ die berechnete relative Ausrichtung des Kraftfahrzeugs (1) bezüglich des aktuell und davor passierten Transponders (5_i–1 , 5_i ) darstellt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) die aktuelle Position (x_n, y_n) das Kraftfahrzeug (1) nach dem Passieren des Transponders (5_i ) ausgehend von der erfassten Position und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs beim Passieren des Transponders (5_i ) iterativ mit folgenden Bewegungsgleichungen berechnet: Xn = Xn –1 + KV·Vn –1·Δt sin(Ψn –1) Yn = Yn –1 + KV·Vn–1·Δt cos(Ψn –1)
wobei δ_Vn der Vorderrad-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (1) ist, Δt ein Zeitintervall zwischen zwei Iterationsschritten ist, V_n die Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges (1) ist, K_V ein berechneter Beladungsfaktor zur Berücksichtigung eines Beladungszustandes des Kraftfahrzeuges (1) ist, der in einer Vereinfachung der Gleichungen auf den Wert 1 gesetzt werden kann, und n ein Iterationsindex ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) die Position und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs (1) berechnet, bis das Kraftfahrzeug (1) einen aktuellen Transponder (5_i ) passiert, wobei die Berechnung anhand der vorbestimmten Bewegungsgleichungen iterativ durchgeführt wird ausgehend von der Position und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs (1) beim Passieren eines vorherigen Transponders (5_i–1 ), und dass anhand der für den Zeitpunkt des Passierens des aktuellen Transponders (5i) berechneten Position des Kraftfahrzeugs (1), der tatsächlichen Position des aktuellen Transponders (5_i ) und der Position des Kraftfahrzeugs (1) beim Passieren des vorherigen Transponders (5_i–1 ) ein Korrekturwinkel (Δφ) berechnet wird, der der für den Zeitpunkt des Passierens des aktuellen Transponders (5_i ) berechneten Ausrichtung (Ψ_2M) des Kraftfahrzeugs zur Ermittlung der tatsächlichen Ausrichtung (Ψ) des Kraftfahrzeugs (1) additiv überlagert wird.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (5_i ) beim Passieren des Kraftfahrzeugs (1) aktiviert wird und eine Transponderidentifikation (FD) an die Transponderantenne (6) sendet.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (5_i ) beim Passieren des Kraftfahrzeuges (1) energetisch durch ein von der Transponderantenne (6) ausgestrahltes elektrisches Feld versorgt wird.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (5_i ) in einer von dem Kraftfahrzeug (1) befahrenen Fahrbahn (4) verlegt ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transpondereinheit (7) die Koordinaten (x_i, y_i) des Transponders an die Berechnungseinheit (8) überträgt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transpondereinheit (7) einen Speicher aufweist, in dem zu jeder Transponderidentifikation (ID) die vermessenen Koordinaten (x_i, y_i) des zugehörigen Transponders (5_i ) gespeichert sind.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponderantenne (6) eine Differenzantenne ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transpondereinheit (7) und die Berechnungseinheit (8) in einem Steuergerät (2) integriert sind, das in dem Kraftfahrzeug (1) angebracht ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) die berechnete aktuelle Fahrzeugposition (x_n, y_n) des Kraftfahrzeugs (1) über einen CAN-Bus (12) an ein CAN-Gateway (13) überträgt.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das CAN-Gateway (13) die erhaltene Fahrzeugposition (x_n, y_n) als Nutzdaten in Ethernet-Datenpakete verpackt und an einen ersten WLAN-Accesspoint (15) überträgt, der in dem Kraftfahrzeug (1) angebracht ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste WLAN-Accesspoint (15) die Fahzeugpositionsdaten als Funksignal an einen zweiten WLAN-Accesspoint (16) sendet.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite WLAN-Accesspoint (16) an einen Leitrechner (18) angeschlossen ist.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) von einem angeschlossenen Vorderrad-Modul (22) den Vorderrad-Lenkwinkel (δ_V _n) erhält, wobei das Vorderradmodul (22) den über einen zweiten CAN-Bus (10) empfangenen Lenkradwinkel mittels einer gespei cherten Lenkwinkeltabelle in den Vorderrad-Lenkwinkel (δ_Vn) umwandelt.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) von einem angeschlossenen Geschwindigkeitsmodul (23) die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) erhält, wobei das Geschwindigkeitsmodul (23) in Abhängigkeit von einer über den zweiten CAN-Bus (10) empfangenen ABS-Geschwindigkeit (V_ABS) entweder die ABS-Geschwindigkeit (V_A _BS) oder eine Inkrementalgebergeschwindigkeit (V_IN _C) an die Berechnungseinheit (8) abgibt.
System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsmodul (23) die Inkrementalgeschwindigkeit (V_INC) an die Berechnungseinheit (8) abgibt, wenn die empfangene ABS-Geschwindigkeit (V_ABS) einen einstellbaren Schwellenwert unterschreitet.
System einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) den Beladungsfaktor KV von einem angeschlossenen Beladungsfaktorberechnungsmodul (20) erhält.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) an ein Gierwinkelkorrekturmodul (21) angeschlossen ist.
Verfahren zur Berechnung einer aktuellen Fahrzeugposition (x_n, y_n) und einer aktuellen Ausrichtung (ψ_n) eines Kraftfahrzeugs (1) mit den folgenden Schritten: (a) Erfassen und Zwischenspeichern einer Position (x_i _–1, Y_i–1) eines von dem Kraftfahrzeug (1) passierten Transponders (5_i–1 ) und eines Abstandes (R_i–1) des Kraftfahrzeuges (1) von dem passierten Transponder (5_i–1 ); (b) Iteratives Berechnen der aktuellen Fahrzeugposition (x_n, y_n) und der aktuellen Ausrichtung (Ψ_n) des Kraftfahrzeuges (1) mittels vorbestimmter Bewegungsgleichungen ausgehend von der erfassten Position (x_i _–1, Y_i _–1) des zuletzt passierten Transponders (5_i–1), dem erfassten Abstand (R_i–1) des Kraftfahrzeugs (1) zu diesem Transponder (5_i–1 ) und einer als Startwert ermittelten oder gewählten Ausrichtung des Kraftfahrzeugs beim Passieren dieses Transponders (5_i–1 ); (c) Durchführen der iterativen Berechnung bis der nächste Transponder (5_i ) als nunmehr aktueller Transponder passiert wird; (d) Berechnen eines Korrekturwinkels (Δφ) zur Korrektur der iterativ berechneten aktuellen Ausrichtung (ψ_n) des Kraftfahrzeugs (1) auf der Basis der iterativ berechneten aktuellen Position (x_n, y_n) des Kraftfahrzeugs (1), der erfassten Positionen (x_i _–1, Y_i–1, x_i, y_i) des aktuellen und davor passierten Transponders und der erfassten Abstände (R_i–1, R_i) zu diesen Transpondern (5_i–1 , 5_i ).
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte für die Ermittlung von Ausgangswerten für die iterative Berechnung der aktuellen Fahrzeugposition (x_n, y_n) und der aktuellen Ausrichtung (ψ_n) des Kraftfahrzeuges (1) durchgeführt werden: (e) Berechnen einer relativen Ausrichtung (Ψ) des Kraftfahrzeugs (1) bezüglich der Lage zweier während einer Geradeausfahrt passierten Transponder (5_i–1 , 5_i ) anhand der erfassten Positionen (x_i _–1, Y_i _–1, x_i, y_i) dieser Transponder (5_i–1 , 5_i ) und der ermittelten Abstände (R_i–1, R_i) des Kraftfahrzeugs (1) zu diesen Transpondern (5_i–1 , 5_i ); (f) Berechnen der Position (x_n, y_n) des Kraftfahrzeugs (1) beim Passieren des letzten dieser beiden Transponder (5_i ) auf der Basis des erfassten Abstands zu diesem Transponder (5_i ) und der ermittelten relativen Ausrichtung (Ψ) des Kraftfahrzeugs (1).