DE102010055371A1

DE102010055371A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102010055371A1
Application number: DE102010055371A
Authority: DE
Inventors: Matthias Roland Dipl.-Inf. 89567 Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position (P) eines Fahrzeugs (1). Erfindungsgemäß werden während einer Fahrt des Fahrzeugs (1) Informationen (I) aus einer Umgebung des Fahrzeugs (1) dreidimensional erfasst und die Position (P) des Fahrzeugs (1) wird in einer digitalen dreidimensionalen geographischen Karte (K) ermittelt, indem die erfassten Informationen (I) mit der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte (K) verglichen werden und zu den erfassten Informationen (I) korrespondierende Karteninformationen (KI) gesucht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus US 3,879,728 , aus US 5,774,824 sowie aus MAP-MATCHING IN COMPLEX URBAN ROAD NETWORKS, W. Y. Ochieng, M. Quddus, R. B. Noland, Revista Brasileira de Cartografia N° 55/02 ist es bekannt, einen Fahrweg eines Fahrzeugs zweidimensional zu erfassen und in einer Belegungskarte abzuspeichern. Diese Belegungskarte kann nun mit einer digitalen Karte, die Weglängen, Kurven und Kreuzungen, d. h. ein komplettes Straßennetz enthält, abgeglichen werden. Wird eine Übereinstimmung gefunden, so ist die Position des Fahrzeugs auf der Karte bekannt. Des Weiteren ist es aus R. Talluri and J. K. Aggarwal, "Position estimation for an autonomous mobile robot in an outdoor environment," IEEE Trans. Robot. Automat., vol. 8, pp. 573–584, Oct. 1992 bekannt, die Horizontlinie aus einem Kamerabild mit einer digitalen Karte mit Höheninformationen abzugleichen, allerdings ohne eine Verwendung des eigenen Fahrbahnverlaufs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einem Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs werden erfindungsgemäß während einer Fahrt des Fahrzeugs Informationen aus einer Umgebung des Fahrzeugs dreidimensional erfasst und die Position des Fahrzeugs wird in einer digitalen dreidimensionalen geographischen Karte ermittelt, indem die erfassten Informationen mit der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte verglichen werden und zu den erfassten Informationen korrespondierende Karteninformationen gesucht werden.
Das Verfahren ermöglicht eine genauere Positionsermittlung als bereits bekannte Verfahren, vor allem in Gebieten, in denen eine Positionsermittlung mittels eines globalen Navigationssatellitensystems nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, beispielsweise in Tunneln, bewaldeten Gebieten oder Häuserschluchten, und in welchen eine Positionsermittlung beispielsweise mittels Odometrie unzuverlässig ist, zum Beispiel aufgrund einer rutschigen Fahrbahnoberfläche. Dabei wird durch die dreidimensionale Informationserfassung eine Genauigkeit der Positionsermittlung erheblich gesteigert. Des Weiteren ist das Verfahren im Gegensatz zu einer aus Kostengründen in Fahrzeugen häufig nicht verwendbaren Positionsermittlung mittels einer Inertialsensorik sehr kostengünstig durchführbar, da eine Sensorik zur Umgebungserfassung und digitale dreidimensionale geographische Karten für eine Navigation in modernen Fahrzeugen häufig bereits vorhanden sind.
Zudem kann, wenn die Positionsermittlung des Fahrzeugs zusätzlich auch mit anderen Verfahren durchgeführt wird, die Position des Fahrzeugs durch eine Fusion aller Positionsermittlungsergebnisse noch genauer und zuverlässiger ermittelt werden. Eine sehr genaue Positionsermittlung ist beispielsweise für Fahrerassistenz-, Navigations- und Sicherheitssysteme von großer Bedeutung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs und einer Umgebung des Fahrzeugs und ein zu der Umgebung korrespondierender Abschnitt einer digitalen dreidimensionalen geographischen Karte.
1 zeigt ein Fahrzeug 1 welches sich auf einer Fahrbahn bewegt. In einem Verfahren zur Ermittlung einer Position P des Fahrzeugs 1 werden während der Fahrt mittels einer Umgebungserfassungssensorik 2 Informationen I aus einer Umgebung des Fahrzeugs 1 dreidimensional erfasst. Um eine dreidimensionale Umgebungserfassung zu ermöglichen, weist die Umgebungserfassungssensorik 2 des Fahrzeugs 1 beispielsweise zumindest eine Stereokamera und/oder zumindest eine Lasersensorik, zum Beispiel einen 3D-Laserscanner und/oder zumindest einen Radar-, Lidar-, Infrarot- und/oder Ultraschallsensor auf.
Mittels der dreidimensional erfassten Informationen I der Umgebung des Fahrzeugs 1 kann eine dreidimensionale Umgebungskarte UK des Fahrzeugs 1 erzeugt werden, zum Beispiel ein so genanntes 3D Occupancy Grid. Als Informationen I der Umgebung werden beispielsweise Informationen I eines Fahrbahnverlaufs und/oder markante Wegpunkte ermittelt, insbesondere ein Höhenprofil der Fahrbahn, zum Beispiel in Form von Steigungswinkeln bzw. Veränderungen einer Höhe H entlang einer Wegstrecke X, eine Fahrbahnbreite, Kurvenradien, Kreuzungen und/oder Abzweigungen. Die ermittelten Informationen I werden mit einer digitalen dreidimensionalen geographischen Karte K, welche in einer Verarbeitungseinheit bevorzugt im Fahrzeug 1 gespeichert ist, verglichen und zu den erfassten Informationen I korrespondierende Karteninformationen KI gesucht, um auf diese Weise in der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte K die Position P des Fahrzeugs 1 zu ermitteln.
D. h., die mittels der erfassten Informationen I aus der Umgebung des Fahrzeugs 1 erzeugte dreidimensionale Umgebungskarte UK des Fahrzeugs 1 wird mit der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte K abgeglichen, wobei insbesondere auch das ermittelte Höhenprofil mit einbezogen wird. Dazu werden markante Merkmale, wie das Höhenprofil und Kurvenradien, Abzweigungen, Fahrbahnbreiten und Steigungswinkel in beiden Karten K, UK gesucht und bei einer Übereinstimmung übereinander gelegt, so dass die Position P des Fahrzeugs 1 in der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte K abgelesen werden kann. Dabei ermöglicht die Einbeziehung von Höheninformationen eine wesentlich genauere Positionsbestimmung als ausschließlich durch zweidimensionale Informationen.
Die Informationen I der Umgebung werden vorzugsweise fortlaufend erfasst und in Form der erzeugten dreidimensionalen Umgebungskarte UK gespeichert. Auf diese Weise ist bei Bedarf, beispielsweise bei einem Ausfall der Positionsermittlung über ein globales Navigationssatellitensystem, zum Beispiel aufgrund einer Fahrt durch einen Tunnel, durch ein stark bewaldetes Gebiet ohne freie Sicht zum Himmel oder durch eine Häuserschlucht, jederzeit sofort ein Abgleich mit der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte K möglich, um auf diese Weise die Position P des Fahrzeugs 1 weiterhin ermitteln zu können.
Um die Suche in der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte K einzuschränken und dadurch zu erleichtern und zu beschleunigen, wird zu Beginn der dreidimensionalen Erfassung der Informationen I aus der Umgebung des Fahrzeugs 1 vorzugsweise eine Initialposition IP des Fahrzeugs 1 mittels des globalen Navigationssatellitensystems ermittelt und ausgehend von dieser bekannten Initialposition IP werden die Informationen I aus der Umgebung des Fahrzeugs 1 dreidimensional erfasst. Dabei kann als Initialposition IP beispielsweise eine bei Fahrtantritt über das globale Navigationssatellitensystem ermittelte Ausgangsposition verwendet werden oder zum Beispiel eine zuletzt mittels des globalen Navigationssatellitensystems ermittelte Position, bevor diese Positionsermittlung aufgrund der bereits erwähnten möglichen Probleme ausgefallen ist.
Das Verfahren ermöglicht eine genauere Positionsermittlung als bereits bekannte Verfahren, vor allem in Gebieten, in denen eine Positionsermittlung mittels eines globalen Navigationssatellitensystems nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, beispielsweise in Tunneln, bewaldeten Gebieten oder Häuserschluchten, und in welchen eine Positionsermittlung beispielsweise mittels Odometrie unzuverlässig ist, zum Beispiel aufgrund einer rutschigen Fahrbahnoberfläche.
Dabei wird durch die dreidimensionale Informationserfassung eine Genauigkeit der Positionsermittlung erheblich gesteigert. Des Weiteren ist das Verfahren im Gegensatz zu einer aus Kostengründen in Fahrzeugen 1 häufig nicht verwendbaren Positionsermittlung mittels einer Inertialsensorik sehr kostengünstig durchführbar, da die Umgebungserfassungssensorik 2 und digitale dreidimensionale geographische Karten K für eine Navigation in modernen Fahrzeugen 1 häufig bereits vorhanden sind.
Zudem kann, wenn die Positionsermittlung des Fahrzeugs 1 zusätzlich auch mit anderen Verfahren durchgeführt wird, beispielsweise mittels Odometrie über eine zurückgelegte Strecke und eine aus Raddrehzahlen ermittelte Gierrate, mittels des globalen Navigationssatellitensystems und/oder mittels der Inertialsensorik, wenn eine solche im Fahrzeug 1 zur Verfügung steht, die Position P des Fahrzeugs 1 durch eine Fusion aller Positionsermittlungsergebnisse noch genauer und zuverlässiger ermittelt werden. Dies kann zum Beispiel mit einem Kalman-Filter realisiert werden.
Eine derartige Fusion, d. h. ein Abgleich und eine Plausibilisierung der Positionsermittlungsergebnisse, führt zu einer noch genaueren und zuverlässigeren Positionsermittlung bzw. Positionsschätzung. Eine sehr genaue Positionsermittlung ist beispielsweise für Fahrerassistenz-, Navigations- und Sicherheitssysteme von großer Bedeutung.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Umgebungserfassungssensorik
H: Höhe
I: Information
IP: Initialposition
K: digitale dreidimensionale geographische Karte
KI: korrespondierende Karteninformation
P: Position
UK: Umgebungskarte
X: Wegstrecke

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

US 3879728 [0002]
US 5774824 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

MAP-MATCHING IN COMPLEX URBAN ROAD NETWORKS, W. Y. Ochieng, M. Quddus, R. B. Noland, Revista Brasileira de Cartografia N° 55/02 [0002]
R. Talluri and J. K. Aggarwal, ”Position estimation for an autonomous mobile robot in an outdoor environment,” IEEE Trans. Robot. Automat., vol. 8, pp. 573–584, Oct. 1992 [0002]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Position (P) eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass während einer Fahrt des Fahrzeugs (1) Informationen (I) aus einer Umgebung des Fahrzeugs (1) dreidimensional erfasst werden und die Position (P) des Fahrzeugs (1) in einer digitalen dreidimensionalen geographischen Karte (K) ermittelt wird, indem die erfassten Informationen (I) mit der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte (K) verglichen werden und zu den erfassten Informationen (I) korrespondierende Karteninformationen (KI) gesucht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den dreidimensional erfassten Informationen (I) aus der Umgebung des Fahrzeugs (1) eine dreidimensionale Umgebungskarte (UK) erzeugt und mit der digitalen dreidimensionalen geographischen Karte (K) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Information (I) in der Umgebung des Fahrzeugs (1) ein Fahrbahnverlauf dreidimensional erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Information (I) in der Umgebung des Fahrzeugs (1) markante Wegpunkte erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der dreidimensionalen Erfassung der Informationen (I) aus der Umgebung des Fahrzeugs (1) eine Initialposition (IP) mittels eines globalen Navigationssatellitensystems ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Position (P) mit Positionsermittlungsergebnissen anderer Positionsermittlungsverfahren fusioniert wird.