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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines ersten Fahrzeugs relativ zu einem oder mehreren weiteren Fahrzeugen und/oder zur Bestimmung einer Position des ersten Fahrzeugs in einem Fahrzeugumfeld.
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Für die Bestimmung der Position eines Fahrzeugs relativ zu anderen Fahrzeugen oder in einer Fahrzeugumgebung, insbesondere in Testumgebungen auch als Positionsreferenzierung bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Bekannt ist beispielsweise die Positionsbestimmung mittels GPS (Global Positioning System). Aus der mittels GPS bestimmten Position eines Fahrzeugs kann beispielsweise dessen Position auf einer digitalen Karte ermittelt und angezeigt werden.
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Bei Fahrzeugtests ist die Positionsreferenzierung einer oder mehrerer Versuchsobjekte, insbesondere die Abstände, die Ausrichtung und/oder die Relativbewegungen von Versuchsfahrzeugen zueinander, grundlegende Voraussetzung für die Qualifikation und Verifizierung beispielsweise von aktuellen Fahrzeugsicherheitssystemen und Fahrerassistenzsystemen. Für die Positionsreferenzierung von Testfahrzeugen werden derzeit meist GPS basierte Systeme oder Laserscanner verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem die Bestimmung der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem oder mehreren weiteren Fahrzeugen und/oder mit dem die Position des Fahrzeugs in einem Fahrzeugumfeld möglichst genau, zuverlässig, sicher und mit möglichst geringem Aufwand erfolgen kann. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, zur Positionsreferenzierung eines Versuchsfahrzeugs bzw. eines Versuchsobjekts in einem Versuchsumfeld und/oder relativ zu weiteren Versuchsfahrzeugen bzw. Versuchsobjekten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, ein Referenzsystem unter Verwendung von Transpondern zur Ermittlung der Fahrzeugpositionen zu verwenden. Dabei kann zwischen der Verwendung eines stationären und eines dynamischen Referenzsystems unterschieden werden.
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Gegenüber den bekannten Verfahren und Systemen hat das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere durch die Verwendung eines Transpondersystems, verschiedene Vorteile. Es ist insbesondere eine direkte Ermittlung der Relativposition zwischen Fahrzeugen bzw. Versuchsobjekten möglich. Es kann eine sichere Erkennung der Verkehrspartner über eine ID (Identifikator, Identifikationsnummer, -bezeichnung) erfolgen. Es besteht lediglich ein geringer Rüstaufwand, da vorzugsweise lediglich ein Transponder an den Versuchsfahrzeugen angebracht werden muss. Es kann eine Positionsermittlung mit einer Vielzahl an Versuchsobjekten bzw. Transpondern zeitgleich durchgeführt werden. Abschattungsprobleme, wie beispielsweise bei GPS-basierter Positionsbestimmung, bestehen nicht. Im speziellen das Entfernungsmessverfahren hat sich bei Erprobungen als enorm robust und präzise gezeigt. Die Einheiten sind kompakt aufgebaut und erlauben einen sehr einfachen Verbau. Damit lässt sich speziell das stationäre Verfahren, d.h. mit stationären Transpondern im Fahrzeugumfeld in Verbindung mit Trilaterationsalgorithmen und stabilen Tracking (Objektverfolgung) Verfahren vorteilhaft umsetzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bestimmung einer Position wenigstens eines ersten Fahrzeugs relativ zu einem oder mehreren weiteren Fahrzeugen und/oder zur Bestimmung einer Position des ersten Fahrzeugs in einem Fahrzeugumfeld, wobei die Bestimmung der Position mittels eines Transpondersystems erfolgt. Das Transpondersystem umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Ortungseinheiten sowie einen oder mehrere Transponder. Bei dem ersten Fahrzeug und dem einen oder den mehreren weiteren Fahrzeugen kann es sich insbesondere um Versuchsfahrzeuge und/oder Versuchsobjekte handeln. Beim Fahrzeugumfeld kann es sich um beispielsweise um ein Versuchsgelände, eine Testrecke bzw. allgemein eine Testumgebung handeln. Das Transpondersystem ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass die Ortungseinheit Abfragesignale an die Transponder aussenden kann, wobei dieses von den Transpondern vorzugsweise mit einem entsprechenden Antwort-Code beantwortet wird. Der Antwort-Code der Transponder kann dabei eine Kennung (ID) des jeweiligen Transponders beinhalten und optional noch die absolute Position in einem erdbezogenen Koordinatensystem. Aus der Laufzeit des Signalaustauschs zwischen Transpondern und Ortungseinheit kann der Abstand sehr präzise ermittelt werden.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Transpondersystem wenigstens eine am ersten Fahrzeug angeordnete Ortungseinheit und eine oder mehrere im Fahrzeugumfeld angeordnete stationäre Transponder. Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs im Fahrzeugumfeld erfolgt dabei bevorzugt mittels Laufzeitmessung von Transpondersignalen. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich insbesondere um ein stationäres Referenzsystem, d.h. insbesondere mit stationären Transpondern.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Transpondersystem wenigstens eine am ersten Fahrzeug angeordnete Ortungseinheit und jeweils wenigstens einen an dem einen oder den mehreren weiteren Fahrzeugen angeordneten Transponder. Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs relativ zu dem einen oder den mehreren weiteren Fahrzeugen erfolgt dabei bevorzugt mittels einer Entfernungsmessung und eines Winkelschätzverfahrens. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich insbesondere um ein dynamisches Referenzsystem, d.h. insbesondere mit Transpondern an sich bewegenden Objekten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Ortungseinheit am ersten Fahrzeug wenigstens eine Multipatchantenne. In diesem Fall kann die Winkelschätzung beim Winkelschätzverfahren anhand von mittels der Multipatchantenne gewonnen Winkelinformationen von Transpondersignalen erfolgt. Die Winkelinformation kann beispielweise über den sogenannten MUSIC-Algorithmus erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Transpondersystem wenigstens eine am ersten Fahrzeug angeordnete Ortungseinheit und jeweils wenigstens einen an dem einen oder den mehreren weiteren Fahrzeugen angeordneten Transponder. Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs relativ zu dem einen oder den mehreren weiteren Fahrzeugen kann dabei mittels einer Entfernungsmessung und anhand von fahrdynamischen Daten des ersten Fahrzeugs erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich insbesondere um ein dynamisches Referenzsystem, d.h. insbesondere mit Transpondern an sich bewegenden Objekten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei den fahrdynamischen Daten des ersten Fahrzeugs wenigstens um eine Geschwindigkeit und eine Gierrate des ersten Fahrzeugs handelt, die beispielsweise aus entsprechenden Sensoreinrichtungen des ersten Fahrzeugs gewonnen werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Entfernungsmessung im Rahmen der Positionsbestimmung mittels Laufzeitmessung von Transpondersignalen.
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Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mit einem stationären Referenzsystem.
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2: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mit einem dynamischen Referenzsystem.
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In 1 ist eine erste bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In diesem Fall dient das Verfahren zur Bestimmung einer Position bzw. zur Positionsreferenzierung eines ersten Fahrzeugs (F1) in einem Fahrzeugumfeld. Bei dem ersten Fahrzeug (F1) kann es sich beispielsweise um ein Versuchsfahrzeug auf einer Teststrecke (TS) handeln. Die Bestimmung der Position erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Transpondersystems, welches Ortungseinheiten (OE) und Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) umfassen kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst das Transpondersystem eine am ersten Fahrzeug (F1) angeordnete Ortungseinheit (OE) und mehrere im Fahrzeugumfeld (TS) angeordnete stationäre Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM). Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs (F1) im Fahrzeugumfeld (TS) erfolgt dabei mittels Laufzeitmessung (Laufzeit-Messung) von Transpondersignalen. 1 zeigt insbesondere ein stationäres Referenzsystem. Grundlage dafür ist die Befestigung von stationären Transpondern (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) in der Umgebung (TS), beispielsweise in einer Testumgebung. Diese stationären Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) sind zueinander eingemessen, so dass die Lage der Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) zueinander bekannt ist. Die Einmessung kann dabei entweder über einfache Entfernungsmessung mit anschließender trigonometrischer Berechnung oder über absolute Einmessung erfolgen, beispielsweise durch Verwendung eines präzisen GPS Systems. Die Positionsmessung, d.h. die Positionsbestimmung eines oder auch mehrerer Fahrzeuge (F1) in der Umgebung (TS) selbst wird mit der sogenannten Ortungseinheit (OE) durchgeführt. Die Ortungseinheit (OE) wird von allen zu referenzierenden Verkehrsobjekten (F1) mitgeführt. Die Entfernungsmessung erfolgt über die Durchführung einer Laufzeitmessung zwischen der Ortungseinheit (OE) und den Transpondern (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM). Das heisst, die Ortungseinheit (OE) sendet an alle Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) ein Abfragesignal aus, das von den Transpondern (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) mit einem entsprechenden Antwort-Code beantwortet wird. Der Antwort-Code der Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) beinhaltet zumindest noch die Kennung des jeweiligen Transponders (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) und optional noch die absolute Position in einem erdbezogenen Koordinatensystem. Aus der Laufzeit des Signalaustauschs zwischen Transpondern (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) und Ortungseinheit (OE) kann der Abstand sehr präzise ermittelt werden. Aus Messungen zu mehreren Transpondern (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) und der vorliegenden Information über die geometrische Verteilung der Transponder (TAG1, TAG2, ..., TAGN bzw. TAGM) kann die Position der Ortungseinheit (OE) und damit die des Fahrzeugs (F1) präzise ermittelt werden. Sollen die Positionen mehrerer Fahrzeuge (F1) bzw. mehrerer Ortungseinheiten (OE) zeitgleich ermittelt werden, dann muss ein geeignetes Abfrageverfahren wie beispielsweise ein Zeitschlitzverfahren verwendete werden, damit die Messungen sich nicht gegenseitig stören.
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In 2 ist eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In diesem Fall dient das Verfahren zur Bestimmung einer Position bzw. zur Positionsreferenzierung eines ersten Fahrzeugs (F1) relativ zu mehreren weiteren Fahrzeugen (F2, F3). Bei dem ersten Fahrzeug (F1) kann es sich beispielsweise um ein Versuchsfahrzeug auf einer Teststrecke (TS) handeln. Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs (F1) zu den mehreren weiteren Fahrzeugen (F2, F3) erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Transpondersystems, welches Ortungseinheiten (OE) und Transponder (TAG) umfassen kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 umfasst das Transpondersystem eine am ersten Fahrzeug (F1) angeordnete Ortungseinheit (OE) und jeweils einen an den weiteren Fahrzeugen (F2, F3) angeordneten Transponder (TAG1, TAG2). Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs (F1) relativ zu den weiteren Fahrzeugen (F2, F3) kann beispielsweise mittels einer Entfernungsmessung, d.h. Messung der direkten/geradlinigen Entfernung (r1, r2) zu den Fahrzeugen (F2, F3), und mittels eines Winkelschätzverfahrens erfolgen. Für die Winkelschätzung kann die Ortungseinheit (OE) am ersten Fahrzeug (F1) eine Multipatchantenne umfassen und die Winkelschätzung beim Winkelschätzverfahren anhand mittels der Multipatchantenne gewonnen Winkelinformationen, z.B. des Winkels (φ1, φ2) der Fahrzeuglängsachse des ersten Fahrzeugs (F1) zu den weiteren Fahrzeugen (F2, F3), von Transpondersignalen durchführen. Die Winkelinformation (φ1, φ2) kann dabei über die Multipatchantenne und/oder mittels Einsatz des sogenannten MUSIC-Algorithmus erfolgen. Die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs (F1) relativ zu den weiteren Fahrzeugen (F2, F3) kann alternativ oder zusätzlich mittels einer Entfernungsmessung, d.h. Messung der direkten/geradlinigen Entfernung (r1, r2) zu den Fahrzeugen (F2, F3), und anhand von fahrdynamischen Daten des ersten Fahrzeugs (F1) erfolgen. Bei den fahrdynamischen Daten handelt es sich dabei vorzugsweise um die Geschwindigkeit und die Gierrate des ersten Fahrzeugs (F1), wobei die Geschwindigkeit und die Gierrate über entsprechende Sensoreinrichtungen im ersten Fahrzeug (F1) gewonnen werden können. Unabhängig davon ob die Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs (F1) mittels Entfernungsmessung und Winkelschätzverfahren und/oder mittels Entfernungsmessung und anhand fahrdynamischer Daten erfolgt, erfolgt die Entfernungsmessung bevorzugt mittels Laufzeitmessung von Transpondersignalen. Zur Bestimmung der Position des ersten Fahrzeugs (F1) relativ zu den weiteren Fahrzeugen (F2, F3) kann es dabei erforderlich sein, dass zwei oder mehr aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden. 2 zeigt insbesondere ein dynamisches bzw. ein mobiles Referenzsystem. Bei diesem Aufbau werden sowohl die Ortungseinheit (OE) als auch die Transponder (TAG1, TAG2) von den Verkehrspartnern, d.h. von den sich bewegenden Fahrzeugen (F1, F2, F3) mitgeführt. Die Ortungseinheit (OE) ermittelt dabei die Relativposition der mobilen Transponder (TAG1, TAG2). Diese Positionsmessung kann beispielsweise über 2 separate Messverfahren, Entfernungs- und Winkelmessung erfolgen. Die Entfernungsmessung, d.h. der Entfernungen r1 und r2, erfolgt dabei mit zu 1 beschriebenen Laufzeitverfahren. Die Winkel φ1 und φ2 können über ein Winkelschätzverfahren ermittelt werden. Alternativ kann die Relativposition der Fahrzeuge (F1, F2, F3) über die Entfernungsmessung und die Verwendung fahrdynamischer Daten der Fahrzeuge (F1, F2, F3) bzw. der Ortungseinheit (OE) ermittelt werden, zusätzlich oder anstelle von Entfernungs- und Winkelmessung.
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Bezeichnungsliste
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- F1
- erstes Fahrzeug
- F2,F3
- weitere Fahrzeuge
- TS
- Teststrecke
- OE
- Ortungseinheit
- TAGi
- Transponder (mit i = 1 bis m bzw. n)
- φ1, φ2
- Winkel aus Winkelschätzverfahren
- r1, r2
- Entfernung aus Entfernungsmessung
