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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Absolutposition eines Fahrzeuges, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Vorrichtung zum Kennzeichnen einer Absolutposition.
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WO 2013 / 037 844 A2 ist ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeuges bekannt. Im Rahmen dieses Verfahrens wird eine Position des Fahrzeuges über ein GNSS genanntes globales Navigationssatellitensystem an einer ersten Position bestimmt und mit Fahrdynamikdaten des Fahrzeuges fortgeschrieben, bis über das GNSS eine zweite Position erfasst wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Lokalisierung des Fahrzeuges zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erfassen einer Absolutposition eines Fahrzeuges auf einer Straße basierend auf einer auf der Straße vorhandenen Landmarke, deren Absolutposition bekannt ist, die Schritte:
- – Erfassen einer Relativpositon des Fahrzeuges zur Landmarke, und
- – Bestimmen der Absolutpostion des Fahrzeuges basierend auf einer Überlagerung der Absolutpositon der Landmarke und der Relativposition des Fahrzeuges.
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Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass bezahlbare GNSS-Systeme zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens nicht immer die Qualität in ihrer Ortsauflösung erreichen, dass das Fahrzeug fahrspurgenau geortet werden kann. Eine derart hohe Ortsauflösung ist jedoch insbesondere beim hochautomatisierten Fahren notwendig. Bei schlechtem Wetter, in Straßenschluchten, im Tunnel oder Parkhaus ist GNSS zudem überhaupt nicht verfügbar. In diesem Fall kann zwar die letzte verfügbare Absolutposition des Fahrzeuges basierend auf den Fahrdynamikdaten fortgeschrieben werden, die Fortschreibung (auch Koppelnavigation genannt) verliert dabei jedoch zunehmend an Genauigkeit.
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Hier setzt das angegebene Verfahren mit dem Vorschlag an, die Absolutposition des Fahrzeuges aus einer alternativen Informationsquelle zu bestimmen. Hierzu werden im Bereich der Straße, vorzugsweise am Straßenrand Landmarken angeordnet, die sensorisch erfass- und auswertbar sind. Unter einer Landmarke sollen nachstehend Markierungen verstanden werden, die eine räumliche Orientierung ermöglichen und eine terrestrische Navigation erlauben. Unter Kenntnis der Absolutposition der Landmarke kann dann gemeinsam mit der bestimmten Relativposition auf die Absolutposition des Fahrzeuges geschlossen werden.Hierzu kann in einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens zum Erfassen der Relativposition eine Lage der Landmarke zum Fahrzeug vermessen werden, denn die Lage der Landmarke zum Fahrzeug ist unmittelbar abhängig von der zu erfassenden Relativposition.
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In einer besonderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren die Schritte Erfassen einer von der geometrischen Größe der Landmarke abhängigen Abstandsinformation und Bestimmen der Lage der Landmarke zum Fahrzeug basierend auf der Abstandsinformation. Die Abstandsinformation kann dabei beliebig ausgebildet sein. Es wäre möglich, die Landmarke mittels einer Kamera zu erfassen und dann die Abstandsinformation in Abhängigkeit der erfassten Größe der Landmarke auszugeben. Ist die tatsächliche Größe der Landmarke bekannt, kann dann aus einer Gegenüberstellung der Abstandsinformation und der tatsächlichen Größe der Landmarke unmittelbar auf den Abstand zwischen Fahrzeug und Landmarke geschlossen werden.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren die Schritte Erfassen eines ersten Horizontalwinkels zum Fahrzeug und eines zweiten Horizontalwinkels zum Fahrzeug, zwischen denen die Landmarke liegt und Bestimmen der Lage der Landmarke basierend auf dem ersten und zweiten Horizontalwinkel. Die beiden Horizontalwinkel können dabei zu einer Referenzlage des Fahrzeuges, beispielsweise in Längsrichtung erfasst werden. Zur Bestimmung der Lage basierend auf den beiden Horizontalwinkeln kann beispielsweise ein Mittelwert zwischen den beiden Horizontalwinkeln gebildet werden.
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Im Rahmen der zuvor erläuterten Erfassung der Lage der Landmarke gegenüber dem Fahrzeug basierend auf dem Abstand und die Horizontalwinkeln wird die Lage der Landmarke in einem vom Fahrzeug abhängigen Koordinatensystem beschrieben. Die Absolutposition der Landmarke und auch die gesuchte Absolutposition des Fahrzeuges werden jedoch in einem vom Fahrzeug unabhängigen Koordinatensystem beschrieben. Zur Verwendung der Lage der Landmarke gegenüber dem Fahrzeug in dem vom Fahrzeug unabhängigen Koordinatensystem muss daher die Lage des Fahrzeuges in dem vom Fahrzeug unabhängigen Koordinatensystem erfasst werden, was beispielsweise über einen Lagesensor, wie einen Kompass erfolgen kann.
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Ferner kann die Absolutposition der Landmarke grundsätzlich beliebig beispielsweise basierend auf einer Datenbank bestimmt werden. Möglich wäre auch, die Position auf der Landmarke kodiert zu hinterlegen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine angegebene Steuervorrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Kennzeichnen einer Absolutposition auf einer Straße einen Trägerkörper, und eine auf dem Trägerkörper gehaltene Landmarke mit einem vorbestimmten Synchronisationsmuster.
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Das Synchronisationsmuster sollte so ausgebildet werden, dass es von einem scannenden Sensor, wie einer Kamera oder einem Laser erfass- und abtastbar ist.
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Dazu kann der Trägerkörper reflektierend, insbesondere retroreflektierend sein, um eine gute Unterscheidbarkeit zum Synchronisationsmuster zu bieten.
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Das Synchronisationsmuster selbst kann zwar uncodiert bereitgestellt werden, vorzugsweise enthält es jedoch einen informationstragenden Code.
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Diese Information im Code kann fehlerkorrigierend beispielsweise mit einem Hamming-Code konstanter Segment-Länge codiert sein.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit einer Zeichnung näher erläutert werden, wobei:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges auf einer Straße,
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2 eine Prinzipdarstellung des Fahrzeuges der 1 auf der Straße,
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3 eine Prinzipdarstellung eines Fusionssensors,
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4 eine Prinzipdarstellung einer Landmarke auf der Straße der 1, und
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5 eine Prinzipdarstellung des Fahrzeuges der 1 vor der Landmarke der 4 zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die Fahrzeug 2 auf einer Straße 4 zeigt, das zwischen Startpunkt 6 und einem Zielpunkt 8 fährt.
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Die Straße 4 umfasst eine erste Fahrspur 10 und eine zweite Fahrspur 12. An einem Rand der Straße 4 sind voneinander beabstandet Landmarken 14 aufgestellt. Die Landmarken 14 können mit einem noch zu beschreibenden Landmarkensensor 16 am Fahrzeug 2 erfasst werden, um die Lokalisierung des Fahrzeuges 2 über eine GNSS-Antenne 18 und einen Fahrdynamisensor 20 zu unterstützen.
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Darauf soll nachstehend näher eingegangen werden, wobei zunächst das Fahrzeug 2 anhand von 2 näher betrachtet wird.
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Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 22 und vier Räder 24. Jedes Rad 24 kann über ortsfest am Chassis 22 befestigte Aktoren in seiner Bewegung gesteuert werden. In 2 sind beispielhaft Bremsen 26 gezeigt, die das jeweilige Rad 24 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt können, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen.
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Zur Ansteuerung der Aktoren sind in dem Fahrzeug 2 Aktorsteuervorrichtungen vorhanden. In 2 ist als Aktorsteuervorrichtung eine Bremssteuervorrichtung 28 gezeigt, die mit Bremsauslösesignalen 30 die Bremsen 26 in einer an sich bekannten Weise auszulösen. Die Auslösung der Bremsen 26 wird der Bremssteuervorrichtung 28 mit Steuersignalen 32 vorgegeben.
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Die Steuersignale 32 werden entweder vom Fahrer des Fahrzeuges 2 oder von Applikationen in dem Fahrzeug 2 erzeugt. Derartige sind in der Regel sogenannte Fahrerassistenzsysteme, die mit einer am Fahrzeug 2 vorhandenen Sensorik das Fahrzeug 2 über die Aktoren, wie die Bremsen 26 in einem Sollzustand halten.
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Die Sensorik des Fahrzeuges 2 kann beispielsweise an jedem Rad 24 einen Drehzahlsensoren 34 zur Erfassung der Drehzahl 36 des jeweiligen Rades umfassen. Ferner kann die Sensorik des Fahrzeuges 2 den Fahrdynamiksensor 20 zur Erfassung der Fahrdynamikdaten 38 des Fahrzeuges 2 umfassen, die eine Bewegung des Fahrzeuges 2 in bestimmten Freiheitsgraden beschreiben. Die Fahrdynamikdaten 38 können eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Längbeschleunigung, eine Querbeschleunigung und/oder eine Hochachsenbeschleunigung beschreiben. Ferner kann die Sensorik des Fahrzeuges 2 einen GNSS-Empfänger 40 umfassen, der über die GNSS-Antenne 18 ein GNSS-Signal 42 empfängt und daraus in an sich bekannter Weise eine Absolutposition 43 des Fahrzeuges 2 ableitet. Diese Absolutposition 43 kann in einen Datenbus 52 des Fahrzeuges 2 eingespeist werden. Zur Sensorik des Fahrzeuges 2 kann auch ein sogenannter Car2X-Transmitter 44 gezählt werden, der über eine Car2X-Antenne 46 aus einem Fahrzeug-Ad-Hoc-Netzwerk Nachrichtensignale 48 empfangen und Botschaften 50 von anderen Fahrzeugen in dem Fahrzeug-Ad-Hoc-Netzwerk extrahieren kann. Diese Botschaften 50 enthalten in der Regel zumindest die Positionsdaten der anderen Fahrzeuge und können ebenfalls in den Datenbus 52 eingespeist werden. Schließlich umfasst die Sensorik des Fahrzeuges auch den oben genannten Landmarkensensor 16, der eine Lage 53 der Landmarken 14 gegenüber dem Fahrzeug 2 in einer noch zu beschreibenden Weise erfasst und in den Datenbus einspeist.
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Die gesamten Daten oder wenigstens ein Teil der Daten aus der Sensorik können einem Fusionssensor 54 zugeführt werden, der die Daten der Sensorik fusionieren kann, um die mit der Sensorik gewonnen Informationen zu präzisieren und/oder neue Informationen zu gewinnen. Ein Ergebnis des Fusionssensors 54 kann beispielsweise die oben erwähnte Lokalisierung des Fahrzeuges 2 in Form von Lagedaten 55 sein, die dann ebenfalls in den Datenbus 52 eingespeist werden.
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Die Lagedaten 55 können schließlich von Applikationen verwendet werden um die Aktorsteuervorrichtungen anzusteuern. Im Rahmen der vorliegenden Ausführung soll als beispielhafte Applikation eine zu den Fahrerassistenzsystemen gehörende Fahrdynamikregelung 56 erläutert werden.
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Die Fahrdynamikregelung 56 erfasst die Lagedaten 55 des Fahrzeuges 2 und einen Lenkwinkel 58 des Fahrzeuges 2, der beispielsweise über ein Lenkrad 60 vom Fahrer vorgebbar ist. Der Lenkwinkel 58 definiert eine Fahrtrajektorie für das Fahrzeug 2. Auf dieser Fahrtrajektorie dreht sich das Fahrzeug 2 mit einer vorbestimmten Gierrate.
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Verliert das Fahrzeug 2 beispielsweise auf einer rutschigen Straße seine Bodenhaftung dann beginnt es zu untersteuern oder zu übersteuern und dreht sich mit einer Gierrate, die von der durch die Fahrtrajektorie vorgegebenen Gierrate abweicht. Diese Gierratenabweichung kann von der Fahrdynamikregelung 56 basierend auf den Lagedaten 55 erfasst werden. Als Reaktion auf die Gierratenabweichung gibt die Fahrdynamikregelung 56 die Steuersignale 32 derart aus, dass die Bremsen 26 individuell angesteuert werden, so dass dem Fahrzeug 2 eine Gierrate aufgezwungen wird. Diese Gierrate wirkt der Gierrate beim Untersteuern oder Übersteuern entgegen und hebt die zuvor genannte Gierratenabweichung wieder auf, so dass das Fahrzeug 2 stabil auf seiner Fahrtrajektorie gehalten wird.
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Weitere in dem Fahrzeug 2 verwendbare Applikationen sind eine Applikation zum hochautomatisierten Fahren (HAF), ein automatischer Bremsassistent oder dergleichen.
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Nachstehend soll der Fusionssensor 54 anhand von 3 näher beschrieben werden.
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Der Fusionsfilter
54 soll die Lagedaten
55 in einer an sich aus der
WO 2013 / 037 844 A2 bekannten Weise aus den Raddrehzahlen
36, der Absolutposition
43 und den Fahrdynamidaten
38 bilden. Die Absolutposition
43 könnte dabei vom GNSS-Empfänger
40 ausgegeben werden. In der vorliegenden Weise wird sie basierend auf der Lage
53 der Landmarken
14 in einer noch zu beschreibenden Weise gebildet. Alternativ könnten auch die Lage
53 der Landmarken und die Ergebnisse des GNSS-Empfängers
40 in dem Fusionssensor
54 fusioniert werden, worauf der Kürze halber nicht weiter eingegangen werden soll.
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Der Fusionsfilter
54 umfasst einen beispielsweise aus der
DE 10 2006 029 148 A1 bekannten Strapdown-Algorithmus
62, der basierend auf den Fahrdynamikdaten
38 einen vom Fahrzeug
2 gefahrenen Weg fortschreibt und so die Lagedaten
55 des Fahrzeuges
2 bestimmt. Der Fusionsfilter
54 umfasst ferner ein Fahrzeugmodell
64 des Fahrzeuges
2, in dem basierend auf den Raddrehzahlen
36 und der Absolutposition
43 Vergleichslagedaten
66 des Fahrzeuges
2 bestimmt werden. Die Lagedaten
55 und die Vergleichslagedaten
66 werden nun in einem Kalman-Filter
68 einander gegenübergestellt, wobei der Kalman-Filter
68 in an sich beispielsweise aus der
WO 2013 / 037 844 A2 bekannter Weise je einen Fehlerhaushalt
70 für die Lagedaten
55 und die Vergleichslagedaten
66 bestimmt. Basierend den Fehlerhaushalten
70 werden nun die Lagedaten
55 und die Vergleichslagedaten
66 iterativ korrigiert.
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Bevor auf die Bestimmung der Absolutposition 43 basierend auf den Landmarken 14 näher eingegangen werden soll, soll auf die Landmarken 14 selbst anhand von 4 näher eingegangen werden.
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Jede Landmarke 14 kann auf einem Pfosten 72 getragen sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf dem Pfosten 72 eine näher referenzierte Platte getragen, auf die ein retroreflektierender Trägerkörper in Form einer retroreflektierenden Folie 74 aufgeklebt ist. Auf die retroreflektierende Folie 74 ist ein Synchronisationsfeld aus einem Anfangssynchronisationsmuster 76, einem Fehlererkennungsmuster 78 und einem Abschlusssynchronisationsmuster 80 in Form von vertikal zur Oberfläche der Straße 4 verlaufenden Streifen aufgebracht. Dabei sind die Streifen des Anfangssynchronisationsmusters 76 und des Abschlusssynchronisationsmusters 80 in horizontaler Richtung gesehen dicker als die Streifen des Fehlererkennungsmusters 78. Die einzelnen Muster 76, 78, 80 sind dabei in ihrem Kontrast deutlich von der retroreflektierenden Folie 74 abgesetzt.
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Dabei könnte die retroreflektierende Folie 74 und damit die Landmarke 14 auch auf die Fahrspuren 10, 12 selbst aufgebracht werden.
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Der Landmarkensensor 16 kann nun die Muster 76, 78, 80 des Synchronisationsfeldes erfassen. Hierzu kann der Landmarkensensor 16 beliebig ausgebildet sein. Nachstehend soll beispielhaft der Fall erläutert werden, dass der Landmarkensensor 16 das Synchronisationsfeld mit einem Laserstrahl 82 erfasst wird, der in einem Winkel 84 vor dem Fahrzeug 2 hin- und herbewegt wird.
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Dabei streift der Landmarkensensor 16 das Synchronisationsfeld mit dem Laserstrahl 82 ab und kann so das Synchronisationsfeld basierend auf einer Reflektion des Laserstrahls 82 erfassen.
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Durch den deutlichen Kontrast zwischen der retroreflektierenden Folie 74 und den Mustern 76, 78, 80 können gegenüber einer Fahrtrichtung 86 des Fahrzeuges gesehen ein erster Horizontalwinkel 88 und ein zweiter Horizontalwinkel 90 bestimmt werden. Diese beiden Horizontalwinkel 88, 90 beschreiben, in welcher Winkellage zum Fahrzeug 2 gesehen die Muster 76, 78, 80 beginnen und enden. Mit einem mittleren Winkel 92 zwischen diesen beiden Winkeln 88, 90 könnte dann die Winkellage der Landmarke 14 zum Fahrzeug 2 mit einer ausreichenden Genauigkeit beschrieben werden.
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Ist die Geschwindigkeit bekannt, mit der der Laserstrahl 82 in dem Winkel 84 hin- und herbewegt wird, und damit die Scangeschwindigkeit bekannt, kann aus einer Scandauer, die der Laserstrahl 82 benötigt, um über die Muster 76, 78, 80 zu streifen, eine Sichtlänge 94 der Muster 76, 78, 80 abgeleitet werden. Diese Sichtlänge 94 ist in an sich bekannter Weise abhängig von der tatsächlichen Länge der Muster 76, 78, 80 und dem Abstand 96 der Muster 76, 78, 80 vom Fahrzeug 2, genauer gesagt vom Landmarkensensor 16. Damit kann die Lage 53 der Landmarke 14 vom Fahrzeug 2 aus eindeutig mit dem Abstand 96 und dem mittleren Winkel 92 beschrieben werden.
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In den Mustern 76, 78, 80 selbst kann ein Identifikator 98 der Landmarke 14 codiert sein.
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Der Identifikator 98 kann dann zusammen mit dem Abstand 96 und dem mittleren Winkel 92, die zusammen die Lage 53 beschrieben an eine Absolutpositionsbestimmungseinrichtung 100 ausgegeben werden. Diese kann nun zunächst aus einer Datenbank 102 basierend auf dem Identifikator 98 die Absolutposition 104 der Landmarke 14 abrufen und durch Aufrechnen der Lage 53 der Landmarke 14 vom Fahrzeug 2 die Absolutposition des Fahrzeuges 2 bestimmen.
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Wenn der Landmarkensensor 16 als Kamera ausgeführt ist, könnte die oben genannte Lage 53, das heißt der Abstand 96 und der mittlere Winkel 92 basierend auf einer Bilderkennung durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/037844 A2 [0002, 0042, 0043]
- DE 102006029148 A1 [0043]
