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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Lokalisation eines Kraftfahrzeugs in einer ortsfesten Referenzkarte.
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In Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, kommen Systeme zum Einsatz, welche Informationen über das Vorhandensein von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs und über deren Position und Ausdehnung benötigen. Die Kenntnis der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Unterscheidung von Straßen, Freiflächen und Hindernissen, ist bei der Navigation in einer unbekannten Umgebung sowie als Eingangsparameter für selbständige Assistenzsysteme, wie beispielsweise automatische Einparkhilfen oder Einparkunterstützungssysteme, Bremsassistenten und Unfallvorbereitungssysteme, notwendig.
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Heutzutage wird vermehrt an teil- über hoch- bis zu vollautomatisiert fahrenden Fahrzeugen entwickelt. Ein entscheidender Aspekt ist dabei die Lokalisierung des Fahrzeugs relativ zu Objekten in der Umgebung.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Messverfahren bekannt, die zur Erfassung der Umgebung und Lokalisation von Straßen, Freiflächen und Hindernissen verwendet werden. Die meisten basieren auf dem Vermessen der Laufzeit eines vom Fahrzeug ausgesandten und an Objekten reflektierten Pulses. Weit verbreitet sind beispielsweise Messungen mit Hilfe von Ultraschall.
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Aus der Druckschrift
DE 103 37 845 A1 ist eine Steuerungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Ermittlung der Position eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn bekannt. Dabei werden Ultraschall- oder Radarsensoren teilweise seitlich am Fahrzeug angebracht, um auch Bereiche in der seitlichen Fahrzeugumgebung zu vermessen. Aus den Messungen der Impulsantworten werden der Fahrbahnrand und die Fahrbahn detektiert. Die daraus resultierenden Steuersignale sollen dann Assistenzsystemen, beispielsweise zur Unfallvorbeugung oder zur Hilfe beim Einparken, zugeführt werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 013 647 A1 ist ferner ein Verfahren zum Steuern mehrerer Fahrzeuge bekannt, die in einer Kolonne fahren, bestehend aus einem Leitfahrzeug und mehreren Fahrzeugen. Die Steuerung der Fahrzeuge erfolgt mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und der Ermittlung von Positionskoordinaten, wobei die Fahrzeuge stets dem Leitfahrzeug folgen und über die Relativposition zum Leitfahrzeug selbständig ihre Positionen steuern. Dabei werden die tatsächlichen Positionen eines Fahrzeugs in der Kolonne durch Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und einer globalen Positionsbestimmungsvorrichtung bestimmt, wobei eine Überwachung der durch das Leitfahrzeug befohlenen Fahrzeugpositionen durch Überwachung der Abstände zwischen den Fahrzeugen erfolgt. Die vorgegebenen Fahrzeugabstände können dabei dynamisch bestimmt werden, beispielsweise nach den Kriterien Geschwindigkeit der Fahrzeuge, Bremseigenschaften, Wetterbedingungen, Straßenzustand oder Kraftstoffverbrauch.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Systeme mit im Fahrzeug verbauten Kameras, beispielsweise Frontkameras, bekannt, welche Verkehrszeichen, Spurenmarkierungen etc. nutzen, um eindeutige Merkmale im Bild zu finden. Damit können so genannte Landmarken in einer Referenzkarte abgelegt werden. Dies ermöglicht es, die Position bei allen folgenden Fahrten anhand der aktuellen Bildmerkmale bezüglich der Referenzkarte mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Im Falle der Verwendung von kamerabasierten Systemen zur Identifikation von Landmarken können beispielsweise schlechte Sichtverhältnisse, Dunkelheit, wiederkehrende Bildinhalte, sowie ein geringer Öffnungswinkel der Kamera die Robustheit verringern.
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Aus dem Bereich der Robotik ist ferner ein Verfahren zur Ortung autonomer Roboter per Radar anhand so genannter SLAM-Verfahren (Simultaneous Location and Mapping) bekannt. Obwohl SLAM-Verfahren weitgehend unabhängig von Witterungsverhältnissen sind, liefern sie keine eindeutigen Merkmale und sind stark an eine bekannte statische Geometrie der Umgebungsstruktur gebunden.
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Die bekannten Systeme sind in der Lage, zumindest rudimentär, die Positionen von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs zu bestimmen. Auch die Ermittlung der Fahrzeugposition in einer Referenzkarte ist mit geringer Genauigkeit möglich. Dabei erweisen sich ausschließlich per Odometrie bestimmte Objektpositionen als zu ungenau. Mit einem Satelliteninformationssystem, z. B. GPS/D-GPS (GPS – Global Positioning System; D-GPS – Differential Global Positioning System), ermittelte Positionen sind ebenso ungenau und ferner zum Beispiel in Parkhäusern nicht verfügbar. Die Anforderungen von zukünftigen autonom navigierenden und agierenden Assistenz- und Steuerungssystemen in Fahrzeugen erfüllen die so ermittelten Positionen nicht.
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Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, die Genauigkeit bei der Bestimmung der Objektpositionen und -merkmale in der Umgebung des Fahrzeugs zu optimieren, um so die Lokalisation des in einer veränderlichen Umgebung befindlichen Fahrzeugs in einer Referenzkarte zu verbessern.
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Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Lokalisierung des Fahrzeugs in einer Umgebung, d.h. in einer die Umgebung repräsentierenden Referenzkarte, mit Hilfe von aus Radarmessungen gewonnenen Objektpositionen stattfindet. Neben den bestimmten Objektpositionen werden weitere Eigenschaften der Objekte berücksichtigt, welche über eine Klassifikation den Objektpositionen zugeordnet werden.
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Definitionen
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Eine Position bezeichnet die kleinste örtliche Einheit in der Umgebungskarte oder der Referenzkarte. Bei einer in Zellen aufgeteilten Umgebungskarte oder Referenzkarte bezeichnet eine Position beispielsweise eine einzige dieser Zellen.
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Eine Objektposition bezeichnet eine zu einem physikalischen Objekt gehörende Position oder Ortsangabe in der Umgebungskarte oder der Referenzkarte. Dabei können einem physikalischen Objekt, insbesondere abhängig von dessen Ausdehnung eine einzige oder mehrere Objektpositionen zugeordnet sein.
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Eine Radarmessung ist eine Messung, die folgende Schritte umfasst: Aussenden eines Radarimpulses und anschließende winkel- und zeitaufgelöste Messung der Radarimpulsantwort.
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Eine winkelaufgelöste Messung ist eine Radarmessung, bei der neben der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Radarimpulses und dem Eintreffen des von einem Objekt in der Umgebung reflektierten Radarimpulses auch der Winkel, unter dem der reflektierte Radarimpuls gemessen wird, aufgezeichnet wird. Beispielsweise lässt sich dies über die Benutzung von mindestens zwei Antennenstrukturen an örtlich beabstandeten Positionen realisieren. Da sich die Wegstrecken zwischen dem Objekt und den Antennen unterscheiden, kann der Winkel beispielsweise über eine Phasenverschiebung in der gemessenen Radarimpulsantwort bestimmt werden.
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Eine Radarimpulsantwort umfasst dabei kein, ein oder eine Mehrzahl von durch einen einzigen Radarimpuls hervorgerufene(s) Radarecho(s), das/die an physikalischen Objekten der Umgebung durch Reflektion des Radarimpulses entstanden ist/sind.
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Die Intensität der Radarimpulsantwort, die mit einer bestimmten Objektposition korrespondiert, bezeichnet die für diese Objektposition gemessene Stärke des Radarechos.
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Bevorzugte Ausführungsformen
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Insbesondere wird somit ein Verfahren zur verbesserten Lokalisation eines Fahrzeugs in einer Referenzkarte vorgeschlagen, umfassend die Schritte:
Ausführen von Radarmessungen an aufeinander folgenden Punkten einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs, wobei beim Ausführen einer Radarmessung jeweils ein Radarimpuls ausgesandt und anschließend eine Radarimpulsantwort winkel- und zeitaufgelöste gemessen wird, Bestimmen von Objektpositionen im Umfeld des Kraftfahrzeugs aus der Radarimpulsantwort, wobei die aktuell bestimmten Objektpositionen eine Umgebungskarte bilden, Ermitteln der Position des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte durch Vergleich der Umgebungskarte mit der Referenzkarte, hierbei ist die Referenzkarte aus den bestimmten Objektpositionen erstellt und wird fortlaufend aktualisiert. Erfindungsgemäß wird eine Klassifikation für die Objektpositionen in der aktuellen Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte durchführt, wobei die für die Positionen bestimmten Objektklassen bei der Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
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Ferner wird vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur verbesserten Lokalisation eines Fahrzeugs geschaffen, welche umfasst: eine Radarmesseinrichtung, welche an aufeinander folgenden Punkten einer Trajektorie eines Kraftfahrzeugs jeweils einen Radarimpuls ausgesendet und anschließend eine winkel- und zeitaufgelöste Messung der Radarimpulsantwort durchführt, eine Positionsbestimmungseinrichtung, die Objektpositionen im Umfeld des Kraftfahrzeugs aus einer der Radarimpulsantworten bestimmt, wobei die Objektpositionen eine Umgebungskarte bilden, einen Speicher, in dem die Referenzkarte abgelegt ist, eine Lokalisationseinrichtung, die eine Positionsermittlungseinrichtung umfasst, die die Position des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte durch Vergleich der Umgebungskarte mit der Referenzkarte ermittelt, und eine Fusionierungseinrichtung, die die Referenzkarte aus den bestimmten Objektpositionen erstellt und fortlaufend aktualisiert, wobei eine Klassifikationseinheit, die eine Klassifikation für die Objektpositionen in der aktuellen Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte durchführt, wobei die für die Objektpositionen bestimmten Objektklassen bei der Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die Klassifikation und die fortlaufende Fusionierung der Mess- und Klassifikationsergebnisse in der Referenzkarte eine bessere Lokalisation des Kraftfahrzeugs relativ zu Objekten in der Umgebung, im Vergleich zu Verfahren wie GPS/D-GPS, erreicht wird. Daraus folgend ergibt sich die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug genauer in der Referenzkarte zu lokalisieren und hierüber auch bei der Fusionierung der bestimmten Objektpositionen eine höher aufgelöste Referenzkarte zu erzeugen als dieses im Stand der Technik bei gleicher Aussagekraft der einzelnen Radarmessungen möglich ist. Weiterhin ist eine Radarmessung im Gegensatz zu kamerabasierten Verfahren weitgehend unabhängig von den Witterungsverhältnissen, beispielsweise seien hier die Sichtverhältnisse und Dunkelheit genannt. Darüber hinaus bietet eine Klassifikation der empfangenen Radarimpulsantworten unter Bezugnahme auf die bestimmte Objektposition den Vorteil, dass eine eindeutige Bestimmung von Merkmalen des Objektes durchgeführt werden kann. Diese Merkmale können anschließend in der aktuellen Umgebungskarte, bei der Erstellung und Fusionierung der Referenzkarte, sowie bei der Lokalisation des Kraftfahrzeugs verwendet werden und dadurch die Ergebnisse der Lokalisation verbessern, beispielweise durch Gewichtung oder Verwerfung von Objekten, die einer bestimmten Objektklassen angehören. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt in der Möglichkeit, ohne extern zugeführte Positionsdaten, beispielsweise des GPS, zu operieren. Damit kann die Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs vollkommen autonom, also beispielsweise auch in Parkhäusern, durchgeführt werden.
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Grundsätzlich können ein oder mehrere abstrakte Merkmale, die aus einer oder mehreren Radarimpulsantworten und/oder den hieraus bestimmten Objektpositionen ermittelt sind, zur Klassifikation verwendet werden. Eine Objektklasse muss nicht einem real existierenden Typ von Objekt, beispielsweise einem Fahrzeug, einem Baum etc. zuordenbar sein, sondern kann ebenfalls abstrakt sein, d.h. nur durch die Merkmale bestimmt sein, die dazu führen, dass einer Objektposition oder mehreren benachbarten Objektpositionen diese entsprechende Objektklasse zugeordnet wird. So kann eine Klassifikation dazu führen, dass Objektpositionen, die zu verschiedenen realen Objekten gehören, dieselbe Objektklasse zugeordnet wird.
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Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Klassifikationseinheit als Klassifikationskriterium eine Reflexionsgüte der Radarimpulsantwort verwendet, die einer bestimmten Objektposition in der aktuellen Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte zugeordnet wird. Dies bietet den Vorteil, dass neben der reinen Objektposition auch Informationen bezüglich der Qualität der zu dem Objekt gehörenden Radarimpulsantwort gespeichert, ausgewertet und bei der Klassifikation und Lokalisation berücksichtigt werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Vorrichtung erwiesen, bei der vorzugsweise eine Klassifikationseinrichtung den Objektpositionen die Intensität der korrespondierenden Radarimpulsantwort zuordnet. Aber auch andere Ausführungsformen sind möglich. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass mit Hilfe der Intensität der korrespondierenden Radarimpulsantwort Aussagen über die Merkmale und Beschaffenheit des Objektes, wie beispielsweise die Oberflächenbeschaffenheit oder das Material des Objektes, das beispielsweise ein Holzschild oder ein Metallschild sein könnte, getroffen werden können, welche mit in die Klassifikation und Lokalisation des Fahrzeugs einfließen können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Positionsermittlungseinrichtung die aus einer einzigen Radarimpulsantwort bestimmten Objektpositionen für die Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte verwendet. Der Vorteil liegt in der Möglichkeit, die Position des Fahrzeuges in der Referenzkarte sofort, also durch eine einzige Messung, zu bestimmen. Die Umgebungskarte ist hierbei nur durch die in der aktuellen Messung bestimmten Objektpositionen definiert.
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Eine hohe Positionsgenauigkeit erreicht man mit einer Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Fusionierungseinrichtung mehrere der winkelaufgelösten Einzelmessungen zu einer einzigen aktuellen Umgebungskarte fusioniert und die aktuelle Umgebungskarte für die Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte durch die Positionsermittlungseinrichtung verwendet wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Objektpositionen und -merkmale in der Umgebung des Kraftfahrzeugs für den Bereich der Umgebungskarte genauer bestimmt werden können. Dabei ist beispielsweise denkbar, dass ein Objekt durch die Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs aus mehreren Richtungen erfasst wird. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit bei der Ortsauflösung, weil eine erhöhte Anzahl von Objektpositionen zur Verfügung steht und die lokale aktuelle Umgebungskarte dadurch mehr Informationen bereitstellt. Dies ermöglicht eine verbesserte Positionsermittlung beim Vergleich der lokalen aktuellen Umgebungskarte mit der Referenzkarte und insbesondere eine verbesserte Klassifikation. Durch die Fusionierung der Einzelmessungen stehen zu jedem Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs beispielsweise mehrere Objektpositionen und die dazugehörigen Informationen der Radarimpulsantworten zur Verfügung. Dadurch werden die zu einem Objekt gehörenden Objektpositionen in ihrer räumlichen Anordnung besser erfasst und so in der Umgebungskarte als ausgedehnte Merkmale sichtbar. Ferner stehen weitere Informationen, die aus den Radarimpulsantworten gezogen werden können, beispielsweise aus der Reflexionsgüte, als Klassifikationsmerkmale bereit. Die höhere Anzahl von Objektpositionen in der Umgebungskarte und die aufgrund der Fusionierung bereits erkennbaren Strukturen von Objekten erleichtern eine Orientierung der Umgebungskarte relativ zu der Referenzkarte, was eine weitere Beschleunigung und Verbesserung bei der Lokalisation des Fahrzeugs bringt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Klassifizierungseinrichtung eine Mustererkennung an Objektpositionen der Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte vornimmt, anhand eines gefundenen Musters eine Objektklasse identifiziert und den Objektpositionen des gefundenen Musters in der Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte die Objektklasse zuordnet. Der Vorteil liegt dabei in der Möglichkeit, die Art des Objektes zu identifizieren und der oder den korrespondierenden Objektpositionen jeweils eine Objektklasse zuzuordnen. Beispielsweise seien hier ein Metallschild, ein Busch, ein parkendes Auto, ein Haus oder ein Bordstein der Straße genannt. Bei der anschließenden Lokalisation des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte kann dabei die Objektklasse als Merkmal zur Entscheidungsfindung bei der Bewertung und Gewichtung der Objektposition für den Vergleich der Umgebungskarte mit der Referenzkarte berücksichtigt werden. Beispielsweise kann neben der Positionsübereinstimmung auch die den Objektpositionen zugeordnete Objektklasse verglichen werden. Beispielsweise kann bei bekannter Objektklasse die Objektposition eines Busches, dessen Radarimpulsantwort auf Grund der physikalischen und biologischen Eigenschaften des Blattwerks stochastischen Schwankungen unterworfen ist, besser erkannt werden als dieses ohne die Klassifikation der Fall wäre. Dabei wird beim Vergleich der Umgebungskarte mit der Referenzkarte zum Beispiel keine exakte Übereinstimmung der Objektpositionen des Busches gefordert, sondern nur eine den stochastischen Schwankungen der Radarimpulsantwort Rechnung tragende Übereinstimmung. Sind in der Referenzantwort in einem Gebiet der Referenzkarte die dort enthaltenen Objektpositionen als zugehörig zu einem Busch klassifiziert, so kann auch bei einem Vergleich mit einer Umgebungskarte, die aus nur einer Einzelmessung abgeleitet ist, geprüft werden, ob die Anzahl der in dem Gebiet der Umfeldkarte enthaltenen Objektpositionen mit einem Busch kompatibel wäre, z.B. keine scharfe aus mehreren Objektpositionen gebildete Kontur bilden. Ist die Umgebungskarte aus mehren Radarimpulsmessungen fusioniert und hat eine Mustererkennung sowohl in der Referenzkarte als auch in der Umgebungskarte stattgefunden, so kann an die Stelle des Vergleichs der Objektpositionen ein Vergleich treten, bei dem geprüft wird, ob in einem vorgegebenen Abstand zu einer Objektposition, die als Buschbestandteil klassifiziert ist, in der jeweils anderen Karte auch eine Objektposition existiert, der die Objektklasse Busch zugeordnet ist.
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Bei der Klassifikation kann beispielsweise ermittelt werden, dass eine Gruppe von Objektpositionen in einer Karte zu einem Fahrzeug gehören, welches am Rand der Fahrbahn abgestellt ist. Diese Information kann nun zusammen mit der allgemeinen Erkenntnis, dass am Fahrbahnrand abgestellte Fahrzeuge in der Regel nur eine begrenzte Zeitspanne ortsfest verbleiben und dann weiterbewegt werden, genutzt werden, diese Fahrzeuge als mobil-stationäre Objekte einzustufen bzw. zu klassifizieren. Jedoch ist ein Fahrzeug, das vor kurzem kartiert wurde, in der Umgebung eventuell nicht mehr vorhanden. Ebenso kann ein aktuell in der Umgebung befindliches Fahrzeug zum Zeitpunkt der Erstellung der Referenzkarte noch nicht existiert haben. Daher sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung vor, dass eine Modifikationseinrichtung eine Modifikation der zu einem Objekt gehörenden Positionen in der Referenzkarte und/oder der Umgebungskarte auf Basis der Objektklasse vornimmt, wobei die Objektposition in der aktuellen Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte und/oder die Klassifizierungsinformation modifiziert werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin begründet, dass die aktuelle Umgebungskarte und/oder die Referenzkarte Informationen bezüglich der Merkmale der in ihnen eingetragenen Objekte enthalten, welche stets aktualisiert werden und dadurch eine verbesserte Kartierung der Umgebung und eine verbesserte Lokalisation des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte ermöglichen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Vorrichtung erweisen, bei der die Modifikationseinrichtung einem Objekt in der Referenzkarte anhand der Objektklasse eine Existenzwahrscheinlichkeit zugordnet. Vorteilhaft an dieser Ausführung ist die Möglichkeit, Objekte zu markieren, deren Merkmale zeitlichen Schwankungen unterworfen sind. Hierbei sei beispielsweise die saisonale Schwankung der Radarimpulsantwort eines Busches genannt, der im Sommer ein dichtes Blattwerk, im Winter hingegen keine Blätter besitzt. Wird dem Busch eine Existenzwahrscheinlichkeit zugeordnet, so kann der saisonale Effekt über eine entsprechende Gewichtung bei der Lokalisierung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die in der Klassifikationseinrichtung durchgeführte Klassifikation der Objekte innerhalb von Bereichen der Referenzkarte mit Hilfe von Verfahren des maschinellen Lernens stattfindet. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass keine Annahmen über die Muster getroffen werden müssen, sondern Verfahren des maschinellen Lernens verwendet werden, um die ausführende Maschine anhand von vorgegebenen Beispielobjekten, beispielsweise 100 Radarimpulsantworten verschiedener Büsche, diejenigen Merkmale der einzelnen Objektklassen lernen zu lassen, welche bei der späteren Klassifikation zur Anwendung kommen. Beispielsweise seien hier Verfahren genannt wie Neuronale Netze, Bayes-Klassifikator oder hierarchischer Temporalspeicher.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die in der Klassifikationseinrichtung durchgeführte Klassifikation der Objekte innerhalb der Bereiche der Referenzkarte durch vorher gemachte Modellannahmen hinsichtlich der Radarimpulsantworten für bestimmte Objektklassen stattfindet. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass keine Lernzyklen notwendig sind.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Klassifikationseinrichtung die Position eines mobilen Objekts über seine Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung relativ zur Eigengeschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs über eine frequenzabhängige Analyse der Radarimpulsantwort identifiziert und das als mobil klassifizierte Objekt bei der Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs und/oder der Aktualisierung der Referenzkarte nicht berücksichtigt wird. Der Vorteil liegt darin, dass mobile Objekte, wie beispielsweise Fußgänger oder andere sich bewegende Fahrzeuge in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, bei der Lokalisierung vernachlässigt werden. Dadurch ist eine verbesserte Lokalisation anhand der stationären Objektpositionen möglich.
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Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass Positionen, die nach Klassifikation durch die Klassifikationseinrichtung ein Objekt markieren, welches mobil-stationär ist, nicht bei der Ermittlung der Position des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Als mobil-stationär wird ein Objekt bezeichnet, dass bei seiner Erfassung stationär ist, jedoch aufgrunde seines Wesen oder seiner Art nicht dauerhaft stationär ist, sich beispielsweise auch bewegen kann. Beispielsweise sind Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Motorräder etc. mobil stationäre Objekte, wenn sie nicht gerade während der Erfassung durch eine Radarimpulsmessung in Bewegung sind. Der Vorteil der Markierung von mobil-stationären Objekten ist, neben einer Unterdrückung der auf diese Weise markierten Objektpositionen bei der Lokalisation des Kraftfahrzeugs, die Möglichkeit, z.B. Orte von Parkplätzen anhand dieser mobil-stationären Objekte, wie zum Beispiel parkenden Fahrzeuge, zu markieren und für ein späteres Wiederauffinden, beispielsweise bei der Parkplatzsuche, abzuspeichern.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Klassifikation der Objekte für die in der Referenzkarte bereits vorhandenen Daten vorgenommen wird. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Möglichkeit, den bereits kartierten Objekten in der Referenzkarte Objektklassen zuzuordnen und die in der Referenzkarte vorhandenen Daten für eine verbesserte Lokalisation des Kraftfahrzeugs aufzubereiten. Um Rechenleistung zu sparen oder besser zu nutzen, könnte diese Aufbereitung der bereits vorhandenen Daten zum Beispiel immer dann stattfinden, wenn die Auslastung durch andere Rechenvorgänge gering ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die durch die Klassifikationseinrichtung vorgenommene Klassifikation und Bewertung der Objekte anhand der Radarimpulsantworten der aktuellen Einzelmessung oder der aktuellen Umgebungskarte vorgenommen wird. Der Vorteil liegt hier darin, dass schon bei der aktuellen Einzelmessung oder Umgebungskarte, Objekte klassifiziert werden können und somit bei der Ermittlung der Fahrzeugposition anhand eines Vergleichs der aktuellen Objektpositionen mit den Objektpositionen in der Referenzkarte gewichtet berücksichtigt werden können. Dies spart Rechenleistung und erhöht die Genauigkeit der Lokalisation. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Möglichkeit, bestimmte Objektklassen bei der Kartierung zu unterdrücken. Beispielsweise könnten als mobil oder mobil-stationär klassifizierte Objekte unberücksichtigt bleiben.
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Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht zusätzlich vor, dass die Steuereinrichtung eine Schnittstelle zum Empfangen standardisierter Positionsdaten umfasst und dass für die Groborientierung der Position des Kraftfahrzeugs und/oder den Positionen in der Referenzkarte der Lokalisierungseinrichtung geographische Koordinaten von satellitengestützten globalen Positionsbestimmungssystemen und/oder anderen Ortungssystemen zugeführt werden oder zugeführt werden können. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass bei unbekannter Fahrzeugposition, beispielsweise nach einem Transport des Fahrzeugs auf einem Lastkraftwagen oder Zug, eine Groborientierung in der Referenzkarte vorgenommen werden kann. Durch eine Zuordnung absoluter Positionsdaten kann der Suchbereich, in dem das Fahrzeug lokalisiert werden muss, in der Referenzkarte eingegrenzt werden. Dies verringert den notwendigen Rechenaufwand und führt damit zu einer schnelleren Lokalisation.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Referenzkarte in Zellen zerlegt ist.
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Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur verbesserten Lokalisation eines Fahrzeugs sieht vor, dass die Positionsbestimmungseinrichtung, der Speicher, die Lokalisierungseinrichtung, Fusionierungseinrichtung und die Klassifizierungseinrichtung in einer Steuereinrichtung zusammengefasst sind. Dies bietet den Vorteil, dass die oben genannten Einrichtungen in einer einzigen mikroprozessorgesteuerten Einheit realisiert sein können.
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Die Merkmale der in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der Vorrichtungen auf.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1a Eine schematische Darstellung einer Umgebungsszene, bei der von oben auf die Umgebung des Kraftfahrzeugs geblickt wird;
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1b eine schematische Darstellung der mit 1a korrespondierenden Objektpositionen, welche mit Hilfe einer einzigen Messung der Radarimpulsantwort bestimmt wurde;
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2 ein Satellitenbild einer realen Umgebung;
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3 eine korrespondierend mit dem Satellitenbild aus den Radarimpulsantworten gebildete Referenzkarte;
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4 Ausschnitte aus der Umgebungskarte für verschiedene Objektklassen, beispielhaft sind typische Muster für einen Busch, einen Bordstein und ein Fahrzeug gezeigt;
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5 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der Vorrichtung zur verbesserten Lokalisation eines Kraftfahrzeugs;
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6 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform der Vorrichtung zur verbesserten Lokalisation des Kraftfahrzeugs; und
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7 ein schematisches Flussdiagramm des Verfahrens zur verbesserten Lokalisation eines Kraftfahrzeugs.
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1a zeigt in Form einer schematischen Darstellung eine typische Umgebungsszene, wie sie sich im alltäglichen Straßenverkehr häufig finden lässt. Ein Kraftfahrzeug 1 fährt auf einer Fahrbahn 4 in einer Umgebung 2. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Radarsensor 13 auf, der z.B. am vorderen Ende des Kraftfahrzeugs 1 angebracht sein kann. Der Radarsensor 13 besitzt einen Abstrahlbereich 14, innerhalb dessen Objekte 20 erfasst werden. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfassen die Objekte 20 beispielsweise einen Bordstein 5, einen Baum 6, ein parkendes Fahrzeug 7, einen Fußgänger 8, einen Busch 9, ein Metallschild 10, ein Haus 11 und ein fahrendes Fahrzeug 12. Der Öffnungswinkel 17 des Abstrahlbereichs 14 kann beispielsweise 140° betragen, kann aber auch größer oder kleiner sein. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sendet der Radarsensor 13 einen Radarimpuls 15 aus, der von den Objekten 20, die innerhalb des Öffnungswinkels 17 des Abstrahlbereichs 14 liegen, beispielsweise einem Metallschild 10, als Radarimpulsantwort 16 reflektiert wird. Die Radarimpulsantwort 16 wird von dem Radarsensor 13 empfangen und winkel- und zeitaufgelöst gemessen. Anhand der gemessenen Radarimpulsantwort 16 werden die Objektpositionen der Objekte 20, beispielsweise des Metallschilds 10, bestimmt, an denen der Radarimpuls reflektiert wurde. Die Positionsbestimmung wird entsprechend für alle Objekte 20 in der Umgebung 2 vorgenommen. Durch die Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs 1 verschiebt sich die Umgebung 2 vom Radarimpulsmessung zu Radarimpulsmessung fortlaufend in der absoluten Position, so dass der Öffnungswinkel 17 des Abstrahlbereichs 14 des Radarsensors 13 immer neue Objekte 20 in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1 überstreicht.
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Auf Grund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften unterscheiden sich die Anteile der Radarimpulsantwort 16 von unterschiedlichen Objekten 20 innerhalb des Öffnungswinkels 17 des Abstrahlbereichs 14 des Radarsensors 13. Dadurch lassen sich diese Objekte 20 in der Umgebung 2 über ihre Radarimpulsantwort 16 klassifizieren. Beispielsweise kann so ein Busch 9 von einem Bordstein 5 oder einem fahrenden 12 oder parkenden Fahrzeug 7 unterschieden werden.
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1b zeigt eine schematische Darstellung der aus der erhaltenen Radarimpulsantwort einer einzigen Messung bestimmten Objektpositionen. Dabei korrespondieren die aus der Radarimpulsantwort bestimmten Objektpositionen mit den im Öffnungswinkel 17 des Abstrahlbereichs 14 des Radarsensors 13 in 1a dargestellten Objekte 20, welche im Öffnungswinkel 17 den Bordstein 5, den Baum 6, den Fußgänger 8, das Metallschild 10, das Haus 11 und das fahrende Fahrzeug 12 umfassen. Dadurch, dass hier nur eine einzige Messung dargestellt ist, kann es zu Abschattungseffekten kommen. Hier beispielsweise gezeigt anhand der fehlenden Intensität 35 an der Ecke des Hauses 11, welche aus Sicht des Radarsensors 13 von dem Metallschild 10 verdeckt wird. Schematisch ist die mit den Objektpositionen korrespondierende Intensität als Schraffurdichte dargestellt. So liefert das Metallschild 10 eine größere Intensität 34 in der Radarimpulsantwort als beispielsweise der Baum 6 mit der Intensität 31 oder der Fußgänger 8 mit der Intensität 33. 1b zeigt somit eine Umgebungskarte 21, in die zum Zwecke der Erläuterung das Fahrzeug 1, mit dem Radarsensor 13, der Abstrahlbereich 14 sowie der Öffnungswinkel 17 eingezeichnet sind.
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2 zeigt eine Satellitenaufnahme von einer typischen Situation im Straßenverkehr. In der Aufnahme sind mehrere Objekte 20 zu erkennen. Eine Fahrbahn 4 ist umgeben von mehreren Häusern 11. Die Fahrbahn 4 ist mit auf beiden Seiten mit einem Bordstein 5 umsäumt. Auf der Fahrbahn 4 befinden sich ein fahrendes Fahrzeug 12 und mehrere rechtwinkelig zur Fahrtrichtung angeordnete Parkbuchten, in denen sich parkende Fahrzeuge 7 befinden. Am oberen Ende der Aufnahme ist eine weitere rechtwinklig zur Fahrbahn 4 verlaufende weitere Fahrbahn 4' zu sehen, an deren einen Rand sich mehrere Büsche 9 befinden.
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3 zeigt eine typische Referenzkarte 25. Die Referenzkarte 25 korrespondiert dabei mit der in 2 gezeigten Situation, wobei die Aufnahmen von unterschiedlichen Zeitpunkten stammen, so dass lediglich stationäre Objekte 20, wie beispielsweise die Häuser 11, übereinstimmen. Dabei wurde die Referenzkarte aus mehreren Radarmessungen der Radarimpulsantworten an mehreren Positionen auf der in 2 gezeigten Fahrbahn 4 fusioniert. Kehrt das Kraftfahrzeug 1 nun in einen bereits kartierten Bereich zurück, so erstellt es von der unmittelbaren Umgebung, welche kleiner sein kann als der in der Referenzkarte kartierte Bereich, eine aktuelle Umgebungskarte durch eine oder mehrere fusionierte Radarmessungen. Die Abmessungen der aktuellen Umgebungskarte sind durch die Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt, da mit einer festen Wiederholfrequenz Radarmessungen durchgeführt werden. Eine aktuelle Umgebungskarte wird dann aus einer Anzahl von n Radarmessungen durch Fusionierung erstellt. Ist n = 1, so wird nur eine einzige winkelaufgelöste Radarmessungen zur Bildung der Umgebungskarte verwendet. Dabei liefert ein physikalisches Objekt in der Umgebung eine Mehrzahl von Signalen in der gemessenen Radarimpulsantwort. Bei einem ausgedehnten Objekt wie einem Haus 11 lassen sich so mehrere Objektpositionen bestimmen, aus denen eine Kontur des Hauses erkennbar wird.
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Ist n > 1, so wird auf Grund der Eigenbewegung ein größerer Bereich der Umgebung zur Bildung der aktuellen Umgebungskarte herangezogen. Da n für die Umgebungskarte jedoch endlich ist, wird die Umgebungskarte mit der Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs 1 relativ zur absoluten Position fortwährend verschoben. Typischerweise betragen die Abmessungen einer auf diese Weise gebildeten aktuellen Umgebungskarte je nach Eigenbewegung und Reichweite die Radarstrahlung des Kraftfahrzeugs 1 einige Meter bis einige 100 m.
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Anhand der in der Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte eingetragenen Objektpositionen wird dann die Klassifikation durchgeführt. Die bestimmte Objektklasse wird dann den korrespondierenden Objektpositionen zugeordnet. Zur Klassifikation können beispielsweise Mustererkennungsverfahren verwendet werden. Charakteristische Muster gebildet aus den mittels Radarimpulsmessungen gebildeten Objektpositionen einiger Objekte sind in 4 dargestellt. So lassen sich beispielsweise ein Busch 37, ein Bordstein 38 und ein Fahrzeug 39 voneinander unterscheiden und durch Mustererkennungsverfahren klassifizieren und markieren.
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Eine Modifikation, beispielsweise durchgeführt durch eine Modifikationseinrichtung, kann dann später auf Basis der Objektklassen beispielsweise parkende Fahrzeuge oder andere Objekte aus der Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte entfernen oder ihnen eine Existenzwahrscheinlichkeit zuordnen. Die Lokalisation des Kraftfahrzeugs in der Referenzkarte findet dann durch einen Vergleich der aktuellen Umgebungskarte mit der Referenzkarte statt. Dabei werden die Objektklassen berücksichtigt.
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Eine Ausführungsform sieht gemäß 5 eine in einem Kraftfahrzeug 40 verbaute Vorrichtung zur Lokalisation des Kraftfahrzeugs 41 vor. Dabei führt eine Radarmesseinrichtung 50 das Aussenden des Radarimpulses und das winkel- und zeitaufgelöste Messen der korrespondierenden Radarimpulsantworten aus. Die Rohdaten werden dann an eine Positionsbestimmungseinrichtung 51, welche die Objektpositionen der Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs bestimmt weitergeleitet. Die Ergebnisse gehen anschließend an eine Klassifikationseinrichtung 52, sowie an eine Lokalisierungseinrichtung 53, umfassend eine Modifikationseinrichtung 54 und eine Positionsermittlungseinrichtung 55. Die Klassifikationseinrichtung 52 klassifiziert anhand der Objektpositionen sowie optional zusätzlich oder alternativ anhand der Rohdaten, die Objekte in der Fahrzeugumgebung und ordnet den Objektpositionen entsprechende Objektklassen zu. Die Klassifikationsergebnisse werden von der Klassifikationseinrichtung 52 der Lokalisationseinrichtung 53, und damit der Modifikationseinrichtung 54 und der Positionsermittlungseinrichtung 55 zur Verfügung gestellt.
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Die Positionsermittlungseinrichtung 55 vergleicht nun die aktuellen Objektpositionen in der Umgebungskarte mit einer in einem Speicher 56 hinterlegten Referenzkarte und ermittelt die Position des Kraftfahrzeugs 40 in der Referenzkarte. Die Modifikationseinrichtung 54 führt optionale Modifikationen in der aktuellen Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte durch. Eine Fusionierungseinrichtung 57 kann ebenfalls auf die von der Positionsbestimmungseinrichtung 51 bereitgestellten Objektpositionen zugreifen und aktualisiert fortlaufend die Referenzkarte, welche in einem Speicher 56 abgelegt ist.
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Eine andere mögliche Ausführungsform sieht gemäß 6 eine in einem Kraftfahrzeug 40 verbaute Vorrichtung zur Lokalisation des Kraftfahrzeugs 41 vor. Dabei führt eine Radarmesseinrichtung 50 das Aussenden des Radarpulses und das winkel- und zeitaufgelöste Messen der korrespondierenden Radarimpulsantworten aus und liefert die Rohdaten an eine Positionsbestimmungseinrichtung 51, welche die Objektpositionen der Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs bestimmt und die Ergebnisse an eine Klassifikationseinrichtung 52, sowie an eine Positionsbestimmungseinrichtung 55 weiterleitet. Die Klassifikationseinrichtung 52 klassifiziert anhand der Objektpositionen, sowie optional anhand weiterer Rohdaten, die Objekte in der Fahrzeugumgebung. Die Klassifikationsergebnisse werden von der Klassifikationseinrichtung 52 der Positionsermittlungseinrichtung 55 zur Verfügung gestellt. Eine Fusionierungseinrichtung 57 kann ebenfalls auf die von der Positionsbestimmungseinrichtung 51 bereitgestellten Objektpositionen zugreifen und aktualisiert, vorzugsweise bei jeder Messung, fortlaufend die Referenzkarte, welche in einem Speicher 56 abgelegt ist. Die Positionsermittlungseinrichtung 55 vergleicht nun die aktuellen Objektpositionen in der Umgebungskarte mit den Objektpositionen in der im Speicher 56 hinterlegten Referenzkarte und ermittelt die Position des Kraftfahrzeugs 40 in der Referenzkarte. Hierbei werden die Klassifikationsergebnisse direkt oder indirekt, beispielsweise aufgrund des Entfernens von mobilen oder mobilstationären Objekten aus der Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte, berücksichtigt. Die Klassifikationseinrichtung 52 führt hierzu optionale Modifikationen in der aktuellen Umgebungskarte und/oder der Referenzkarte durch, so dass solche Klassifikationsergebnisse dauerhaften Einfluss auf das ermitteln der Fahrzeugposition erhalten.
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In 7 ist ein schematisches Ablaufdiagramm dargestellt, auf dessen Basis ein weiteres Mal eine mögliche Ausführungsform der Erfindung erklärt wird. Zuerst wird eine Messung der winkel- und zeitaufgelösten Radarimpulsantwort 101, dabei ist für den Fachmann klar, dass diese Messung aus dem Aussenden eines Radarimpulses und der anschließenden Messung der Radarimpulsantwort besteht. Aus der gemessenen Radarimpulsantwort werden im nächsten Schritt die Objektpositionen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs bestimmt 102. Optional können anschließend mehrere Einzelmessungen fusioniert werden 103. So wird entweder aus der Einzelmessung oder aus den fusionierten Messungen eine aktuelle Umgebungskarte des Kraftfahrzeugs gebildet 104. Anschließend findet eine Klassifikation der Objektpositionen in der Umgebungskarte statt 105, bei der den Objektpositionen eine Objektklasse zugeordnet wird. Dabei können optional einzelne oder mehrere Kriterien berücksichtigt werden. Ebenfalls optional sind eine anschließende Modifikation der Objektpositionen und/oder Objektklassen in der Umgebungskarte 106, sowie eine Groborientierung mit Hilfe externer Positionsdaten 107, beispielsweise durch Benutzung von GPS-Positionsdaten. Unter Berücksichtigung der Klassifikationsergebnisse wird die Position des Kraftfahrzeugs relativ zu den Objektpositionen der Umgebung durch Vergleich der Umgebungskarte mit der Referenzkarte ermittelt 108. Fortlaufend findet eine Aktualisierung bzw. Fusionierung der aktuell bestimmten Objektpositionen und Objektklassen in der Umgebungskarte mit den bereits vorhandenen Objektpositionen und Objektklassen in der Referenzkarte statt 109. Dabei kann optional eine weitere Klassifikation für die in der Referenzkarte abgespeicherten Objektpositionen stattfinden. Ebenfalls optional sind die Unterdrückung bestimmter Objektklassen, beispielsweise mobile und mobil-stationäre Objekte, sowie eine Modifikation der Objektpositionen und/oder Objektklassen in der Referenzkarte. Auch die Zuordnung einer Existenzwahrscheinlichkeit erfolgt optional.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Umgebung
- 3
- Objekt
- 4
- Fahrbahn
- 4'
- weitere Fahrbahn
- 5
- Bordstein
- 6
- Baum
- 7
- Parkendes Fahrzeug
- 8
- Fußgänger
- 9
- Busch
- 10
- Metallschild
- 11
- Haus
- 12
- Fahrendes Fahrzeug
- 13
- Radarsensor
- 14
- Abstrahlbereich
- 15
- Radarimpuls
- 16
- Radarimpulsantwort
- 17
- Öffnungswinkel
- 20
- Objekte
- 21
- Umgebungskarte
- 25
- Referenzkarte
- 30
- Intensität eines Bordsteins
- 31
- Intensität eines Baums
- 33
- Intensität eines Fußgängers
- 34
- Intensität eines Metallschilds
- 35
- Intensität eines Hauses
- 36
- Intensität eines Fahrzeugs
- 37
- Muster eines Busches
- 38
- Muster eines Bordsteins
- 39
- Muster eines Fahrzeugs
- 40
- Kraftfahrzeug
- 41
- Vorrichtung zur Lokalisation des Kraftfahrzeugs
- 50
- Radarmesseinrichtung
- 51
- Positionsbestimmungseinrichtung
- 52
- Klassifikationseinrichtung
- 53
- Lokalisierungseinrichtung
- 54
- Modifikationseinrichtung
- 55
- Positionsermittlungseinrichtung
- 56
- Speicher
- 57
- Fusionierungseinrichtung
- 101–109
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10337845 A1 [0005]
- DE 102010013647 A1 [0006]