DE102016003261A1 - Method for self-localization of a vehicle in a vehicle environment - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Selbstlokalisierung (SL) eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugumgebung, insbesondere in einem mehrstöckigen Parkhaus, wobei
– Umgebungsdaten der Fahrzeugumgebung erfasst werden und
– eine Ist-Position des Fahrzeugs in der Fahrzeugumgebung ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass eine digitale dreidimensionale Wegekarte (WK) während mindestens einer Lernfahrt erstellt und gespeichert wird, wobei
– zur Erstellung der dreidimensionalen Wegekarte (WK) ein dreidimensionales Koordinatensystem definiert wird, welches Positionskoordinaten des Fahrzeugs in einer Fahrebene der Fahrzeugumgebung sowie eine Weglänge einer in der Fahrzeugumgebung zurückgelegten Wegstrecke umfasst,
– ein zeitlicher Positionsverlauf des Fahrzeugs mittels Weglängenmessung ermittelt wird und
– die Weglänge der zurückgelegten Wegstrecke anhand des ermittelten Positionsverlaufs bestimmt wird.The invention relates to a method for self-localization (SL) of a vehicle in a vehicle environment, in particular in a multi-storey car park, wherein
- Environment data of the vehicle environment are recorded and
An actual position of the vehicle in the vehicle environment is determined,
characterized in that a digital three-dimensional route map (WK) is created and stored during at least one learning trip, wherein
For generating the three-dimensional route map (WK), a three-dimensional coordinate system is defined which comprises position coordinates of the vehicle in a driving plane of the vehicle environment and a path length of a route traveled in the vehicle environment,
- A temporal position profile of the vehicle is determined by means of path length measurement, and
- The path length of the distance traveled is determined based on the determined position history.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selbstlokalisierung eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugumgebung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for self-localization of a vehicle in a vehicle environment according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik ist, wie beispielhaft in
Weiterhin ist aus der
Darüber hinaus ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Selbstlokalisierung eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugumgebung, insbesondere in einem mehrstöckigen Parkhaus, anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for self-localization of a vehicle in a vehicle environment, in particular in a multi-storey car park. The object is achieved with the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem Verfahren zur Selbstlokalisierung eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugumgebung, insbesondere in einem mehrstöckigen Parkhaus, werden Umgebungsdaten der Fahrzeugumgebung erfasst und eine Ist-Position des Fahrzeugs in der Fahrzeugumgebung ermittelt.In a method for self-localization of a vehicle in a vehicle environment, in particular in a multi-storey car park, environmental data of the vehicle environment are detected and an actual position of the vehicle in the vehicle environment is determined.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine digitale Wegekarte während mindestens einer Lernfahrt erstellt und gespeichert wird, wobei zur Erstellung der Wegekarte ein dreidimensionales Koordinatensystem definiert wird, welches Positionskoordinaten des Fahrzeugs in einer Fahrebene der Fahrzeugumgebung sowie eine Weglänge einer in der Fahrzeugumgebung zurückgelegten Wegstrecke umfasst. Dabei wird ein zeitlicher Positionsverlauf des Fahrzeugs ermittelt, wobei die Weglänge der zurückgelegten Wegstrecke anhand des ermittelten Positionsverlaufs bestimmt wird.According to the invention, it is provided that a digital route map is created and stored during at least one learning run, wherein a three-dimensional coordinate system is defined for generating the route map, which includes position coordinates of the vehicle in a driving plane of the vehicle environment and a path length covered in the vehicle environment distance. In this case, a temporal position profile of the vehicle is determined, wherein the path length of the distance traveled is determined on the basis of the determined position profile.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erstellung einer dreidimensionalen Wegekarte für ein mehrstöckiges Parkhaus mittels beliebiger entfernungsmessender Sensoren. Damit sind beispielsweise zweidimensional messende Sensoren oder gegebenenfalls auch der Einsatz unterschiedlicher Sensoren möglich, wobei auf eine kostenintensive 3D-Sensorik verzichtet werden kann. Weiterhin ermöglicht das Verfahren die Erweiterung eines Anwendungsbereichs eines Parkassistenten, da auch Parkhäuser mit mehreren Ebenen automatisiert befahren werden können. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren eine hochgenaue Lokalisation ohne Navigationssatellitensysteme, wie z. B. Globales Positionsbestimmungssystem (kurz: GPS) und Differentielles Globales Positionsbestimmungssystem (kurz DGPS), die üblicherweise in Parkhäusern nur eingeschränkt verfügbar sind.The inventive method allows the creation of a three-dimensional route map for a multi-storey car park by means of any distance-measuring sensors. Thus, for example, two-dimensional measuring sensors or possibly also the use of different sensors are possible, which can be dispensed with a costly 3D sensor. Furthermore, the method allows the extension of a scope of a parking assistant, as well as multi-level car parks can be automated drive. In addition, the method allows a highly accurate localization without navigation satellite systems, such. B. Global Positioning System (short: GPS) and Differential Global Positioning System (DGPS), which are usually limited in parking garages available.
Die dreidimensionale Wegekarte kann in vorteilhafter Weise für die Parkhäuser verwendet werden, die regelmäßig benutzt werden. Dazu erfolgt die Lernfahrt zur Erstellung der dreidimensionalen Wegekarte bevorzugt durch das Fahrzeug, das das betreffende Parkhaus später benutzen soll.The three-dimensional route map can be used advantageously for the parking garages, which are used regularly. For this purpose, the learning journey to create the three-dimensional route map is preferably carried out by the vehicle which is to use the relevant parking garage later.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings. Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Das Verfahren dient einer Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Parkhaus, insbesondere in einem mehrstöckigen Parkhaus, entlang einer dreidimensionalen Wegekarte WK (siehe
Das Verfahren kann allgemein in drei Verfahrensschritte S1 bis S3 unterteilt werden. In einem initialen Verfahrensschritt S1 führt das Fahrzeug mindestens eine Lernfahrt in der Fahrzeugumgebung durch, bei welcher die Fahrzeugumgebung erfasst wird und eine zu fahrende Wegstrecke erlernt wird. Bei der Erfassung der Fahrzeugumgebung werden Umgebungsdaten in einem Winkelbereich von 360° erfasst und gespeichert. Dazu sind am Fahrzeug zweckmäßigerweise mehrere Sensoren, insbesondere entfernungsmessende Sensoren, wie z. B. Radarsensoren oder Lidarsensoren, angeordnet, die Umgebungsdaten erfassen und speichern.The method can generally be subdivided into three method steps S1 to S3. In an initial method step S1, the vehicle carries out at least one learning journey in the vehicle environment in which the vehicle surroundings are detected and a route to be traveled is learned. When capturing the vehicle environment, environmental data is captured and stored in an angular range of 360 °. For this purpose, a plurality of sensors, in particular distance-measuring sensors, such as. As radar sensors or Lidarsensoren arranged, the environmental data capture and store.
Des Weiteren wird bei der Lernfahrt eine X-Position des Fahrzeugs, eine Y-Position des Fahrzeugs und eine Weglänge einer zurückgelegten Wegstrecke entlang einer Trajektorie erfasst oder ermittelt, wobei diese Koordinaten ein dreidimensionales Koordinatensystem aufspannen. Mittels des dreidimensionalen Koordinatensystems kann anschließend eine digitale, dreidimensionale Wegekarte WK für die erfasste Fahrzeugumgebung erzeugt werden.Furthermore, during the learning run, an X position of the vehicle, a Y position of the vehicle and a path length of a traveled distance are detected or determined along a trajectory, wherein these coordinates span a three-dimensional coordinate system. By means of the three-dimensional coordinate system, a digital, three-dimensional path map WK can subsequently be generated for the detected vehicle environment.
Die Erfassung oder Ermittlung der X-Position und Y-Position des Fahrzeugs kann beispielsweise mittels einer Koppelnavigation einer Geschwindigkeits- und Gierratenmessung eines elektronischen Stabilitätsprogramms (kurz: ESP) bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die X-Position und Y-Position des Fahrzeugs über eine Radar-Odometrie ermittelt werden, wie sie beispielhaft in der eingangs genannten
Die Ermittlung der Weglänge erfolgt über eine rechnerische Bestimmung der zurücklegten Wegstrecke, wobei eine zweidimensionale Trajektorie (= zurückgelegte Wegstrecke) bestimmt wird, indem für jeden Zeitschritt die aktuelle Fahrzeugposition wie folgt gespeichert wird:
- T
- = Trajektorie;
- X
- = X-Position des Fahrzeugs;
- Y
- = Y-Position des Fahrzeugs und
- N
- = Anzahl der Zeitschritte.
- T
- = Trajectory;
- X
- = X position of the vehicle;
- Y
- = Y position of the vehicle and
- N
- = Number of time steps.
Anhand der ermittelten Trajektorie kann die Weglänge der Trajektorie wie folgt bestimmt werden: mit:
- TD
- = Weglänge
- t
- = Zeitschritt.
- TD
- = Path length
- t
- = Time step.
Der Term ∥Tt – Tt-1∥ bestimmt dabei die sogenannte L2-Norm (Hilbertraum) in zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten innerhalb der Trajektorie. Mittels der Bestimmung der Weglänge können Mehrdeutigkeiten von zweidimensionalen Trajektorien, insbesondere in mehrstöckigen Parkhäusern, zumindest verringert, vorzugsweise beseitigt werden. The term ∥T t - T t-1 ∥ determines the so-called L 2 -norm (Hilbert space) in two consecutive time steps within the trajectory. By determining the path length ambiguities of two-dimensional trajectories, especially in multi-storey car parks, at least reduced, preferably eliminated.
Mittels dieser drei ermittelten Koordinaten kann das zuvor erwähnte dreidimensionale Koordinatensystem erzeugt werden, anhand dessen eine dreidimensionale Wegekarte WK für die Fahrzeugumgebung erstellt wird. Die Erstellung dieser Wegekarte WK wird in
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 ist eine Selbstlokalisierung SL des Fahrzeugs in der erstellten dreidimensionalen Wegekarte WK möglich, wobei die gelernte Trajektorie abgefahren werden kann. Zur Selbstlokalisierung SL können hierbei Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Kameras oder Laserscanner eingesetzt werden.In a further method step S2, a self-localization SL of the vehicle in the created three-dimensional route map WK is possible, wherein the learned trajectory can be traveled. Radar sensors, ultrasonic sensors, cameras or laser scanners can be used for self-localization SL.
In einem letzten Verfahrensschritt S3 werden nach jeder erfolgreichen Trajektorienbefahrung die Umgebungsdaten aktualisiert, so dass das Verfahren an tages- und jahreszeitliche Schwankungen adaptiert werden kann.In a last method step S3, the environment data are updated after each successful trajectory search, so that the method can be adapted to daily and seasonal fluctuations.
Das Blockschaltbild umfasst ein Eingabefeld E, in welchem Sensormessdaten SM und Eigenbewegungsdaten ED zur Erstellung der dreidimensionalen Wegekarte WK eingegeben werden. Die Eigenbewegungsdaten ED können beispielsweise von einem ESP oder einer IMU (kurz für intertiale Messeinheit) bereitgestellt werden.The block diagram comprises an input field E, in which sensor measurement data SM and proper movement data ED are entered for creating the three-dimensional route map WK. The eigenmotion data ED can for example be provided by an ESP or an IMU (short for intertial measurement unit).
Zusätzlich oder alternativ zu den Sensormessdaten SM werden sogenannte Medium-Level-Repräsentationen MLR bereitgestellt, die beispielsweise Landmarken, Clusteranalysen oder sogenannte NDT-Daten umfassen.In addition or as an alternative to the sensor measurement data SM, so-called medium-level representations MLR are provided, which include, for example, landmarks, cluster analyzes or so-called NDT data.
Bei Landmarken wird beispielsweise ein lokales Belegungsgitter erstellt, welches eine virtuelle Karte der erfassten Fahrzeugumgebung darstellt. Dieses Belegungsgitter wird auch als „Occupancy Grid” bezeichnet und umfasst eine Mehrzahl von einzelnen Zellen. In diese Zellen werden die Sensormessdaten SM in Abhängigkeit einer Position des Fahrzeugs eingetragen und jeweils in den Zellen akkumuliert. Anschließend werden markante Punktziele im Belegungsgitter extrahiert.Landmarks, for example, a local allocation grid is created, which is a virtual map of the detected vehicle environment. This occupancy grid is also referred to as an "occupancy grid" and comprises a plurality of individual cells. The sensor measurement data SM are entered into these cells as a function of a position of the vehicle and accumulated in the cells. Subsequently, distinctive point targets in the allocation grid are extracted.
Die Extraktion erfolgt beispielsweise mittels Gruppierung von Zellen, in welchen durch die eingetragenen Sensormessdaten SM zumindest ein Teil eines sich in der erfassten Fahrzeugumgebung befindlichen Objekts oder Objekte charakterisiert wird bzw. werden. Die Gruppierungen werden aus dem Belegungsgitter extrahiert und detailliert analysiert, indem anhand der Sensordaten Streuzentren ermittelt werden. Diese Streuzentren stellen dabei Stellen oder Bereiche der tatsachlichen Fahrzeugumgebung dar, an denen ausgesendete Sensorsignale besonders stark reflektiert wurden. Dieses beispielhafte Vorgehen ist aus der eingangs genannten
Die derart extrahierten, markanten Punktziele werden anschließend um die Kreise oder Kreisregionen gelegt und entlang mehrerer Kreisregionen Statistiken aus dem Belegungsgitter extrahiert und in einem Deskriptor gespeichert. Eine Ähnlichkeit zweiter Landmarken wird über einen Deskriptorvergleich bestimmt.The distinctive point targets extracted in this way are then placed around the circles or circular regions and statistics are extracted from the assignment grid along several circular regions and stored in a descriptor. A similarity of second landmarks is determined by a descriptor comparison.
Anhand der Sensormessdaten SM und der Medium-Level-Repräsentationen MLR kann im Rahmen des initialen Verfahrensschritts S1 eine Kartierung KA der Fahrzeugumgebung erfolgen, aus welcher gemeinsam mit einer Selbstlokalisierung SL des Fahrzeugs, wobei die Eigenbewegungsdaten ED hier mit einfließen, die dreidimensionale Wegekarte WK erstellt wird. Die dreidimensionale Wegekarte WK ist hierbei in einem Ausgabefeld A angeordnet.On the basis of the sensor measurement data SM and the medium-level representations MLR, a mapping KA of the vehicle environment can take place in the context of the initial method step S1, from which the three-dimensional route map WK is created together with a self-localization SL of the vehicle, the eigenmotion data ED being included here , The three-dimensional route map WK is arranged here in an output field A.
Hierbei sind als Eingangsdaten Messvektoren mj der Sensormessdaten SM und der Medium-Level-Repräsentationen MLR vorgesehen. Mittels eines Ähnlichkeitsmaßes AM entlang der Trajektorie der dreidimensionalen Wegekarte WK erfolgt eine Grobpositionierung innerhalb der dreidimensionalen Wegekarte WK. Die Grobpositionierung beschreibt dabei einen Ausschnitt aus der Trajektorie.In this case, measurement vectors m j of the sensor measurement data SM and of the medium-level representations MLR are provided as input data. By means of a measure of similarity AM along the trajectory of the three-dimensional route map WK, a coarse positioning takes place within the three-dimensional route map WK. The coarse positioning describes a section of the trajectory.
Im Bereich der Grobpositionierung wird anschließend mittels eines RANSAC-(englisch: RANdom SAmple Consensus)-Algorithmus RAVS eine Fahrzeugpose PFzg bestimmt, welche eine Transformation, z. B. Abstand und Winkel des Fahrzeugs, zur dreidimensionalen Wegekarte WK beschreibt. In the coarse positioning area, a vehicle pose P Fzg is then determined by means of a RANSAC (English: RANdom SAmple Consensus) algorithm RAVS. B. distance and angle of the vehicle, the three-dimensional map WK describes.
Als Eingangsdaten des RANSAC-Verfahrensschritts RAVS werden drei beliebige Messvektoren mj festgelegt und daraus die Fahrzeugpose PFzg bezüglich des Grobpositionierungsbereiches der dreidimensionalen Wegekarte WK bestimmt. Anschließend wird ein Abstand Aj aller festgelegten Messvektoren mj zu dieser Fahrzeugpose PFzg ermittelt und abschließend eine Gewichtung GW der Ergebnisse durchgeführt. Die Fahrzeugpose PFzg kann zusätzlich mit einem zeitlichen Filter geglättet werden. Das Ergebnis des gezeigten Ablaufdiagramms ist die Selbstlokalisierung SL des Fahrzeugs mit den Parametern Fahrzeugpose PFzg und Weglänge.As input data of the RANSAC process step RAVS, three arbitrary measurement vectors m j are defined and from this the vehicle pose P Fzg is determined with respect to the coarse positioning region of the three-dimensional route map WK. Subsequently, a distance A j of all predetermined measurement vectors m j is determined for this vehicle pose P Fzg and, finally, a weighting GW of the results is carried out. The vehicle pose P Fzg can also be smoothed with a temporal filter. The result of the flowchart shown is the self- localization SL of the vehicle with the parameters Vehicle P P Fzg and Weglänge .
Die im Ablaufdiagramm ermittelte Fahrzeugpose PFzg kann genutzt werden, um ein Fahrzeug entlang der ermittelten Trajektorie automatisiert zu regeln. Vorteilhaft ist hierbei, dass aufgrund der Positionsbestimmung innerhalb der dreidimensionalen Wegekarte WK automatisierte Fahrten in komplexen Parkhäusern mit mehreren Ebenen möglich sind.The vehicle pose P Fzg determined in the flowchart can be used to automatically regulate a vehicle along the determined trajectory. It is advantageous here that due to the position determination within the three-dimensional route map WK automated trips in complex car parks with multiple levels are possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
- AA
- Ausgabefeldoutput field
- Aj A j
- Abstanddistance
- AMAT THE
- Ähnlichkeitsmaßsimilarity
- Ee
- Eingabefeldinput box
- EDED
- EigenbewegungsdatenProper motion data
- GWGW
- Gewichtungweighting
- KAKA
- Kartierungmapping
- MLRMLR
- Medium-Level-RepräsentationenMedium-level representations
- PFzg P vehicle
- FahrzeugposeFahrzeugpose
- RAVSRav
- RANSAC-AlgorithmusRANSAC algorithm
- S1 bis S3S1 to S3
- Verfahrensschrittstep
- SLSL
- Selbstlokalisierungself-localization
- SMSM
- SensormessdatenSensor measurement data
- WKWK
- dreidimensionale Wegekartethree-dimensional route map
- mj m j
- Messvektormeasurement vector
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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