DE102016217810A1

DE102016217810A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102016217810A1
Application number: DE102016217810.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stählin
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeuges (102). Die Vorrichtung umfasst einen Satellitennavigationsempfänger (104), welcher ausgebildet ist, Satellitensignale zu empfangen, einen ersten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Bewegung des Fahrzeugs (102) zu erfassen, einen zweiten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Bewegung des Fahrzeugs (102) zu erfassen, und einen Prozessor, welcher ausgebildet ist, ein Fehlermaß auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung zu bestimmen, das bestimmte Fehlermaß mit einem vorbestimmten Schwellwert zu vergleichen, und die geographische Position des Fahrzeugs (102) auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeugs, insbesondere zum Bestimmen der geographischen Position des Fahrzeugs mittels Satellitensignalen.
Technischer Hintergrund
Mit einem passenden Empfänger kann ein globales Satellitennavigationssystem (GNSS) dazu verwendet werden, eine aktuelle geographische Position beispielsweise eines Fahrzeugs in 3D-Koordinaten sowie seine Geschwindigkeit zu bestimmen. Weil dabei keine Daten mit den Satelliten ausgetauscht werden, sondern nur die von den Satelliten ausgesendeten Signale vom Satellitennavigationsempfänger empfangen werden, gibt es keine Beschränkung in der Nutzerzahl des globalen Satellitennavigationssystems.
Damit ein Satellitennavigationsempfänger eine geographische Position eines Fahrzeugs bestimmen kann, muss er die Signale von mindestens vier Satelliten empfangen. Das Signal eines Satelliten enthält unter anderem Informationen zu seiner Position und seiner lokalen Uhrzeit. Aus der Differenz zwischen der Satellitenzeit und dem Zeitpunkt, an dem das Signal empfangen wurde, berechnet ein Satellitennavigationsempfänger seine Distanz zum Satelliten und anhand dieser die geographische Position des Fahrzeugs. Je mehr Satelliten benutzt werden, um die geographische Position des Fahrzeugs zu bestimmen, desto genauer ist die vom Satellitennavigationsempfänger bestimmte Position. Außerdem kann der Satellitennavigationsempfänger beispielsweise anhand von Dopplereffekten die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmen.
Weiterhin ist es bei einer Lokalisierung eines Fahrzeugs in absoluten Koordinatensystemen bekannt, GNSS-Informationen mit Fahrdynamikdaten zu fusionieren. Dabei kommen unterschiedliche Ansätze zum Tragen, wie beispielsweise der sogenannte Lose-Kopplungs-Ansatz, bei dem aus den GNSS-Daten eine Position berechnet wird (die sogenannte Single Point Position, SPP), die dann mit Fahrdynamikdaten fusioniert wird.
Dieses Verfahren ermöglicht eine Trennung der einzelnen Berechnungsschritte und damit eine einfache Modularisierung, die Berechnung der SPP ist jedoch sehr rechenzeitaufwändig.
Beschreibung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeugs, insbesondere zum Bestimmen der geographischen Position des Fahrzeugs mittels Satellitensignalen, zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeugs gelöst. Die Vorrichtung umfasst einen Satellitennavigationsempfänger, welcher ausgebildet ist, Satellitensignale zu empfangen, einen ersten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Bewegung des Fahrzeugs zu erfassen, einen zweiten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Bewegung des Fahrzeugs zu erfassen, und einen Prozessor, welcher ausgebildet ist, ein Fehlermaß auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung zu bestimmen, das bestimmte Fehlermaß mit einem vorbestimmten Schwellwert zu vergleichen und die geographische Position des Fahrzeugs auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der erste Bewegungssensor und/oder der zweite Bewegungssensor ein IMU-Sensor, ein Drehratensensor, ein Beschleunigungssensor, ein Odometrie-Sensor, ein Hall-Effekt-Sensor, ein AMR-Effekt-Sensor, ein TMR-Effekt-Sensor oder ein GMR-Effekt-Sensor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die erste Bewegung und/oder die zweite Bewegung des Fahrzeugs eine Gierrate, eine Raddrehzahl, eine relative Distanz, eine Ausrichtung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung. Dabei kann es sich auch um eine Schätzung dieser Größen handeln, die mit einem Schätzfilter ermittelt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, das Fehlermaß als eine Differenz zwischen der ersten erfassten Bewegung und der zweiten erfassten Bewegung zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, die geographische Position des Fahrzeugs mittels eines Schätzfilters zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Schätzfilter ein Kalman-Filter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, das Fehlermaß anhand einer Kovarianzmatrix des Kalman-Filters zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ferner einen Umgebungssensor, welcher ausgebildet ist, Umgebungsgrößen in einer Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Umgebungssensor ein Regensensor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, das Fehlermaß auf der Basis der vom Umgebungssensor erfassten Umgebungsgrößen zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prozessor ferner ausgebildet, das Fehlermaß auf der Basis einer Anzahl der Satellitensignale zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Satellitennavigationsempfänger ein NAVSTAR GPS-, ein GLONASS-, ein GALILEO-, oder ein BEIDOU-Satellitennavigationsempfänger.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeugs gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Empfangen von Satellitensignalen, Erfassen einer ersten Bewegung des Fahrzeugs, Erfassen einer zweiten Bewegung des Fahrzeugs, Bestimmen eines Fehlermaßes auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung, Vergleichen des bestimmten Fehlermaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert, und Bestimmen der geographischen Position des Fahrzeugs auf der Basis der empfangenen Satellitensignale, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Das Verfahren kann durch die Vorrichtung ausgeführt werden. Weitere Merkmale des Verfahrens resultieren unmittelbar aus der Funktionalität der Vorrichtung und/oder den Merkmalen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt gelöst, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
Die Vorrichtung kann in Autos, in Flugzeugen oder in Schiffen angebracht werden.
Beschreibung der Figuren
Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert:
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung, die eine Vorrichtung zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeugs umfasst, gemäß einer Ausführungsform; und
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „enthalten", „haben", „mit" oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen" einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt" und „verbunden" können zusammen mit Ableitungen davon verwendet worden sein. Es versteht sich, dass derartige Ausdrücke dazu verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft" lediglich als ein Beispiel aufzufassen anstatt der Bezeichnung für das Beste oder Optimale. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 100, die eine Vorrichtung zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeuges 102 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Anordnung 100 die Satelliten 106 und 108, deren Signale von einem Satellitennavigationsempfänger 104 empfangen werden. Die Vorrichtung umfasst den Satellitennavigationsempfänger 104 zusammen mit einem ersten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Bewegung des Fahrzeugs 102 zu erfassen, und einem zweiten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Bewegung des Fahrzeugs 102 zu erfassen. Außerdem umfasst die Vorrichtung einen Prozessor, welcher ausgebildet ist, ein Fehlermaß auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung zu bestimmen, das bestimmte Fehlermaß mit einem vorbestimmten Schwellwert zu vergleichen und die geographische Position des Fahrzeugs 102 auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, die geographische Position des Fahrzeugs 102 anhand eines so genannten Single Point Position Algorithmus zu berechnen. Gemäß einer Ausführungsform wird die geographische Position des Fahrzeugs 102 berechnet, falls mittels Umgebungssensoren oder der Bewegungssensoren (z.B. Fahrdynamiksensoren) erkannt wird, dass das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Beispielsweise wird die geographische Position des Fahrzeugs 102 neu berechnet, falls sich die Anzahl der Signale der Satelliten (z.B., 106 und 108), welche vom Satellitennavigationsempfänger 104 empfangen werden, stark ändert, falls die Satellitensignale sehr stakt von Mehrwegeeffekten betroffen sind oder falls die Querbeschleunigungen oder Längsbeschleunigungen des Fahrzeugs 102 groß sind.
Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass die geographische Position des Fahrzeugs 102 mittels Satellitensignalen berechnet wird, nur falls es vorteilhaft ist. Dies hat den Vorteil, dass weniger Rechenzeit für die Berechnung der absoluten GPS-Position im Vergleich zu den normalen Berechnungen in festen Rastern (z. B., 10 Hz) gebraucht wird. Dies ist vorteilhaft vor allem bei modernen Systemarchitekturen mit entsprechenden Multitasking-Betriebssystemen, bei denen viel Rechenzeit benötigt wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 200 zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeuges 102 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 200 umfasst die folgenden Schritte: Empfangen 202 von Satellitensignalen, Erfassen 204 einer ersten Bewegung des Fahrzeugs 102, Erfassen 206 einer zweiten Bewegung des Fahrzeugs 102, Bestimmen 208 eines Fehlermaßes auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung, Vergleichen 210 des bestimmten Fehlermaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert, und Bestimmen 212 der geographischen Position des Fahrzeugs 102 auf der Basis der empfangenen Satellitensignale, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Bezugszeichenliste

100: Anordnung
102: Fahrzeug
104: Satellitennavigationsempfänger
106: Satellit
108: Satellit
200: Verfahren
202: Empfangen
204: Erfassen
206: Erfassen
208: Bestimmen
210: Vergleichen
212: Bestimmen

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeuges (102), mit: einem Satellitennavigationsempfänger (104), welcher ausgebildet ist, Satellitensignale zu empfangen; einem ersten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine erste Bewegung des Fahrzeugs (102) zu erfassen; einem zweiten Bewegungssensor, welcher ausgebildet ist, eine zweite Bewegung des Fahrzeugs (102) zu erfassen; und einem Prozessor, welcher ausgebildet ist, ein Fehlermaß auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung zu bestimmen, das bestimmte Fehlermaß mit einem vorbestimmten Schwellwert zu vergleichen, und die geographische Position des Fahrzeugs (102) auf der Basis der empfangenen Satellitensignale zu bestimmen, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Bewegungssensor und/oder der zweite Bewegungssensor ein IMU-Sensor, ein Drehratensensor, ein Beschleunigungssensor, ein Odometrie-Sensor, ein Hall-Effekt-Sensor, ein AMR-Effekt-Sensor, ein TMR-Effekt-Sensor oder ein GMR-Effekt-Sensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, das Fehlermaß als eine Differenz zwischen der ersten erfassten Bewegung und der zweiten erfassten Bewegung zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, die geographische Position des Fahrzeugs (102) mittels eines Schätzfilters zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Schätzfilter ein Kalman-Filter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, das Fehlermaß anhand einer Kovarianzmatrix des Kalman-Filters zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner einen Umgebungssensor umfasst, welcher ausgebildet ist, Umgebungsgrößen in einer Umgebung des Fahrzeugs (102) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Umgebungssensor ein Regensensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, das Fehlermaß auf der Basis der vom Umgebungssensor erfassten Umgebungsgrößen zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor ferner ausgebildet ist, das Fehlermaß auf der Basis einer Anzahl der Satellitensignale zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Satellitennavigationsempfänger (104) ein NAVSTAR GPS-, ein GLONASS-, ein GALILEO-, oder ein BEIDOU-Satellitennavigationsempfänger ist.
Verfahren (200) zum Bestimmen einer geographischen Position eines Fahrzeuges (102), mit: Empfangen (202) von Satellitensignalen; Erfassen (204) einer ersten Bewegung des Fahrzeugs (102); Erfassen (206) einer zweiten Bewegung des Fahrzeugs (102); Bestimmen (208) eines Fehlermaßes auf der Basis der ersten erfassten Bewegung und/oder der zweiten erfassten Bewegung; Vergleichen (210) des bestimmten Fehlermaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert; und Bestimmen (212) der geographischen Position des Fahrzeugs (102) auf der Basis der empfangenen Satellitensignale, falls das Fehlermaß den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens (200) nach Anspruch 12, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.