DE102016224558A1

DE102016224558A1 - Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016224558A1
Application number: DE102016224558.9A
Authority: DE
Inventors: Marlon Ramon Ewert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Bei einem Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs mit einem Navigationssystem und mit einem Bodenradarsystem, bei dem der Boden im Fahrzeugumfeld mit einem Bodenradar abgetastet und Bodenradarsystem-Positionsdaten aus einem Vergleich mit Bodenreferenzdaten bestimmt werden, wird die aktuelle Fahrzeugposition sowohl mit Navigationssystem-Positionsdaten als auch mit Bodenradarsystem-Positionsdaten bestimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Bekannt sind satellitengestützte Navigationssysteme in Fahrzeugen, mit deren Hilfe die Position des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Über die Signale mehrerer Satelliten errechnet das Fahrzeug seine aktuelle absolute Position und kann diese auf einer hinterlegten Straßenkarte darstellen.
Damit ein Fahrzeug sich autonom bewegen kann, müssen die aktuellen Positionsdaten im Fahrzeug mit hoher Genauigkeit vorliegen. Daraufhin können Aktoren im Fahrzeug, insbesondere Lenk- und Bremsaktoren sowie der Antriebsmotor selbsttätig angesteuert werden, so dass das Fahrzeug einer berechneten Solltrajektorie auf der Fahrbahn unter Berücksichtigung von Umfeldinformationen folgt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit in einem Fahrzeug eingesetzt und setzt zum einen ein Navigationssystem, insbesondere ein satellitengestütztes Navigationssystem, und zum andern ein Bodenradarsystem im Fahrzeug voraus. Sowohl über das Navigationssystem als auch über das Bodenradarsystem können Positionsdaten im Fahrzeug ermittelt werden, die die aktuelle Fahrzeugposition absolut sowie in Bezug auf eine hinterlegte Straßenkarte wiedergeben. Die genaue Kenntnis der aktuellen Fahrzeugposition ist Voraussetzung für ein autonomes oder teilautonomes Fahren des Fahrzeugs ohne oder nur mit reduziertem Fahrereingriff. Aus der aktuellen Fahrzeugposition kann unter Berücksichtigung weiterer Informationen, insbesondere Umfeldinformationen eine Solltrajektorie sowie eine Sollgeschwindigkeit ermittelt werden, auf der und mit der das Fahrzeug autonom durch Ansteuerung entsprechender Aktoren, insbesondere im Bremssystem, Lenksystem und des Antriebsmotors bewegt wird.
Sowohl in dem Navigationssystem als auch in dem Bodenradarsystem werden Positionsdaten ermittelt, die die aktuelle Fahrzeugposition wiedergeben. Bei dem Bodenradarsystem wird der Boden im Fahrzeugumfeld mit einem Bodenradar abgetastet und die gewonnenen Bodendaten aus dem aktuellen Fahrzeugumfeld mit Bodenreferenzdaten verglichen, woraus die Bodenradar-Positionsdaten bestimmt werden. Es liegen somit im Fahrzeug Positionsdaten von zwei prinzipiell unabhängig voneinander arbeitenden Systemen vor, nämlich dem Navigationssystem und dem Bodenradarsystem, aus denen die aktuelle Fahrzeugposition bestimmt werden kann.
Mithilfe der aktuellen Positionsdaten des Navigationssystems und des Bodenradarsystems lässt sich die Qualität der Positionsdaten signifikant verbessern. Es ist insbesondere möglich, eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Positionsdaten zu erreichen. Hierbei wird die Fahrzeugposition vorteilhafterweise in zwei Schritten bestimmt: Zunächst wird in einem ersten Schritt aus den Positionsdaten eines Systems die Fahrzeugposition ermittelt, anschließend wird in einem zweiten Schritt zur Verbesserung der Genauigkeit die zuvor ermittelte Fahrzeugposition mit den Positionsdaten des anderen Systems angeglichen. Beispielsweise kann zunächst im ersten Schritt die Fahrzeugposition aus den Navigationssystem-Positionsdaten bestimmt und anschließend im zweiten Schritt zur Verbesserung der Genauigkeit mit den Bodenradar-Positionsdaten abgeglichen werden. Im Prinzip kommt aber auch eine umgekehrte Reihenfolge in Betracht, bei der zunächst im ersten Schritt Bodenradarsystem-Positionsdaten bestimmt und diese in einem zweiten Schritt mit den Navigationssystem-Positionsdaten abgeglichen werden.
Durch die Kombination von Positionsdaten aus den beiden verschiedenen Systemen kann eine signifikant bessere Genauigkeit der Positionsdaten erreicht werden. Die Positionsdaten der beiden Systeme können auf verschiedene Weise abgeglichen oder kombiniert werden, beispielsweise mithilfe einer Mittelwertbildung, einer Medianbildung, einer Differenzbildung oder durch Filterung wie zum Beispiel in einem Kalman-Filter. Im Ergebnis weisen die erzielten Positionsdaten mindestens die Genauigkeit des genauer arbeitenden Systems, gegebenenfalls sogar eine darüber hinausreichende Genauigkeit auf. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, eine Genauigkeit mit einer absoluten Abweichung von nur wenigen Zentimetern zu erreichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung, die alternativ oder zusätzlich zur Genauigkeitsverbesserung eingesetzt werden kann, wird die Fahrzeugposition aus den Positionsdaten eines Systems bestimmt und werden die Positionsdaten des anderen Systems zur Plausibilisierung der Positionsdaten des ersten Systems verwendet. Weichen die Positionsdaten des ersten Systems zu stark von den Positionsdaten des zweiten Systems ab, so können je nach Verlässlichkeitsgrad entweder die Daten des ersten Systems oder die Daten des zweiten Systems verworfen und die aktuelle Fahrzeugposition allein auf der Grundlage der Fahrzeugposition des jeweils anderen Systems berechnet werden. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, die Fahrzeugposition aus dem Navigationssystem zu bestimmen und diese Positionsdaten mithilfe des Bodenradarsystems zu plausibilisieren.
Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung werden die Positionsdaten des zweiten Systems zur Genauigkeitsverbesserung eingesetzt, falls die Plausibilisierung erfolgreich verläuft.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung werden die Bodenreferenzdaten, die im Bodenradarsystem für den Vergleich mit den aktuell ermittelten Bodendaten herangezogen werden, von außen per Funk übermittelt. Die Bodenreferenzdaten müssen somit nicht im Bodenradarsystem im Fahrzeug abgespeichert vorliegen, sondern werden vorzugsweise fortlaufend von außen übermittelt, beispielsweise über Bodenstationen oder aus einer Cloud. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass jeweils nur die für das aktuelle Umfeld des Fahrzeugs relevanten Bodenreferenzdaten übertragen werden.
Die Bodenreferenzdaten können gegebenenfalls auch im Wege einer Car-to-Car-Kommunikation von einem Fahrzeug auf ein anderes Fahrzeug übertragen werden.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegen die Bodenreferenzdaten als abgespeicherte Daten im Bodenradarsystem im Fahrzeug vor. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass keine Übertragungssysteme für die Übertragung der Bodenreferenzdaten erforderlich sind. Dementsprechend kann auf eine Empfangseinheit im Bodenradarsystem im Fahrzeug verzichtet werden.
Die Bestimmung der Bodenradarsystem-Positionsdaten kann im Bodenradarsystem selbst erfolgen, indem im Bodenradarsystem der Vergleich zwischen den Bodenreferenzdaten und den gemessenen Bodendaten durchgeführt wird. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, dass die gemessenen Bodendaten sowie die Bodenreferenzdaten von dem Bodenradarsystem zum Navigationssystem übertragen werden und der Vergleich zur Bestimmung der Bodenradarsystem-Positionsdaten im Navigationssystem durchgeführt wird.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung werden die Navigationssystem-Positionsdaten unabhängig vom Bodenradarsystem einer Korrektur oder Plausibilisierung unterzogen. Hierzu können zusätzliche Positionsdaten von Bodenstationen auf das Fahrzeug übertragen werden, wobei die zusätzlichen Positionsdaten für die Plausibilisierung und/oder Korrektur der Navigationssystem-Positionsdaten verwendet werden. Die in dieser Weise bereits plausibilisierten bzw. korrigierten Navigationssystem-Positionsdaten können im weiteren Verlauf für den Abgleich mit den Bodenradarsystem-Positionsdaten herangezogen werden.
Das Verfahren wird in einem Positionsbestimmungssystem durchgeführt, das in ein Fahrzeug integriert werden kann, wobei das Positionsbestimmungssystem ein Navigationssystem zur Ermittlung der aktuellen Fahrzeugposition insbesondere aus Informationen von Satelliten sowie ein Bodenradarsystem umfasst, mit dem der Boden im Fahrzeugumfeld mithilfe von Radarstrahlen abgetastet wird. Im Bodenradarsystem sind entweder wie vorbeschrieben Bodenreferenzdaten abgespeichert, die zum Vergleich mit den per Radar gemessenen Bodendaten herangezogen werden, oder das Bodenradarsystem weist eine Empfangseinheit zum Empfangen per Funk übertragener Bodenreferenzdaten auf.
Das Bodenradarsystem und/oder das Navigationssystem können jeweils eine Steuereinheit zur Durchführung der systemspezifischen Verfahrensschritte aufweisen. Die Steuereinheit kann zudem eine Speichereinheit umfassen. Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Verfahrensschritte zur Positionsbestimmung in einem separaten Steuergerät ablaufen, das mit dem Navigationssystem und/oder dem Bodenradarsystem kommuniziert. Gegebenenfalls ist das Steuergerät nur mit einem System verbunden und kommunizieren die beiden Systeme untereinander.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Computerprogramm, in welchem die vorbeschriebenen Verfahrensschritte ablaufen. Das Computerprogramm kann in das Positionsbestimmungssystem integriert sein.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Fahrzeug mit einem Positionsbestimmungssystem dargestellt ist, das sowohl ein satellitengestütztes Navigationssystem als auch ein Bodenradarsystem im Fahrzeug umfasst.
Das in der Figur dargestellte Fahrzeug 1 ist mit einem Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition ausgestattet. Das Positionsbestimmungssystem 2 umfasst ein satellitengestütztes Navigationssystem 3 und ein Bodenradarsystem 4. Des Weiteren ist dem Positionsbestimmungssystem 2 ein Steuergerät 5 zugeordnet, das mit dem Navigationssystem 3 kommuniziert. Zwischen dem Navigationssystem 3 und dem Bodenradarsystem 4 besteht ebenfalls eine Kommunikationsverbindung zum Datenaustausch. Das Steuergerät 5 kann zusätzlich oder alternativ auch mit dem Bodenradarsystem 4 kommunizieren.
Das Navigationssystem 3 empfängt Positionsinformationen von Satelliten 6 und erzeugt hieraus Navigationssystem-Positionsdaten, die die aktuelle Fahrzeugposition wiedergeben. Das Navigationssystem 3 kann außerdem mit einer Korrekturfunktion ausgestattet sein, bei der zusätzliche Positionsdaten von Bodenstationen 7 empfangen werden, die für die Korrektur und/oder Plausibilisierung der Navigationssystem-Positionsdaten, basierend auf den Satelliteninformationen, verwendet werden. Darüber hinaus kann das Navigationssystem 3 mit Beschleunigungs- und/oder Drehratensensoren ausgestattet sein, um die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung weiter zu verbessern.
Das Bodenradarsystem 4 sendet Radarstrahlen 8 zur Erfassung des Bodens im Fahrzeugumfeld aus und umfasst einen Radarsensor zum Empfangen der reflektierten Radarstrahlen. Um im Bodenradarsystem 4 auf der Grundlage der mittels Radar gemessenen Bodendaten aktuelle Positionsdaten des Fahrzeugs bestimmen zu können, sind zum Vergleich mit den gemessenen Bodendaten Bodenreferenzdaten erforderlich. Diese Bodenreferenzdaten liegen entweder abgespeichert im Bodenradarsystem vor oder können, wie dargestellt, per Funk auf das Bodenradarsystem übertragen werden, beispielsweise von einer Cloud 9. Die letztgenannte Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die umfangreichen Bodenreferenzdaten nicht im Bodenradarsystem 4 abgespeichert sein müssen, sondern aktuell fortlaufend aus der Cloud 9 bezogen werden können. Gleichwohl ist es in alternativer Ausführung auch möglich, in einem Speicher 10 im Bodenradarsystem 4 Bodenreferenzdaten abzuspeichern.
Zwischen dem Navigationssystem 3 und dem Bodenradarsystem 4 besteht eine Kommunikationsverbindung. Dies ermöglicht es, dass Informationen aus einem System zum anderen System übertragen und dort weiterverarbeitet werden. So ist es beispielsweise möglich, im Bodenradarsystem 4 aktuelle Positionsdaten aus einem Vergleich der gemessenen Bodendaten mit den Bodenreferenzdaten zu ermitteln und die Bodenradarsystem-Positionsdaten zum Navigationssystem 3 zu übertragen und dort weiter zu verarbeiten, beispielsweise zur Plausibilisierung und/oder zur Verbesserung der Positionsdaten, die im Navigationssystem 3 ermittelt werden. Es ist alternativ auch möglich, die aktuell gemessenen Bodendaten und die zugehörigen Bodenreferenzdaten vom Bodenradarsystem 4 zum Navigationssystem 3 zu übertragen und dort auszuwerten. Des Weiteren ist es möglich, die Auswertung im Steuergerät 5 außerhalb des Navigationssystems 3 durchzuführen.
Die aktuellen Fahrzeugpositionsdaten können beispielsweise zur Unterstützung autonomen Fahrens im Fahrzeug eingesetzt werden. Auf der Grundlage der aktuellen Fahrzeugpositionsdaten können Aktoren im Fahrzeug selbsttätig angesteuert werden, zum Beispiel im Lenksystem, im Bremssystem und das Antriebssystem, so dass das Fahrzeug autonom oder teilautonom fährt.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs (1) mit einem Navigationssystem (3) und mit einem Bodenradarsystem (4), bei dem der Boden im Fahrzeugumfeld mit einem Bodenradar abgetastet und Bodenradarsystem-Positionsdaten aus einem Vergleich mit Bodenreferenzdaten bestimmt werden, wobei die aktuelle Fahrzeugposition sowohl mit Navigationssystem-Positionsdaten als auch mit Bodenradarsystem-Positionsdaten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugposition in einem ersten Schritt aus den Positionsdaten eines Systems bestimmt und in einem zweiten Schritt zur Verbesserung der Genauigkeit mit den Positionsdaten des anderen Systems abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugposition in einem ersten Schritt aus den Navigationssystem-Positionsdaten bestimmt und in einem zweiten Schritt zur Verbesserung der Genauigkeit mit den Bodenradar-Positionsdaten abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugposition aus den Positionsdaten eines Systems bestimmt und die Positionsdaten des anderen Systems zur Plausibilisierung der Positionsdaten des ersten Systems verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenreferenzdaten dem Bodenradarsystem (4) im Fahrzeug von außen per Funk übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenradarsystem (4) abgespeicherte Bodenreferenzdaten verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Bodenradarsystem-Positionsdaten aus dem Vergleich gemessener Bodendaten mit den Bodenreferenzdaten im Bodenradarsystem (4) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Bodenradarsystem-Positionsdaten aus dem Vergleich gemessener Bodendaten mit den Bodenreferenzdaten im Navigationssystem (3) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Positionsdaten von Bodenstationen (7), die auf das Fahrzeug (1) übertragen werden, für die Korrektur oder Plausibilisierung von Navigationssystem-Positionsdaten verwendet werden.
Positionsbestimmungssystem für ein Fahrzeug (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Navigationssystem (3) und mit einem Bodenradarsystem (4).
Fahrzeug mit einem Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 10.
Computerprogramm zur Ausführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.