DE102017004721A1

DE102017004721A1 - Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017004721A1
Application number: DE102017004721.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Aurand; Markus Zimmer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (F3), wobei – Umgebungsdaten einer Fahrzeugumgebung (1) mittels einer fahrzeugeigenen Sensorik erfasst werden, – Objekte (O1 bis O5) in der Fahrzeugumgebung (1) aus den erfassten Umgebungsdaten erkannt werden, – die erkannten Objekte (O1 bis O5) mit Informationen (I) aus einer digitalen Umgebungskarte (2) korreliert werden und – eine Position des Fahrzeugs (F3) in der Umgebungskarte (2) anhand eines Ergebnisses der Korrelation bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von mindestens einem anderen Fahrzeug (F1, F2) erfasste, weitere Umgebungsdaten über eine fahrzeugeigene Kommunikationsvorrichtung des Fahrzeugs (F3) empfangen werden und die erfassten Umgebungsdaten mit den empfangenen weiteren Umgebungsdaten zu einer Gesamtinformation (Iges) fusioniert werden, wobei – sich das Fahrzeug (F3) und das mindestens eine andere Fahrzeug (F1, F2) gemeinsam in einer Fahrzeugkolonne (FK) auf einer Fahrspur (1.1) in die gleiche Fahrtrichtung (x) bewegen und – die Position des Fahrzeugs (F3) in der Umgebungskarte (2) zumindest mittelbar anhand eines Ergebnisses einer Korrelation der Gesamtinformation (Iges) mit den Informationen (I) aus der Umgebungskarte (2) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird in der DE 10 2012 216 458 A1 ein Verfahren zum Lokalisieren eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren enthält die Schritte zum Erfassen eines Objektes, welches vom Fahrzeug im Allgemeinen in einer Aufwärtsrichtung angeordnet ist, während des Fahrens des Fahrzeugs, Korrelieren des Objektes mit Informationen aus einer Landkartendatenbank und dadurch Erzeugen einer Korrelation und Bestimmen eines geographischen Ortes des Fahrzeugs basierend auf der Korrelation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs werden Umgebungsdaten einer Fahrzeugumgebung mittels einer fahrzeugeigenen Sensorik erfasst und Objekte in der Fahrzeugumgebung aus den erfassten Umgebungsdaten erkannt. Die erkannten Objekte werden mit Informationen aus einer digitalen Umgebungskarte korreliert. Anschließend wird eine Position des Fahrzeugs in der Umgebungskarte anhand eines Ergebnisses der Korrelation bestimmt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von mindestens einem anderen Fahrzeug erfasste, weitere Umgebungsdaten über eine fahrzeugeigene Kommunikationsvorrichtung des Fahrzeugs empfangen werden und dass die erfassten Umgebungsdaten mit den empfangenen weiteren Umgebungsdaten zu einer Gesamtinformation fusioniert werden, wobei sich das Fahrzeug und das mindestens eine andere Fahrzeug gemeinsam in einer Fahrzeugkolonne auf einer Fahrspur bewegen und wobei die Position des eigenen Fahrzeugs in der Umgebungskarte zumindest mittelbar anhand eines Ergebnisses einer Korrelation der Gesamtinformation mit den Informationen aus der Umgebungskarte bestimmt wird.
Das Verfahren ermöglicht die Lokalisierung des Fahrzeugs in einer Fahrzeugkolonne mit einer höheren Genauigkeit gegenüber Verfahren, welche mittels satellitengestützter Positionsbestimmung, wie z. B. GPS, das Fahrzeug in der Fahrzeugkolonne lokalisieren. Die Fahrzeugkolonne besteht dabei aus mehreren Fahrzeugen, welche sich teil- und/oder vollautomatisiert in einem gegenüber einem vorgegebenen Sicherheitsabstand verringerten Abstand zueinander bewegen können, ohne dass eine Verkehrssicherheit beeinträchtigt wird. Dies ist auch als ”Platooning” bekannt. Das Verfahren ist zudem kostengünstig, da die Sensorik zur Erfassung der Umgebungsdaten und die Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen der weiteren Umgebungsdaten üblicherweise bereits im Fahrzeug vorhanden sind. Insbesondere ermöglicht das Verfahren einen bidirektionalen Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen in der Fahrzeugkolonne.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Fahrzeugumgebung mit einer Fahrzeugkolonne mit drei Fahrzeugen in Vogelperspektive,
2 schematisch ein Ausschnitt aus einer digitalen Umgebungskarte der Fahrzeugumgebung,
3 schematisch die Fahrzeugumgebung gemäß 1 während eines ersten Schritts eines Verfahrens zur Lokalisierung eines Fahrzeugs,
4 schematisch die Umgebungskarte gemäß 2 mit zwei potentiellen Fahrzeugpositionen,
5 schematisch die Fahrzeugumgebung gemäß 1 während eines zweiten Schritts des Verfahrens,
6 schematisch die Fahrzeugumgebung gemäß 1 während eines dritten Schritts des Verfahrens,
7 schematisch die Fahrzeugumgebung gemäß 1 während eines vierten Schritts des Verfahrens und
8 schematisch die Umgebungskarte gemäß 2 mit einer mittels des Verfahrens bestimmten Position des Fahrzeugs und der anderen Fahrzeuge der Fahrzeugkolonne.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Fahrzeugumgebung 1 mit einer Fahrzeugkolonne FK in Vogelperspektive.
Die Fahrzeugumgebung 1 zeigt eine Fahrspur 1.1, auf der sich drei Fahrzeuge F1 bis F3 einer Fahrzeugkolonne FK in eine Fahrtrichtung x bewegen. Die Fahrspur 1.1 verläuft im Wesentlichen geradlinig und weist eine Linkskurve auf, deren Verlauf teilweise dargestellt ist. Des Weiteren ist in der Fahrzeugumgebung 1, insbesondere an einem rechten Fahrbahnrand ein Objekt O1 positioniert, welches hierbei ein auf eine Geschwindigkeitsbegrenzung von 100 km/h hinweisendes Verkehrszeichen darstellt.
Bei der Fahrzeugkolonne FK handelt es sich um ein sogenanntes Platooning-Szenario, bei welchem in eine gemeinsame Fahrtrichtung x fahrende Fahrzeuge F1 bis F3 zu einem sogenannten Platoon gruppiert werden. Dies wird üblicherweise durch eine Kopplung von autonomen Beschleunigungs- und Bremsimpulsen der Fahrzeuge F1 bis F3 erzielt und verringert insbesondere einen üblicherweise notwendigen Sicherheitsabstand zwischen den beteiligten Fahrzeugen F1 bis F3, ohne dass eine Verkehrssicherheit beeinträchtigt wird. Bekannte Vorteile des Platoonings sind beispielsweise ein verringerter Kraftstoffverbrauch von einem vorderen Fahrzeug F1 folgenden Fahrzeugen F2, F3 sowie ein positiver Effekt auf einen Verkehrsfluss.
Eine Fahrzeuglokalisierung ist im Hinblick auf eine zunehmende Automatisierung eines Fahrbetriebs von großer Bedeutung. Insbesondere hoch- und vollautomatisierte Assistenzsysteme benötigen für den Fahrbetrieb in der Fahrzeugkolonne FK eine hohe Genauigkeit zur Lokalisierung der Fahrzeuge F1 bis F3 in der Fahrspur 1.1. Zur Fahrzeuglokalisierung ist beispielsweise eine Positionsbestimmung mittels satellitengestützter Systeme, wie z. B. GPS, bekannt. Die Positionsbestimmung mittels satellitengestützter Systeme ist jedoch für eine zuverlässige Assistenzfunktion der jeweiligen Fahrzeuge F1 bis F3 in der Fahrzeugkolonne FK, wie oben beschrieben, nicht ausreichend genau.
Es wird daher ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs F1 bis F3 beschrieben, bei dem sich die Fahrzeuge F1 bis F3 in einer Fahrzeugkolonne FK bewegen, wie es 1 beispielhaft zeigt. Das Verfahren umfasst dabei als Ausgangspunkt das zuvor beschriebene Platooning-Szenario mit der Fahrzeugkolonne FK und eine hochgenaue, digitale Umgebungskarte 2, wie sie beispielhaft in 2 dargestellt ist.
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Umgebungskarte 2, welche einen Teil der Fahrzeugumgebung 1 gemäß 1 zeigt.
Die Umgebungskarte 2 umfasst Informationen I von Fahrbahnverläufen und Fahrbahnbegrenzungen und diese umgebende Objekte O1 bis O5 (siehe 3), wie z. B. Leitlinien, Fahrstreifenbegrenzungen und/oder Verkehrszeichen.
Für das nachfolgend beschriebene Verfahren ist das Vorhandensein oder die Verfügbarkeit einer derartigen, hochgenauen Umgebungskarte 2 erforderlich. D. h., die hochgenaue Umgebungskarte 2 ist entweder direkt im Fahrzeug F1 bis F3 verfügbar oder das Fahrzeug F1 bis F3 kann auf diese zugreifen, wenn diese fahrzeugextern hinterlegt ist. Das Verfahren basiert dabei auf den Informationen I über Objekte O1 bis O5 in der Fahrzeugumgebung 1. Daher werden in einem ersten Schritt zunächst Umgebungsdaten der Fahrzeugumgebung 1 erfasst. 3 zeigt dazu die Fahrzeugumgebung 1 gemäß 1 während eines ersten Schritts des Verfahrens.
Im ersten Schritt des Verfahrens werden die Umgebungsdaten mittels einer nicht näher dargestellten, fahrzeugeigenen Sensorik erfasst. Die fahrzeugeigene Sensorik weist dazu beispielsweise in Fahrtrichtung x nach vorne und nach hinten gerichtete Kameras auf. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass ein nach vorne gerichtetes Sichtfeld eines die Fahrzeugkolonne FK abschließenden Fahrzeugs F3 zum Teil durch das in der Fahrzeugkolonne FK mittig angeordnete Fahrzeug F2 verdeckt ist. Mittels der nach vorne gerichteten Sensorik ist somit nur ein vergleichsweise kurzer Abschnitt der Fahrspur 1.1 erfassbar. Beispielsweise können das Objekt O1, welches das Verkehrszeichen darstellt, vollständig, jedoch weitere Objekten O2 bis O5, welche hierbei eine Fahrspurmarkierung und Fahrstreifenbegrenzung darstellen, nur teilweise erkannt werden.
Ein Vergleich mit der der Fahrzeugumgebung 1 zu Grunde liegenden Umgebungskarte 2 zeigt, dass das ausschließliche Erkennen der zuvor genannten Objekte O1 bis O5 keine eindeutige Lokalisierung z. B. des abschließenden Fahrzeugs F3 in der Fahrzeugkolonne FK ermöglicht.
4 zeigt dazu die Umgebungskarte 2 gemäß 2 mit zwei potentiellen Fahrzeugpositionen Pos1, Pos2 für das Fahrzeug F3.
Die mittels der fahrzeugeigenen Sensorik des abschließenden Fahrzeugs F3 erkannten Objekte O1 bis O5 korrelieren mit mehreren Informationen I in der Umgebungskarte 2, so dass eine erste potentielle Fahrzeugposition Pos1 und eine zweite potentielle Fahrzeugposition Pos2 für das Fahrzeug F3 als wahrscheinlich eingestuft werden. Jedoch entspricht hierbei nur die zweite potentielle Fahrzeugposition Pos2 des Fahrzeugs F3 einer richtigen Position in der Umgebungskarte 2.
Zur Lösung des Problems werden in einem zweiten Schritt die vom abschließenden Fahrzeug F3 erfassten Umgebungsdaten über eine ebenfalls nicht näher dargestellte, fahrzeugeigene Kommunikationsvorrichtung an die anderen Fahrzeuge F1, F2 übermittelt und somit diesen zur Verfügung gestellt.
5 zeigt dazu die Fahrzeugumgebung 1 gemäß 1 mit der Fahrzeugkolonne FK während des zweiten Verfahrensschritts.
Die vom abschließenden Fahrzeug F3 erfassten Umgebungsdaten werden als ein erstes Datenpaket D1 über die Kommunikationsvorrichtung allen sich in der Fahrzeugkolonne FK befindenden Fahrzeugen F1 bis F3 zur Verfügung gestellt. Die Kommunikationsvorrichtungen der Fahrzeuge F1 bis F3 sind beispielsweise mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Verbindung drahtlos miteinander koppelbar.
In einem dritten Schritt, welcher gleichzeitig mit dem zweiten Schritt erfolgen kann, werden mittels der Sensorik der anderen Fahrzeuge F1, F2 ebenfalls Umgebungsdaten erfasst und über die Kommunikationsvorrichtungen übermittelt.
6 zeigt dazu die Fahrzeugumgebung 1 gemäß 1 mit der Fahrzeugkolonne FK während des zweiten Verfahrensschritts.
Im zweiten Verfahrensschritt werden die weiteren erfassten Umgebungsdaten als zweites Datenpaket D2 und drittes Datenpaket D3 über die Kommunikationsvorrichtungen allen sich in der Fahrzeugkolonne FK befindenden Fahrzeugen F1 bis F3 zur Verfügung gestellt.
7 zeigt die Fahrzeugumgebung 1 gemäß 1 während eines vierten Verfahrensschritts.
Im vierten Verfahrensschritt werden die erfassten Umgebungsdaten mit den weiteren erfassten Umgebungsdaten fusioniert. Dies ist hier beispielhaft am abschließenden Fahrzeug F3 gezeigt, bei welchem die Datenpakete D1 bis D3 zu einer Gesamtinformation I_ges fusioniert werden, welche die von allen Fahrzeugen F1 bis F3 erfassten Umgebungsdaten und somit alle Merkmale der Fahrzeugumgebung 1 umfasst.
Zur Durchführung dieser Fusion ist es notwendig, dass die relativen Positionen der Fahrzeuge F1 bis F3 zueinander bekannt sind. Da diese jedoch bereits zur Bildung der gezeigten Fahrzeugkolonne FK ermittelt und geregelt und/oder gesteuert werden, sind diese als bekannt anzusehen.
Das Verfahren ermöglicht es, jedem Fahrzeug F1 bis F3 in der Fahrzeugkolonne FK ein umfassendes Bild über die gesamte von der Fahrzeugkolonne FK beobachtbare Fahrzeugumgebung 1 bereitzustellen. Diese Fahrzeugumgebung 1 umfasst einen in der Regel deutlich längeren, wenn auch partiell unbekannten, Abschnitt der momentan befahrenen Fahrspur 1.1 gegenüber eines beobachtbaren Abschnitts der Fahrzeugumgebung 1 eines einzelnen Fahrzeugs F1 bis F3. Somit ist eine Informationsgrundlage für eine Korrelation der erkannten Objekte O1 bis O5 mit den in der Umgebungskarte 2 hinterlegten Informationen I erhöht. Insbesondere die aus Fahrbahn- und Fahrspurmarkierungen gewonnenen Informationen I erhalten durch die zusätzlich zur Verfügung gestellten Umgebungsdaten einen aussagekräftigeren Charakter und verbessern somit die Korrelation signifikant. Die Korrelation der erkannten Objekte O1 bis O5 mit den in der Umgebungskarte 2 hinterlegten Informationen I, auch bekannt als „Matching”, stellt den letzten Schritt des Verfahrens dar und ist beispielsweise aus der eingangs genannten DE 10 2012 216 458 A1 bekannt.
Hierbei wird ein Korrelationsverfahren eingesetzt, bei welchem Objektinformationen aus einer aktuellen Fahrsituation schablonenartig, insbesondere schrittweise und in jeder möglichen Orientierung, über die Umgebungskarte 2 der bekannten Fahrzeugumgebung 1 bewegt werden. Für jede potentielle Position der Fahrzeugkolonne FK wird ein Übereinstimmungsgrad bestimmt. Nach der Bestimmung der Übereinstimmungsgrade wird als korrekte geografische Position Pos_FK der Fahrzeugkolonne FK diejenige angesehen, für die der Grad der Übereinstimmung den höchsten Wert liefert.
8 zeigt die Umgebungskarte 2 mit der mittels des Verfahrens bestimmten, korrekten geografischen Position Pos_FK der Fahrzeugkolonne FK.
Da die relativen Positionen der Fahrzeuge F1 bis F3 in der Fahrzeugkolonne FK sowie die relativen Positionen der Fahrzeuge F1 bis F3 zu den erkannten Objekten O1 bis O5 bekannt sind, ist bekannt, wie sich die Gesamtinformation I_ges zu einer tatsächlichen räumlichen Ausdehnung der Fahrzeugkolonne FK verhält. Somit ist nach diesem Schritt die korrekte Position Pos_FK der Fahrzeugkolonne FK in der bekannten Fahrzeugumgebung 1 ermittelbar.
Abschließend werden anhand der korrekten Position Pos_FK der Fahrzeugkolonne FK in der Umgebungskarte 2 die Positionen der einzelnen Fahrzeuge F1 bis F3 in der Umgebungskarte 2 ermittelt. Da die relativen Fahrzeugpositionen und -orientierungen in der Fahrzeugkolonne FK als bekannt vorausgesetzt sind und im zuvor beschriebenen Schritt die korrekte Position Pos_FK der Fahrzeugkolonne FK in der Umgebungskarte 2 bestimmt wurde, kann im letzten Schritt unmittelbar auf die Positionen der einzelnen Fahrzeuge F1 bis F3 in der Umgebungskarte 2 geschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugumgebung
1.1: Fahrspur
2: Umgebungskarte
D1 bis D3: Datenpaket
F1 bis F3: Fahrzeug
FK: Fahrzeugkolonne
I: Information
I_ges: Gesamtinformation
Pos1, Pos2: potentielle Fahrzeugposition
Pos_FK: korrekte geografische Position
O1 bis O5: Objekt
x: Fahrtrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012216458 A1 [0002, 0041]

Claims

Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (F3), wobei – Umgebungsdaten einer Fahrzeugumgebung (1) mittels einer fahrzeugeigenen Sensorik erfasst werden, – Objekte (O1 bis O5) in der Fahrzeugumgebung (1) aus den erfassten Umgebungsdaten erkannt werden, – die erkannten Objekte (O1 bis O5) mit Informationen (I) aus einer digitalen Umgebungskarte (2) korreliert werden und – eine Position des Fahrzeugs (F3) in der Umgebungskarte (2) anhand eines Ergebnisses der Korrelation bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einem anderen Fahrzeug (F1, F2) erfasste, weitere Umgebungsdaten über eine fahrzeugeigene Kommunikationsvorrichtung des Fahrzeugs (F3) empfangen werden und die erfassten Umgebungsdaten mit den empfangenen weiteren Umgebungsdaten zu einer Gesamtinformation (I_ges) fusioniert werden, wobei – sich das Fahrzeug (F3) und das mindestens eine andere Fahrzeug (F1, F2) gemeinsam in einer Fahrzeugkolonne (FK) auf einer Fahrspur (1.1) in die gleiche Fahrtrichtung (x) bewegen und – die Position des Fahrzeugs (F3) in der Umgebungskarte (2) zumindest mittelbar anhand eines Ergebnisses einer Korrelation der Gesamtinformation (I_ges) mit den Informationen (I) aus der Umgebungskarte (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Ergebnisses der Korrelation der Gesamtinformation (I_ges) mit den Informationen (I) aus der Umgebungskarte (2) eine Position (Pos_FK) der Fahrzeugkolonne (FK) in der Umgebungskarte (2) ermittelt wird und anhand der ermittelten Position (Pos_FK) der Fahrzeugkolonne (FK) in der Umgebungskarte (2) die Position des Fahrzeugs (F3) in der Umgebungskarte (2) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Umgebungsdaten von der Kommunikationsvorrichtung des Fahrzeugs (F3) an das mindestens eine andere Fahrzeug (F1, F2) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (F3) mit dem mindestens einen anderen Fahrzeug (F1, F2) drahtlos über eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Verbindung gekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrieb des Fahrzeugs (F3) in der Fahrzeugkolonne (FK) teil- und/oder vollautonom geregelt und/oder gesteuert wird.