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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Bewegung und/oder Position eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs auf einer Straße, wobei das Fahrzeug mindestens einen Radarsensor aufweist, mit dem die momentane Bewegung des Sensors bezüglich des Fahrzeugumfelds ermittelt wird und die Bewegung zur genauen Bestimmung der Position des Fahrzeugs gegenüber seinem Umfeld verwendet wird.
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Stand der Technik
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Aus der
US 2013/0103298 A1 ist ein Verfahren zur Aufenthaltsbestimmung eines Fahrzeugs bekannt, bei dem Sensordaten mit einer Datenbank von georeferenzierten Sensordaten verglichen werden und aufgrund dieses Vergleichs die momentane Position des Fahrzeugs bestimmt wird.
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Kern und Vorteile der Erfindung
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Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, in Fällen, in denen kein Empfangssignal eines Satellitennavigationssystems zur Positionsbestimmung vorliegt oder in Fällen, in denen eine noch genauere Positionierung des Fahrzeugs in seinem Fahrzeugumfeld erforderlich ist, eine hochgenaue Ermittlung der momentanen Aufenthaltsposition zu ermöglichen indem die mittels mindestens eines Radarsensors ermittelten Bewegungsdaten des Fahrzeugs ausgewertet werden und eine möglichst genaue Bestimmung der Eigenbewegung bezüglich des Fahrzeugumfeldes bestimmt wird.
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Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Eigenbewegung des Fahrzeugs das mit dem mindestens einen Radarsensor empfangene Signal mit dem momentanen Sendesignal des Radarsensors in ein Zwischenfrequenzsignal gemischt wird und das Frequenzspektrum des Zwischenfrequenzsignals ausgewertet wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass vor der Auswertung des Frequenzspektrums des Zwischenfrequenzsignals diejenigen Messwerte, die Ausreißer bzw. Störungen im Frequenzspektrum darstellen, ausgefiltert werden. Als Ausreißer bzw. Störung im Frequenzspektrum können diejenigen Frequenzanteile bestimmt werden, die nur sehr kurzzeitig auftreten und sehr breitbandig im Frequenzspektrum auftreten oder die dauerhaft bei einer sehr schmalen Bandbreite auftreten und dabei keinem Objekt zugeordnet werden können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Teile des Zwischenfrequenzsignals, die bewegte Objekte repräsentieren, ausgefiltert werden. Eine Möglichkeit, die Bestandteile des Zwischenfrequenzsignals, die bewegte Objekte repräsentieren zu erkennen und auszufiltern, ist es, die momentane Fahrzeugeigenbewegung grob zu bestimmenb, besipielsweise mittels mindestens eines raddrehzahlfühlers, und die Objekte, die eine Relativgeschwindigkeit und damit eine entsprechende Dopplerverschiebung aufgrund der Fahrzeugeigenbewegung aufweisen, als stehende Objekte zu klassifizieren. Folglich sind alle anderen Objekte, die eine momentane Dopplerfrequenz aufweisen, die nicht der momentanen Fahrzeugeigenbewegung grob entspricht, als bewegte Objekte klassifizierbar. Diese, als bewegte Objekte klassifizierten Objekte werden für das weitere Verfahren ausgefiltert und nicht weiter berücksichtigt. Weitere Verfahren zur Filterung von bewegten und nicht bewegten, also stationären Objekten, sind alternativ auch anwendbar und der die Erfindung und die Ansprüche nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass aus dem Zwischenfrequenzsignal die Relativpositionen der detektieren Objekte zum Sensor ermittelt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Entfernungen der Objekte sowie deren azimutale Detektionswinkel in Bezug zur Sensorhauptachse bestimmt werden und damit die Relativpositionen der detektierten Objekte in Polarkoordinaten vorliegen. Diese können ohne großen Aufwand in kartesische Koordinaten umgerechnet werden und beispielsweise in einer Objektliste abgespeichert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Relativpositionen der detektieren Objekte zeitlich verfolgt werden und die detektieren Objekte in nachfolgenden Messzyklen wieder identifiziert werden. Eine derartigen zeitliche Beobachtung der Objekte ermöglicht es, deren Relativpositionen im zeitlichen Verlauf und damit auch deren Relativbewegung bezüglich dem Sensor des Fahrzeugs sehr genau zu bestimmen, indem dass aus den zeitlich veränderlichen Relativpositionen der detektierten Objekte die Bewegung des Radarsensors ermittelt wird. Durch die zeitliche Beobachtung der detektierten Objekte und der Kenntnis, dass es sich bei den detektieren Objekten um stehende Objekte handelt, kann eine Relativbewegung des Radarsensors und damit des eigenen Fahrzeugs bezüglich der stehenden, detektierten Objekte ermittelt werden. Da sämtliche Werte mit Messfehlern behaftet sein können und Messtoleranzen zu berücksichtigen sind, kann aus der Relativbewegung des eigenen Fahrzeugs bezüglich der stehende Objekte eine statistische Mittelung der eigenen Fahrzeugbewegung berechnet werden und somit Einflüsse von Messfehlern oder Störungen weiter reduziert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die ermittelte Eigenbewegung zur genauen Bestimmung der Position des Fahrzeugs auf der momentan befahrenen Straße genutzt wird. Durch die Kenntnis der hochgenauen Eigenbewegung zu den stehenden, detektierten Objekten kann durch zeitliche Extrapolation auch ohne Kenntnis der eigenen Position durch Empfang eines Satellitennavigationssignals die eigene Bewegung fortgeschrieben werden und die momentane Position des Fahrzeugs zu seinem Umfeld sehr genau bestimmt werden.
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Damit ist es möglich, durch Auswertung von Umfeldsensorinformationen und der Benutzung eines Odometrieverfahrens die Fortbewegung des Fahrzeugs über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu schätzen und damit die momentane Fahrzeugposition und dessen Lage sehr genau zu berechnen. Unter der Lage des Fahrzeugs wird hierbei der momentane Gierwinkel (Bewegung um die Hochachse), Rollwinkel (Bewegung um die Längsachse) und Nickwinkel (Bewegung um die Fahrzeugquerachse) der Ausrichtung des Fahrzeugs im Raum gemeint. Damit kann eine Odometrie zur hochgenauen Positionierung eingesetzt werden, die von Raddrehzahlsensoren unabhängig ist und sowohl Position, Bewegung und Lage (Ausrichtung) ermittelt.
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Nachteilig bei Odometrieverfahren aufgrund Raddrehzahlsensoren ist es, dass je nach Reifenzustand der Durchmesser variabel ist, unterschiedliche Reifengrößen montiert sein können oder bei dynamischen Fahrsituationen aufgrund unterschiedlicher Drehzahlen der einzelnen Räder die Fahrzeugeigenbewegung nur geschätzt werden kann. Vorteilhaft gegenüber einer visuellen Odometrie, wie diese beispielsweise mittels eines am Fahrzeug befestigten Kamerasystems möglich ist, ist die Unabhängigkeit von Wetterbedingungen und Sichteinschränkungen.
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Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer hochautomatisierten Fahrzeugführung oder einer autonomen Fahrzeugführung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm gespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor oder Signalprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
- Figur 1eine schematische Draufsicht auf eine beispielhafte Verkehrssituation zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- Figur 2ein schematisches Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In 1 ist eine Verkehrssituation dargestellt, bei der das Fahrzeug 2 auf einer Straße 1 fährt. Dabei ist das Fahrzeug 2 mittels eines Radarsensors 3 an der Fahrzeugfront ausgestattet. Selbstverständlich kann der Radarsensor 3 erfindungsgemäß auch an anderen Stellen des Fahrzeugs, beispielsweise am Fahrzeugheck oder an der Fahrzeugseite angeordnet sein oder der Radarsensor 3 kann aus mehreren einzelnen Sensoren bestehen, deren Signale gemeinsam oder jeweils getrennt ausgewertet werden. Der Radarsensor 3, der an der Fahrzeugfront des Fahrzeugs 2 angeordnet ist, ist so ausgerichtet, dass er beispielsweise ein Antennendiagramm aufweist, das spiegelsymmetrisch zu einer Sensorhauptachse 4 ausgestaltet ist. Üblicherweise wird der Radarsensor 3 so ausgerichtet, dass die Sensorhauptachse 4, die üblicherweise auch die Symmetrieachse des Sensorerfassungsbereichs ist, so ausgerichtet, dass diese möglichst exakt in Fahrtrichtung weist. Weiterhin sind Erfassungsbereichsgrenzen 5 eingezeichnet, die die linke sowie rechte Seite des Radarsensorerfassungsbereichs repräsentieren. Diese können beispielsweise die Azimutalwinkel sein, unter denen die Empfangsempfindlichkeit in Bezug auf die Richtung mit maximaler Sensorempfindlichkeit um 3 db abgefallen ist. Andere Definitionen der Erfassungsbereichsgrenzen 5 sind ebenfalls möglich. Das Fahrzeug 2, das sich auf der Straße 1 bewegt, fährt dabei mit einer Eigengeschwindigkeit v, die grob über die Raddrehzahlsensoren des Fahrzeugs 2 ermittelt werden können. Weiterhin ist es möglich, dass das Fahrzeug 2 einen Empfänger für Satellitennavigationssignale aufweist, die eine Bestimmung der eigenen Position mit unterschiedlich großen Fehlern erlauben. Das Fahrzeug 2 kann beispielsweise ein Fahrzeug sein, das mit einem autonomen Fahrzeugführungssystem ausgestattet ist, bei dem der Fahrer im autonomen Fahrbetrieb weder Fahraufgaben erfüllen muss, noch Überwachungsaufgaben für das Fahrzeugführungssystem übernehmen muss. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug 2 auch mit einem hochautomatisierten Fahrzeugführungssystem ausgestattet sein, bei dem das Fahrzeug 2 durch das Fahrzeugführungssystem weitgehendst selbstständig geführt wird, jedoch für spezielle Fahrsituationen oder für unübersichtliche Fahrsituationen der Fahrer die Überwachung des Fahrzeugs sicherstellen muss und im Bedarfsfall die Fahrzeugführungsaufgabe wieder übernehmen muss. Für derartige Fahrzeugführungssysteme der SAE-Level 4 und 5 ist es wichtig, dass das Fahrzeug 2 seine momentane Aufenthaltsposition im Fahrzeugumfeld sehr genau kennt und aufgrund der Fahrzeugbewegung diese hochgenaue Fahrzeugposition auch weiter berechnen kann, auch wenn das Satellitennavigationssignal zeitweise nicht mehr verfügbar ist oder aufgrund eines großen momentanen Fehlers zeitweise für diese Fahraufgabe nicht mehr geeignet ist. Am rechten Fahrbahnrand der Straße 1 ist ein stehendes Objekt 6 dargestellt, das ortsfest ist. Anhand der Kenntnis der Positionen derartiger stehender Objekte, die beispielsweise von vorausfahrenden Fahrzeugen ermittelt wurden und deren Absolutpositionen durch eine Mittelung über den zeitlichen Verlauf der Koordinaten sehr exakt bekannt ist oder deren Absolutpositionen durch eine Abspeicherung der Ortskoordinaten der stehenden Objekte in einer Datenbank mit zugewiesenen Geo-Referenzwerten sehr exakt bekannt ist, kann das Fahrzeug 2 seine Eigenbewegung und seine momentane Position sehr genau bestimmen. Hierzu werden Ausgangssignale des einen oder der mehreren Radarsensoren 3 an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet, in der ein Berechnungsmittel vorgesehen ist, das beispielsweise als Mikroprozessor oder Signalprozessor ausgeführt sein kann und auf dem das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Programms abläuft. Aus der Kenntnis der ermittelten Radarausgangssignale und der eigenen, fehlerbehafteten Fahrzeuggeschwindigkeit, ist die Berechnungseinrichtung in der Lage, die Lokalisierung des eigenen Fahrzeugs sehr genau durchzuführen.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßem Verfahrens dargestellt. Das dargestellte Ablaufdiagramm ist als Endlosschleife ausgestaltet, die beispielsweise beim Starten des Fahrzeugs begonnen wird oder bei Aktivierung des autonomen Fahrmodus oder des hochautomatisierten Fahrmodus gestartet wird. Im Rahmen dieser Endlosschleife wird in Schritt S1 das Radarempfangssignal mit dem momentanen Radarsendesignal in ein Zwischenfrequenzsignal gemischt. Durch Mischen des Sendesignals mit dem Empfangssignal entsteht ein Zwischenfrequenzsignal, das von der Trägerfrequenz unabhängig ist und in einem niedrigeren Frequenzband als der Trägerfrequenz weiterverarbeitet werden kann.
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Im folgenden Schritt S2 werden Störungen bzw. Ausreißer im Frequenzspektrum ausgefiltert. Hierzu wird beispielsweise das Frequenzspektrum des Zwischenfrequenzsignals untersucht, ob stellenweise Sprünge in der Amplitude vorhanden sind, die nicht aus Objektdetektionen stammen. Derartige Sprünge können kurzfristig auftreten und sind dann meistens sehr breitbandig im Zwischenfrequenzsignal erkennbar. Andere Störungen können schmalbandige Signale darstellen, die jedoch dauerhaft im Spektrum erkannt werden können. Alle derartigen Erscheinungen im Zwischenfrequenzsignal, die keinem stehenden oder bewegten Objekte zugeordnet werden können, werden zur weiteren Bearbeitung ausgefiltert, indem diese beispielsweise gelöscht werden und durch rechnerisch berechnete Ausgleichspunkte ersetzt werden.
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Im folgenden Schritt S3 werden bewegte Objekte ausgefiltert. Aus der Kenntnis der groben eigenen Fahrzeugbewegung und der Auswertung der Zwischenfrequenzsignale kann nach Objekten gesucht werden, die aufgrund des gemessenen Dopplereffektes eine Relativgeschwindigkeit aufweisen, die in etwa der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Alle anderen Objekte, die Relativgeschwindigkeiten zum Radarsensor 3 aufweisen, die stark von der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs 2 abweichen, sind als bewegte Objekte klassifizierbar und können im weiteren Auswerteverfahren ausgefiltert werden und müssen nicht weiter berücksichtigt werden. Andere Möglichkeiten, bewegte Objekte auszufiltern, ist in Schritt S3 alternativ oder in Kombination möglich.
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Nach Ausfiltern der bewegten Objekte in Schritt S3 wird im folgenden Schritt S4 festgestellt, welche Objekte stehende Objekte sind und deren Relativposition zum Radarsensor 3 ermittelt. Diese detektierten, stehenden Objekte werden im folgenden Schritt S5 einer zeitlichen Verfolgung oder einem Tracking unterzogen, indem diese beispielsweise in Schritt S8 in einen Speicher für Objektpositionen abgelegt werden. Im nächsten Messzyklus, in dem wiederum die stehenden Objekte gemäß Schritt S4 detektiert werden, kann die zeitliche Verfolgung der Relativpositionen gemäß Schritt S5 derart erfolgen, dass man aus dem Speicher für Objektpositionen gemäß Schritt S8 die Relativpositionen ausliest und mit den momentan gemessenen Relativpositionen vergleicht. Aus einer zeitlichen Veränderung der Relativpositionen, die im Rahmen der physikalisch möglichen Relativbewegungen der stehenden Objekte möglich sind, können die stehenden Objekte, die in vorausliegenden Messzyklen detektiert wurden, wieder identifiziert werden. Aus der Ermittlung der Veränderung der Relativpositionen der detektierten, stehenden Objekte gemäß Schritt S5 wird im folgenden Schritt S6 eine Relativbewegung für jedes einzelne Objekt oder für alle Objekte gemeinsam ermittelt und aus dieser Relativbewegung die Fahrzeugeigenbewegung des Fahrzeugs 2 in seinem Fahrzeugumfeld ermittelt. Durch die Detektion mehrerer stehender Objekte und die Mittelung der Relativbewegungen der einzelnen, stehenden Objekte, können Messfehler oder Messtoleranzen einzelner detektierter Objekte ausgeglichen werden und ein verhältnismäßig zuverlässiger Relativbewegungsvektor ermittelt werden. Im folgenden Schritt S7 wird die ermittelte Fahrzeugbewegung an eine Odometrieeinrichtung ausgegeben, in der die Position des eigenen Fahrzeugs 2 im Fahrzeugumfeld zeitlich fortgeschrieben wird und auch bei Nicht-Vorhandensein eines brauchbaren Satellitennavigationssignals die Bewegung des eigenen Fahrzeugs 2 bezüglich seines Fahrzeugumfelds, bestimmt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0103298 A1 [0002]
