DE102017216238A1

DE102017216238A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Kraftfahrzeugs in einer Umgebung sowie Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Recheneinrichtung zum Betreiben an einem Datennetzwerk

Info

Publication number: DE102017216238A1
Application number: DE102017216238.4A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schweizer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-03-14
Also published as: CN111051817B; WO2019053013A1; CN111051817A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Kraftfahrzeugs (10) in einer Umgebung, wobei zu zumindest einer Landmarke (15) der Umgebung eine jeweilige Positionsangabe (16) der Landmarke (15) bereitgestellt wird und erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug (10) die zumindest eine Landmarke (15) jeweils aktuell passiert, und die Positionsangabe (16) der jeweils aktuell passierten Landmarke (15) als Position des Kraftfahrzeugs (10) ausgegeben wird. Dabei ist vorgesehen, dass eine Manövercharakteristik eines sich beim Passieren der jeweiligen Landmarke (15) ergebenden Fahrmanövers bereitgestellt wird, wobei die jeweilige Manövercharakteristik vorbestimmte charakteristische Merkmale (30) des jeweiligen Fahrmanövers angibt, und dann mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung des Kraftfahrzeugs (10) Beschreibungsdaten eines jeweils aktuell von dem Kraftfahrzeug (10) gefahrenen Fahrmanövers erzeugt und aus den Beschreibungsdaten vorbestimmte Merkmale (20) des Fahrmanövers extrahiert werden und durch Vergleichen der extrahierten Merkmale (20) mit den charakteristischen Merkmalen (30) aus der jeweiligen Manövercharakteristik der zumindest einen Landmarke (15) die aktuell passierte Landmarke (15) erkannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Kraftfahrzeugs in einer Umgebung. Hierzu wird erkannt, dass das Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Landmarke passiert, deren Position bekannt ist. Somit kann von der Position der Landmarke auf die Position des Kraftfahrzeugs rückgeschlossen werden. Zu der Erfindung gehört auch eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Des Weiteren ist durch die Erfindung eine stationäre Rechenvorrichtung bereitgestellt.
Ein Verfahren der genannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2011 112 404 A1 bekannt. Gemäß dem bekannten Verfahren wird als Landmarke ein Objekt in der Umgebung mittels einer Kamera erkannt und dann die Relativposition des Kraftfahrzeugs bezüglich des Objekts bestimmt, um hierdurch ausgehend von der bekannten Position des Objekts und der Relativposition die Eigenposition des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Ein solches Verfahren erfordert aber eine aufwändige Objekterkennung in Bilddaten der Kamera. Zudem muss die Relativposition des Kraftfahrzeugs bezüglich des Objekts gemessen werden können.
Aus der DE 10 2013 016 435 B4 ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem Bodenschwellen auf einem Straßenuntergrund durch ein Kraftfahrzeug erkannt werden. Da die Position der Bodenschwellen bekannt ist, kann somit beim Überfahren der Bodenschwellen die Position des Kraftfahrzeugs mit der Position der Bodenschwellen gleichgesetzt werden. Das Verfahren erkennt die Bodenschwellen anhand eines Vibrationsmusters, zum Beispiel einem Dröhnen, das beim Überfahren der Bodenschwellen im Kraftfahrzeug hervorgerufen wird. Dies erfordert aber eine aufwändige Auswertung eines Signals eines Körperschallsensors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen technischen Mitteln eine Position eines Kraftfahrzeugs in einer Umgebung zu bestimmen oder zu ermitteln.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen und die in der folgenden Beschreibung und in den Figuren angegebenen Ausführungsformen.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, um eine Position eines Kraftfahrzeugs in einer Umgebung zu ermitteln. Bei der Position kann es sich um eine absolute Geoposition oder um eine relative Position beispielsweise bezüglich eines vorbestimmten Referenzobjekts handeln. Das Verfahren nutzt den aus dem Stand der Technik bekannten Ansatz, zu zumindest einer vorbestimmten Landmarke der Umgebung eine jeweilige Positionsangabe der Landmarke bereitzustellen. Es ist also zumindest eine Landmarke sowie deren Position in der Umgebung bekannt. Die Position der Landmarke wird durch eine entsprechende Positionsangabe beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird erkannt, dass das Kraftfahrzeug die zumindest eine Landmarke jeweils aktuell passiert. Es kann also während einer Fahrt jedes Mal erkannt werden, wenn das Kraftfahrzeug an einer bekannten Landmarke vorbeikommt oder diese passiert. Die Positionsangabe der jeweils aktuell passierten Landmarke wird dann als die jeweils aktuelle Position des Kraftfahrzeugs ausgegeben.
Die Erfindung bezieht sich nun darauf, wie eine solche Landmarke mit technisch einfachen Mitteln erkannt werden kann. Hierzu wird eine Manövercharakteristik eines sich beim Passieren der jeweiligen Landmarke ergebenden Fahrmanövers bereitgestellt. Unter einem Fahrmanöver ist insbesondere eine zeitliche Abfolge aus Lenkeinstellungen und/oder Beschleunigungseinstellungen und/oder Bremseinstellungen zu verstehen. Beispielsweise kann eine Landmarke eine charakteristische Doppelkurve einer Straße sein, die anhand des entsprechenden Lenkverhaltens des Kraftfahrzeugs erkannt werden kann. Die jeweilige Manövercharakteristik der Landmarke gibt vorbestimmte typische oder charakteristische Merkmale des jeweiligen Fahrmanövers an, z.B. erst eine Rechtkurvenfahrt, gefolgt von einer Linkskurvenfahrt. Mit anderen Worten beschreibt die Manövercharakteristik, wie das Kraftfahrzeug gefahren oder geführt werden muss, während es die Landmarke passiert. D.h. die Landmarke wird anhand einer Längsführung (Beschleunigen und/oder Bremsen) und/oder Querführung (Lenken) des Kraftfahrzeugs erkannt. Entsprechend werden erfindungsgemäß mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung des Kraftfahrzeugs Beschreibungsdaten eines jeweils aktuell von dem Kraftfahrzeug gefahrenen Fahrmanövers erzeugt. Dann werden aus den Beschreibungsdaten vorbestimmte Merkmale des Fahrmanövers extrahiert. Durch Vergleichen der extrahierten Merkmale des aktuellen Fahrmanövers mit den charakteristischen Merkmalen aus der jeweiligen Manövercharakteristik der zumindest einen Landmarke wird die aktuell passierte Landmarke identifiziert oder erkannt. Hierzu kann ein vorbestimmtes Übereinstimmungskriterium für die zu vergleichenden Merkmale vorgesehen sein. Beispielsweise kann für einen Unterschied zwischen den Merkmalen ein vorbestimmtes Toleranzintervall vorgesehen sein, innerhalb welchem immer noch eine Übereinstimmung der jeweiligen Merkmale signalisiert wird. Stimmen dann alle extrahierten Merkmale oder zumindest ein vorbestimmter Mindestanteil der extrahierten Merkmale mit den jeweils entsprechenden charakteristischen Merkmalen einer Manövercharakteristik gemäß dem Übereinstimmungskriterium überein, so wird die durch diese Manövercharakteristik beschriebene Landmarke als diejenige erkannt, die aktuell passiert wird.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ausschließlich das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs selbst, insbesondere in Bezug auf die Längsführung und die Querführung, erfasst werden muss, um hieraus die Position des Kraftfahrzeugs herzuleiten oder zu ermitteln. Es ist keine aufwändige Detektion von fahrzeugexternen Objekten, seien es sichtbare Objekte und/oder Bodenwellen, nötig.
Die Erfindung umfasst weitere Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung die Beschreibungsdaten auf der Grundlage eines auf einer Fahrzeugbewegung des Kraftfahrzeugs basierenden Dead-Reckoning-Verfahrens (Koppelnavigation) erzeugt werden. Es wird also eine Odometrie des Kraftfahrzeugs genutzt. Mit anderen Worten ist man bei der Erfassung der Fahrzeugbewegung nicht auf ein Positionssignal eines GNSS (Global Navigation Satellite System), beispielsweise des GPS (Global Positioning System), angewiesen. Ein solches Positionssignal eines GNSS weist eine größere Varianz oder Streuung auf als eine Positionserfassung mittels Odometrie. Somit kann also die Fahrzeugbewegung genauer als mittels eines Positionssignals eines GNSS ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung Beschreibungsdaten zu zumindest einer der folgenden fahrdynamischen Größen ermittelt: eine Raddrehzahl zumindest eines Rades, eine Beschleunigung in zumindest eine Raumrichtung, eine Gierrate, eine Fahrgeschwindigkeit, ein Lenkwinkel. Die zumindest eine Erfassungseinrichtung kann hierzu jeweils einen Sensor und/oder eine Signalverarbeitung vorsehen. Als Sensor kann z.B. ein Raddrehzahlsensor, ein Beschleunigungssensor, ein Lenkwinkelsensor und/oder ein Gierratensensor vorgesehen sein. Die Fahrgeschwindigkeit kann mittels einer Geschwindigkeitserfassung ermittelt werden, die beispielsweise auf einer gemessenen Raddrehzahl der Räder des Kraftfahrzeugs basieren kann. Die Beschreibungsdaten können also Sensordaten und/oder verarbeitete und/oder kombinierte Sensordaten enthalten. Die beschriebenen fahrdynamischen Größen können in einem Kraftfahrzeug zuverlässig erfasst werden. Eine Erfassungseinrichtung kann auch durch den besagten Empfänger des Positionssignals eines GNSS gebildet sein, der hier aber nur in Kombination mit zumindest einer weiteren Erfassungseinrichtung genutzt werden würde.
Eine Ausführungsform sieht insbesondere vor, dass die Erkennung des Passierens der Landmarke unabhängig von einer Bilderkennung von Objekten in der Umgebung erfolgt. Hierdurch ist man in vorteilhafter Weise nicht auf beispielsweise die Sichtverhältnisse in der Umgebung angewiesen.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Beschreibungsdaten mittels mehrerer Erfassungseinrichtungen erfasst. Um nun die Beschreibungsdaten aus unterschiedlichen Erfassungseinrichtungen zu kombinieren, ist vorgesehen, dass sie mittels eines Bewegungsmodells des Kraftfahrzeugs kombiniert werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich eine plausible Beschreibung des Fahrmanövers ergibt. Ein Beispiel für ein solches Bewegungsmodell ist das an sich bekannte Einspurmodell.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die charakteristischen Merkmale der vorgegebenen Manövercharakteristik und die aus den Beschreibungsdaten extrahierten Merkmale jeweils zumindest eines der folgenden Merkmale umfassen: einen Markeneinfahrtspunkt der Landmarke, einen Markenausfahrtspunkt der Landmarke, einen Radius einer gefahrenen Kurve, eine Krümmung der gefahrenen Kurve, eine Gierrate, eine Einfahrtsrichtung (zum Beispiel eine Himmelsrichtung) hin zur Landmarke, eine Ausfahrtsrichtung (zum Beispiel eine Himmelsrichtung) weg von der Landmarke, einen Kurveneckpunkt. Ein Kurveneckpunkt kann beispielsweise durch verlängern der Einfahrtsrichtung und der Ausfahrtsrichtung ermittelt werden, deren Schnittpunkt dann den Kurveneckpunkt ergibt. Die Einfahrtsrichtung wird hierbei ausgehend vom Kurveneinfahrtspunkt, die Ausfahrtsrichtung ausgehend vom Kurvenausfahrtspunkt verlängert. Die beschriebenen Merkmale haben sich als vorteilhaft in Bezug auf die zuverlässige Wiedererkennung einer Landmarke erwiesen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Landmarke jeweils zumindest eine Kreuzung und/oder zumindest eine Kurve umfasst. Das sich bei Durchfahren zumindest einer Kreuzung und/oder Kurve jeweils ergebende Fahrmanöver hat sich in vorteilhafter Weise als zuverlässig wiedererkennbar erwiesen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann entsprechend zu der jeweiligen Landmarke als charakteristisches Fahrmanöver ein Abbiegemanöver und/oder eine Kurvenfahrt vorgesehen sein. Die sich hierbei ergebende Abfolge von Lenkeinstellungen und/oder Beschleunigungseinstellungen und/oder Bremseinstellungen ergibt zuverlässig wiedererkennbare Merkmale.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für unterschiedliche Fahrstreifen oder Fahrspuren einer Straße der Umgebung (insbesondere für benachbarter Fahrspuren) jeweils eine eigene Manövercharakteristik bereitgestellt ist. Hierdurch kann die Positionsbestimmung fahrstreifengenau oder fahrspurgenau erfolgen.
Je mehr Landmarken erkannt werden sollen, desto größer ist die Zahl der Vergleiche, die durchgeführt werden müssen, um die aus dem aktuellen Fahrmanöver extrahierten Merkmale mit den Manövercharakteristiken der Landmarken zu vergleichen. Um diese Anzahl zu begrenzen, sieht eine Ausführungsform vor, dass mittels eines Empfängers für ein Positionssignal eines GNSS eine vorläufige Geoposition des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. In der beschriebenen Weise ist natürlich diese so ermittelte vorläufige Geoposition mit einer Streuung oder Varianz behaftet und damit entsprechend ungenau. Aus mehreren gespeicherten Manövercharakteristiken wird nun zumindest eine Manövercharakteristik ausgewählt, deren zugeordnete Position in einem vorbestimmten Umgebungsbereich um die vorläufige Geoposition herum liegt. Es wird also anhand der vorläufigen Geoposition nur überprüft, welche der Landmarken sich überhaupt nur in der Nähe befinden können. Der Vergleich der extrahierten Merkmale des aktuellen Fahrmanövers wird dann auf die zumindest eine ausgewählte Manövercharakteristik beschränkt. Hierdurch kann der Berechnungsaufwand beim Durchführen des Verfahrens durch Festlegen der Größe des Umgebungsbereichs begrenzt werden.
Es kann hierbei gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Umgebungsbereich einen Durchmesser von mehr als 10 m, insbesondere mehr als 20 m aufweist. Insbesondere ist der Durchmesser bevorzugt größer als eine sich durch die für den Empfänger des Positionssignals des GNSS charakteristische Streuung. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass sich die richtige Landmarke in der Menge der ausgewählten Landmarken befindet. Um den Rechenaufwand zu begrenzen, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Umgebungsbereich einen Durchmesser kleiner als 500 m, insbesondere kleiner als 300 m aufweist.
Wie bereits ausgeführt, wird das Fahrmanöver bevorzugt auf der Basis einer Odometrie des Kraftfahrzeugs ermittelt. Diese kann aber eine Drift und/oder einen Offset aufweisen. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass mittels der an der zumindest einen Landmarke ermittelten jeweiligen Position des Kraftfahrzeugs ein Versatz der odometriebasierten Positionserfassung ermittelt oder korrigiert wird, wie durch die Drift und/oder den Offset verursacht sein kann. Es wird also insbesondere der Versatz einer auf einer relativen Positionserfassung beruhenden Trajektorienerfassung korrigiert oder zumindest verringert. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die odometriebasierte Positionserfassung auch für das Erfassen einer Fahrtrajektorie für lange Fahrstrecken, insbesondere länger als 500 m, verwendet werden.
Einige Ausführungsformen betreffen die Frage, wie die jeweilige Manövercharakteristik der jeweiligen Landmarke gebildet werden kann. Die hiermit in Zusammenhang stehenden Verfahrensschritte stellen einen eigenen Aspekt der Erfindung dar, die auch ohne die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden können. Zum Ermitteln der jeweiligen Manövercharakteristik der zumindest einen Landmarke werden bevorzugt aus mehreren Fremdfahrzeugen jeweils Beschreibungsdaten, welche eine jeweiliges Fahrmanöver des Fremdfahrzeugs beim Passieren der jeweiligen Landmarke beschreiben, empfangen. Ein Fremdfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein, das zeitlich vor dem Kraftfahrzeug, welches aktuelle die Landmarke passiert, schon einmal selbst die Landmarke passiert hat. Auf der Grundlage der Beschreibungsdaten der Fremdfahrzeuge werden jeweilige vorbestimmte Merkmale extrahiert. Aus den extrahierten Merkmalen wird eine jeweilige Häufigkeitsverteilung gebildet und aus der jeweiligen Häufigkeitsverteilung wird dann jeweils eines der charakteristischen Merkmale ermittelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine zur Fahrspurmitte versetzte Fahrtrajektorie eines einzelnen Fremdfahrzeugs als statistischer Ausreißer erkannt wird. Ein charakteristisches Merkmal kann also z.B. ein Mittelwert der extrahierten Merkmale aus den Fremdfahrzeugen sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Einfluss der individuellen Fahrtrajektorie jedes einzelnen Fremdfahrzeugs relativiert ist. Beispiele für solche charakteristischen Merkmale sind: ein gemittelter Kurvenradius, ein gemittelter Einfahrtspunkt in die Landmarke, ein gemittelter Ausfahrtspunkt aus der Landmarke, eine gemittelte absolute Fahrtrichtungsangabe (Heading, z.B. als Angabe einer Himmelsrichtung).
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in zumindest einer Häufigkeitsverteilung zwei fahrspurgenaue Landmarken anhand von mathematischen lokalen Extremstellen (also Maxima und/oder Minima) der Häufigkeitsverteilung identifiziert werden. Für die Unterscheidung zweier Fahrspuren kann zusätzlich zur Plausibilierung eine vorbestimmte Fahrspurbreite zugrundegelegt werden.
Zum Durchführen des Verfahrens sieht die Erfindung auch eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug vor. Die Steuervorrichtung kann in dem Kraftfahrzeug z.B. als zumindest ein Steuergerät bereitgestellt sein oder als ein Server des Internets über eine Funkverbindung mit dem Kraftfahrzeug gekoppelt sein. Als Server kann die Steuervorrichtung durch eine stationäre Rechenvorrichtung bereitgestellt sein, also als ein Computer oder Computerverbund. Es kann auch eine Mischform mit zumindest einem Steuergerät und zumindest einem Server vorgesehen sein. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Die Erfindung betrifft auch das beschriebene Bilden der jeweiligen Manövercharakterstik der zumindest einen Landmarke. Hierzu ist eine stationäre Rechenvorrichtung zum Betreiben an einem Datennetzwerk bereitgestellt, wobei die Rechenvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren mit den Verfahrensschritten durchzuführen, die im Zusammenhang mit der Bildung von Manövercharakteristiken beschrieben worden sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, dessen Position durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst wird;
2 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Verfahrensschritts einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch eine Steuervorrichtung ausgeführt werden kann;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer statistischen Verteilung von Merkmalen eines Fahrmanövers entlang einer Landmarke;
4 eine Skizze zur Veranschaulichung einer fahrspurgenauen Erfassung von charakteristischen Merkmalen von Manövercharakteristiken zweier Landmarken; und
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer statistischen Verteilung eines charakteristischen Merkmals der Manövercharakteristiken von 4, anhand welchem zwischen den zwei Fahrspuren unterschieden werden kann.

Funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10. Das Kraftfahrzeug 10 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen sein. Das Kraftfahrzeug 10 kann ausgehend von einer vergangenen oder historischen Position 11 durch Fahren entlang einer Straße 12 eine Fahrtrajektorie 13 zurückgelegt und diese dabei mittels eines Dead-Reckoning-Verfahrens auch ermittelt haben. Die Fahrtrajektorie 13 kann mittels des Dead-Reckoning-Verfahrens die sich mit der Zeit ergebenden relativen Positionsänderungen, die sich durch die Fahrt entlang der Fahrtrajektorie 13 ergeben, ermitteln. Allerdings kann das verwendete Dead-Reckoning-Verfahren einen Offset oder eine Drift 14 aufweisen, die es auszugleichen gilt. In dem Kraftfahrzeug 10 werden daher während der Fahrt entlang der Straße 12 vorbestimmte Landmarken 15 erkannt, deren Positionen 16 in einem Geo-Koordinatensystem 17 bekannt und durch eine jeweilige Positionsangabe beschrieben sein können. Die jeweilige Position 16 steht hier synonym für die zugehörige Positionsangabe. Bei einer solchen Landmarke 15 kann es sich jeweils beispielsweise um eine Kurve oder eine Abbiegemöglichkeit der Straße 12 handeln. Mit anderen Worten muss das Kraftfahrzeug 10 beim Passieren oder Durchfahren der jeweiligen Landmarke 15 eine vorbestimmte, für die Landmarke 15 charakteristische Abfolge von Manöverschritten, also Lenkvorgängen und/oder Beschleunigungsvorgängen und/oder Bremsvorgängen, durchführen. Diese können mittels einer Odometrie des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt werden.
Mittels eines Empfängers für ein Positionssignal eines GNSS kann in dem Kraftfahrzeug 10 jeweils auch eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 10 erfasst werden - allerdings nur mit einer Genauigkeit, die geringer ist als die Genauigkeit des Dead-Reckoning-Verfahrens. Mit anderen Worten ist die ermittelte Fahrtrajektorie 13 in Bezug auf relative Positionsänderungen genauer als der Empfänger für das GNSS, aber eine absolute Lage der ermittelten Fahrtrajektorie 13 in Bezug auf das Geo-Koordinatensystem 17 unterliegt z.B. der beschriebenen Drift 14.
Um die Drift 14 rückgängig zu machen oder auszugleichen, wird in dem Kraftfahrzeug 10 das jeweilige Durchfahren der Landmarken 15 erkannt und anschließend auf Grundlage einer Positionsangabe der jeweiligen Position 16 der erkannten Landmarke 15 mittels einer Verschiebung 18 die ermittelte Fahrtrajektorie 13 fahrspurgenau im Koordinatensystem 17 angeordnet oder verankert. Die hierzu durchgeführten Verfahrensschritte können durch eine Steuervorrichtung ECU des Kraftfahrzeugs 10, z.B. durch ein Steuergerät, durchgeführt werden.
Zum Erkennen einer Landmarke 15 kann in dem Kraftfahrzeug 10 mittels des Empfängers für das Positionssignal des GNSS zunächst eine Region oder ein Umgebungsbereich 19 ermittelt werden, in welchem sich das Kraftfahrzeug 10 jeweils aktuell befindet. Die hierzu ermittelte GNSS-Position stellt eine ungefähre Lokalisierung oder vorläufige Geoposition dar, d.h. eine Lokalisierung mit der Genauigkeit des Empfängers für das Positionssignal. Die vorläufige Geoposition kann den Mittelpunkt des Umgebungsbereichs 19 darstellen. Dann kann z.B. in einer Datenbank dann ermittelt werden, welche möglichen Landmarken 15 sich überhaupt in der Nähe des Kraftfahrzeugs 10 aktuell befinden können. Es werden alle Landmarken 15, deren Position 16 innerhalb der aktuellen Region 19 liegen, ausgewählt. Sodann kann das Kraftfahrzeug 10 während seiner Fahrt zu einzelnen Fahrmanövern des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise einer Kurvenfahrt oder eines Abbiegemanövers, aus Beschreibungsdaten einer Erfassungseinrichtung jeweils vorbestimmte Merkmale 20 extrahieren. In 1 sind beispielhaft für eine Kurvenfahrt als extrahierte Merkmale 20 einen Kurveneinfahrtspunkt 21, eine Kurven-Einfahrtsrichtung 22, ein Kurvenausfahrtspunkt 23, eine Kurven-Ausfahrtsrichtung 24, ein Kurveneckpunkt 25 und ein Kurvenradius 26 veranschaulicht. Der Kurven-Einfahrtspunkt 22 und der Kurvenausfahrtspunkt 23 können z.B. anhand einer zeitlichen Veränderung der Lenkwinkelstellung eines Lenkrads oder eines Rades erkannt werden. Bei der Erfassung der Merkmale 20 ist der Einfluss der Drift 14 aufgrund der verhältnismäßig geringen räumlichen Ausdehnung der jeweiligen Landmarke 15 (z.B. kleiner als 1km, insbesondere kleiner als 500m) nicht signifikant und es kann daher die jeweilige Landmarke 15 anhand der extrahierten Merkmale 20 wiedererkannt werden.
Zu jeder Landmarke 15 kann nun zu jedem der ermittelten oder extrahierten Merkmale 20 ein Durchschnittswert für das jeweilige Merkmal 20 gespeichert sein. Ein solcher Durchschnittswert ist ein Beispiel für ein typisches oder charakteristisches Merkmal. Die Gesamtheit oder Menge der charakteristischen Merkmale einer Landmarke 15 stellt eine Manövercharakteristik für das Durchfahren der jeweiligen Landmarke 15 dar. Für alle Landmarken 15 innerhalb des aktuellen Gebiets 19 kann somit ein Vergleich der extrahierten Merkmale 20 mit den charakteristischen Merkmalen der jeweiligen Landmarke 15, also mit der Manövercharakteristik der Landmarke 15, durchgeführt werden. Hierbei kann für das Feststellen einer Übereinstimmung eines extrahierten Merkmals 20 mit einem korrespondierenden charakteristischen Merkmal (z.B. für das Merkmal „Kurvenradius“) ein Toleranzintervall vorgesehen sein.
Wird eine Übereinstimmung der aktuell extrahierten Merkmale 20 mit der Manövercharakteristik einer Landmarke 15 erkannt, so wird diese Landmarke 15 als aktuell durchfahrene Landmarke signalisiert. Die Position 16 dieser aktuell durchfahrenen oder passierten Landmarke 15 wird dann als aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 10 verwendet, um die ermittelte Fahrtrajektorien 13 in der beschriebenen Weise mittels der Verschiebung 18 an den erkannten Positionen 16 zu verankern.
2 veranschaulicht, wie die charakteristischen Merkmale für eine einzelne Landmarke 15 ermittelt werden können. Die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte können durch eine stationäre Rechenvorrichtung SRV durchgeführt werden, die z.B. als ein Server des Internets realisiert sein kann. Die Rechenvorrichtung SRV kann mit Kraftfahrzeugen über eine jeweilige Kommunikationsverbindung für einen Datenaustausch kommunizieren. Die jeweilige Kommunikationsverbindung kann z.B. eine Mobilfunkverbindung und/oder eine Internetverbindung umfassen.
Die charakteristischen Merkmale ergeben sich in diesem Beispiel als Durchschnittswerte von vorbestimmten Merkmalen, die für mehrere Kraftfahrzeuge beim Passieren oder Durchfahren der jeweiligen Landmarke 15 jeweils aus deren Fahrmanövern extrahiert werden. Zur Veranschaulichung kann es sich bei der Landmarke 15 von 2 um eine Abbiegemöglichkeit 27 handeln, beispielsweise eine Kreuzung. Die Kraftfahrzeuge haben die Landmarke 15 zeitlich von dem Kraftfahrzeug 10 passiert. Sie werden im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Fremdfahrzeuge bezeichnet. Es kann sich insbesondere um ausgewählte Fahrzeug oder Messfahrzeuge handeln, deren Position bekannt ist. Aus den Fremdfahrzeugen kann jeweils individuell eine Fahrtrajektorie 28 empfangen werden. Allgemein kann vorgesehen sein, dass jedes Fremdfahrzeug beim Passieren der Landmarke 15 extrahierte Merkmale 29 zu dem jeweiligen beim Passieren der Landmarke 15 durchgeführten Fahrmanöver ermittelt. Im Folgenden soll als Beispiel ein Kurvenradius K als Beispiel für ein solches extrahiertes Merkmal 29 weiter diskutiert werden. 2 veranschaulicht, wie eines der Fremdfahrzeuge als extrahiertes Merkmal 29 des Kurvenradius K einen Radiuswert K1 ermitteln kann.
3 veranschaulicht, wie der Kurvenradius K (als Beispiel für ein extrahiertes Merkmale 29 allgemein) bei Auftragen aller Radiuswerte der Fremdfahrzeuge für die Landmarke 15, d.h. hier der Abbiegemöglichkeit 27, als Histogramm eine Häufigkeitsverteilung H ergibt, bei welcher der Radiuswert K1 einen möglichen Wert darstellt. Auf Grundlage der Häufigkeitsverteilung H kann dann ein charakteristisches Merkmal 30 beispielsweise als der häufigste Wert des Merkmals 29, hier also beispielhaft des Kurvenradius K, ermittelt oder festgelegt werden. So kann mit allen extrahierten Merkmalen 29 verfahren werden. Die Menge der so ermittelten charakteristischen Merkmale 30 ergibt dann die Manövercharakteristik der Landmarke 15.
4 veranschaulicht, wie durch charakteristische Merkmale fahrspurgenau unterschieden werden kann. 4 veranschaulicht ähnlich wie 2 eine Abbiegemöglichkeit 31, bei der aber zwei Fahrspuren 32 befahren werden können. Jede Fahrspur 32 stellt eine eigene Landmarke dar.
4 und 5 veranschaulichen zusammen, wie aus extrahierten Merkmalen 29 der Fahrtrajektorien 28 aller Fremdfahrzeuge eine Häufigkeitsverteilung H ermittelt werden kann, die für ein extrahiertes Merkmal 29, beispielsweise den Kurvenradius K, zwei lokale Maxima 33 aufweisen kann, was einen Hinweis auf eine zweispurige Straße ist. In der inneren Fahrspur ergibt sich z.B. stets ein kleinerer Kurvenradius K1, während für die äußere Fahrspur stets ein größerer Kurvenradius K2 resultiert. Aus der Häufigkeitsverteilung H können wieder beispielsweise die lokalen Maxima 33 als jeweiliges charakteristisches Merkmal 30 für die beiden Landmarken 15 der Abbiegemöglichkeit 31 verwendet werden.
Im Folgenden ist noch einmal ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Genauigkeit von Navigationsdaten oder Trajektoriendaten von Fahrtrajektorien kann zunächst in global und lokal untergliedert werden. Ziel der globalen Navigation, beispielsweise ein GNSS, ist eine grobe Ortsbestimmung auf einige Meter genau. Diese Genauigkeit reicht jedoch nicht aus, um Fahrzeuge zuverlässig auf Fahrspuren zuzuweisen. Bei der lokalen Navigation ist eine Zuweisung einer fahrspurgenauen Position auf eine Fahrspur möglich, jedoch müssen hierfür Referenzpunkte, sog. Landmarken 15 vorliegen. Die Erzeugung und Erkennung von Landmarken wird bisher nur optisch mittels Kamerasystem oder per LIDAR ermöglich.
Als Alternative dazu wird vorgeschlagen, eine Sensorik oder allgemein eine Erfassungseinrichtung zu verwenden, die in Kraftfahrzeugen serienmäßig verbaut ist (d.h. ein Empfänger für ein Positionssignal eines GNSS sowie zusätzlich zumindest ein Raddrehzahlsensor, Beschleunigungssensor, Gierratensensor und/oder eine Messung der Geschwindigkeit). Wird das Ergebnis einer Fusion dieser Sensoren betrachtet lassen sich solche einzigartigen Landmarken 15 erkennen.
Dazu ist es Ziel, wiederauftauchende Fahrmanöver im Straßennetz zu identifizieren und über eine Vielzahl von Durchfahrten eine Manövercharakteristik zu erstellen. Hierfür eigenen sich Abbiegemanöver und Kurven mit mindestens einer vorbestimmten Mindestkrümmung.
Gegenüber einen reinen Betrachtung von GNSS-Positionsfolgen ergibt sich aus der Fusion der Erfassungseinrichtungen eine Fahrtrajektorie mit geringerer Varianz. Die Fusion kann z.B. auf Basis eines Bewegungsmodells eines Kraftfahrzeugs (z.B. eines Einspurmodells) erreicht werden. Dabei lässt sich die Krümmung der Fahrspur insbesondere aus der Betrachtung der Raddrehzahlen und der Gierrate schätzen. Zu beachten ist, nicht jeder Fahrer durchfährt eine ausgewählte Kurve in der Mitte der Fahrspur, sondern wählt eine eigene Fahrlinie. Deswegen unterliegt die tatsächlich gefahrene Krümmung über mehrere Durchfahrten einer Häufigkeitsverteilung (3 und 5). Durch diese Verteilung lässt sich die Krümmungscharakteristik der Kurve als charakteristisches Merkmal normieren. Somit entsteht z.B. für jede Kurve auch ein gemittelter Aufhängungspunkt am Kurveneingang und Kurvenausgang.
In einem Kreuzungsbereich werden die Abbiegemanöver anhand verschiedener Merkmale wie z.B. dem errechneten Kurvenradius, der Einfahrtsrichtung und Ausfahrtsrichtung getrennt und jeweils einzeln zu einer Kurvencharakteristik klassifiziert.
Bei einer mehrspurigen Abbiegemöglichkeit 31 lassen sich auf diese Weise verschiedene Manövercharakteristiken und somit auch separate Aufhängepunkte (Landmarken) für die jeweilige Abbiegespur erzeugen. 2 und 4 zeigen die Erzeugung der Landmarke 15 für eine Rechtskurve. Die relevanten Fahrtrajektorien wurden zuvor über die Einfahrts- und Ausfahrtsrichtung in und aus der Kreuzung ermittelt. Durch das Histogramm einer Vielzahl an gefahrenen Kurven (3 und 5) lässt sich ein mittlerer Kurvenradius ermitteln. Bei mehrspurigen Rechtsabbiegern (4), ist das Heading für eine fahrspurgenaue Karte nicht mehr ausreichend. Es ergeben sich im Histogramm mehrere Peaks oder lokale Maxima 31 (5), die die gemittelten Kurvenradien der verschiedenen Fahrspuren 32 beschreiben.
Vorteile dieses Ansatzes sind die Erzeugung von Aufhängungspunkten (Landmarken) durch Seriensensorik von Kraftfahrzeugen. Die vorhandene Menge an Bescheibungsdaten reicht für genaue Bestimmung oder Wiedererkennung dieser Aufhängungspunkte.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
11: Historische Position
12: Straße
13: Ermittelte Fahrtrajektorie
14: Drift
15: Landmarke
16: Position der Landmarke
17: Koordinatensystem
18: Verschiebung
19: Gebiet
20: Extrahiertes Merkmal
21: Kurveneintrittspunkt
22: Fahrtrichtung
23: Kurven-Austrittspunkt
24: Fahrtrichtung
25: Kurveneckpunkt
26: Kurvenradius
27: Abbiegemöglichkeit
28: Fahrtrajektorien
29: Extrahiertes Merkmal
30: Charakteristisches Merkmal
31: Abbiegemöglichkeit
32: Fahrspur
33: Lokales Maximum
H: Häufigkeitsverteilung
K: Kurvenradius
K1: Radius Wert
K2: Radius Wert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011112404 A1 [0002]
DE 102013016435 B4 [0003]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Kraftfahrzeugs (10) in einer Umgebung, wobei zu zumindest einer Landmarke (15) der Umgebung eine jeweilige Positionsangabe (16) der Landmarke (15) bereitgestellt wird und erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug (10) die zumindest eine Landmarke (15) jeweils aktuell passiert, und die Positionsangabe (16) der jeweils aktuell passierten Landmarke (15) als Position des Kraftfahrzeugs (10) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Manövercharakteristik eines sich beim Passieren der jeweiligen Landmarke (15) ergebenden Fahrmanövers bereitgestellt wird, wobei die jeweilige Manövercharakteristik vorbestimmte charakteristische Merkmale (30) des jeweiligen Fahrmanövers angibt, und - mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung des Kraftfahrzeugs (10) Beschreibungsdaten eines jeweils aktuell von dem Kraftfahrzeug (10) gefahrenen Fahrmanövers erzeugt und aus den Beschreibungsdaten vorbestimmte Merkmale (20) des Fahrmanövers extrahiert werden und - durch Vergleichen der extrahierten Merkmale (20) mit den charakteristischen Merkmalen (30) aus der jeweiligen Manövercharakteristik der zumindest einen Landmarke (15) die aktuell passierte Landmarke (15) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung die Beschreibungsdaten auf der Grundlage einer auf einer Fahrzeugbewegung basierenden Odometrie erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung Beschreibungsdaten zu zumindest einer der folgenden Messgrößen ermittelt werden: eine Raddrehzahl zumindest eines Rades, eine Beschleunigung in zumindest eine Raumrichtung, eine Gierrate, eine Fahrgeschwindigkeit, ein Lenkwinkel.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennung des Passierens der Landmarke (15) unabhängig von einer Bilderkennung von Objekten in der Umgebung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschreibungsdaten mittels mehrerer Erfassungseinrichtungen ermittelt und mittels eines Bewegungsmodells des Kraftfahrzeugs (10) kombiniert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die charakteristischen Merkmale (30) und die aus den Beschreibungsdaten extrahierten Merkmale (20) jeweils zumindest eines der folgenden Merkmale (20) umfassen: einen Markeneinfahrtspunkt (21), einen Markenausfahrtspunkt (23), einen Radius (26) einer gefahrenen Kurve, eine Krümmung einer gefahrenen Kurve, eine Gierrate, eine Einfahrtsrichtung (22), eine Ausfahrtsrichtung (24), einen Kurveneckpunkt (25).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Landmarke (15) jeweils eine Kreuzung und/oder Kurve darstellt und/oder zu der jeweiligen Landmarke (15) als charakteristisches Fahrmanöver ein Abbiegemanöver und/oder eine Kurvenfahrt vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für unterschiedliche Fahrspuren (32) einer Straße der Umgebung jeweils eine eigene Manövercharakteristik bereitgestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels eines Empfängers für ein Positionssignal eines GNSS eine vorläufige Geoposition des Kraftfahrzeugs (10) ermittelt wird und aus mehreren gespeicherten Manövercharakteristiken zumindest eine Manövercharakteristik ausgewählt wird, deren zugeordnete Position (16) in einem vorbestimmten Umgebungsbereich (19) um die vorläufige Geoposition herum liegt, und der Vergleich der extrahierten Merkmale (20) auf die zumindest eine ausgewählte Manövercharakteristik beschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Umgebungsbereich (19) einen Durchmesser von mehr als 10 m, insbesondere mehr als 20m aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der an der zumindest einen Landmarke (15) ermittelten jeweiligen Position des Kraftfahrzeug (10) ein Versatz einer auf einer relativen Positionserfassung beruhende Trajektorienerfassung korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ermitteln der jeweiligen Manövercharakteristik der zumindest einen Landmarke (16) aus mehreren Fremdfahrzeugen jeweils Beschreibungsdaten, welche eine jeweiliges Fahrmanöver des Fremdfahrzeugs beim Passieren der Landmarke (15) beschreiben, empfangen werden und auf der Grundlage der Beschreibungsdaten jeweilige vorbestimmte Merkmale (29) extrahiert und aus den extrahierten Merkmalen (29) eine jeweilige Häufigkeitsverteilung (H) gebildet wird und aus der jeweiligen Häufigkeitsverteilung (H) eines der charakteristischen Merkmale (30) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei in zumindest einer Häufigkeitsverteilung (H) zwei fahrspurgenaue Landmarken (15) anhand von mathematischen lokalen Extremstellen (33) der Häufigkeitsverteilung (H) identifiziert werden.
Steuervorrichtung (ECU) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei die Steuervorrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Stationäre Rechenvorrichtung (SRV) zum Betreiben an einem Datennetzwerk, wobei die Rechenvorrichtung (SRV) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder zumindest ein Verfahren mit den Verfahrensschritten aus einem der Ansprüche 12 oder 13 durchzuführen.