DE102019105609A1 - Method and system for localizing a vehicle and / or for creating a digital map - Google Patents

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Jean-Francois Bariant
Anto Michael
Llarina Lobo-Palacios
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (12) in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung (20), wobei bei der Fahrt des Fahrzeugs (12) Merkmale (22) räumlicher Strukturen in der Umgebung (20) des Fahrzeugs (12) mittels eines Radars (16) des Fahrzeugs (12) ermittelt werden und mittels dieser Merkmale (22) oder eines Teils dieser Merkmale (22) simultan die digitale Karte der Umgebung (20) erstellt wird und ein vom Fahrzeug (12) befahrener Pfad (28) durch die Umgebung (20) oder zumindest die aktuelle Position (P) des Fahrzeugs (12) in der Umgebung (20) ermittelt wird. Es ist vorgesehen, dass die digitale Karte als Vektorkarte (26) ausgebildet ist, wobei die Positionen der Merkmale (22, 24) sowie auch andere Informationen über die Merkmale (22, 24) mittels dieser Vektorkarte (26) verarbeitet werden.Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Computerprogrammprodukt sowie ein entsprechendes System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (12) in seiner Umgebung (20) und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung (20).The invention relates to a method for localizing a vehicle (12) in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings (20), with features (22) of spatial structures in the surroundings (20) when the vehicle (12) is in motion of the vehicle (12) can be determined by means of a radar (16) of the vehicle (12) and by means of these features (22) or a part of these features (22) the digital map of the surroundings (20) is created simultaneously and a map of the vehicle (12 ) the path (28) traveled through the surroundings (20) or at least the current position (P) of the vehicle (12) in the surroundings (20) is determined. It is provided that the digital map is designed as a vector map (26), the positions of the features (22, 24) as well as other information about the features (22, 24) being processed by means of this vector map (26) Furthermore, a corresponding computer program product and a corresponding system for localizing a vehicle (12) in its surroundings (20) and / or for creating a digital map of the surroundings (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung, wobei bei der Fahrt des Fahrzeugs Merkmale räumlicher Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs mittels eines Radars des Fahrzeugs ermittelt werden und mittels dieser Merkmale oder eines ausgewählten Teils dieser Merkmale simultan (i) die digitale Karte der Umgebung erstellt wird und (ii) ein vom Fahrzeug befahrener Pfad durch die Umgebung oder zumindest die aktuelle Position des Fahrzeugs in der Umgebung ermittelt wird.The present invention relates to a method for localizing a vehicle in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings, with features of spatial structures in the surroundings of the vehicle being determined by means of a radar of the vehicle and by means of these features or a selected part of these features simultaneously (i) the digital map of the environment is created and (ii) a path traveled by the vehicle through the environment or at least the current position of the vehicle in the environment is determined.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung, mit einem fahrzeugseitig montierbaren Radar zum Ermitteln von Merkmalen räumlicher Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs bei der Fahrt des Fahrzeugs und mit einer computerbasierten Auswerteeinheit zum simultanen (i) Erstellen der digitalen Karte der Umgebung und (ii) Ermitteln eines vom Fahrzeug befahrenen Pfades durch die Umgebung oder zumindest einer aktuellen Position des Fahrzeugs in der Umgebung mittels der Merkmale oder eines ausgewählten Teils dieser Merkmale.The invention also relates to a corresponding computer program product and a corresponding system for localizing a vehicle in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings, with a radar that can be mounted on the vehicle for determining features of spatial structures in the surroundings of the vehicle when the vehicle is in motion and with a computer-based evaluation unit for the simultaneous (i) creating the digital map of the environment and (ii) determining a path traveled by the vehicle through the environment or at least a current position of the vehicle in the environment using the features or a selected part of these features.

Bei einem modernen Fahrzeug, insbesondere bei einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug, ist es entscheidend, dass sich dieses selbständig orientieren kann, also weiß, wie seine Umgebung aussieht und wo es sich in dieser Umgebung befindet. Ist eine digitale Karte der Umgebung vorhanden, kann sich ein solches Fahrzeug mit Hilfe seiner Sensoren, wie Ultraschall, Lidar oder Radar, darin positionieren. Ist die absolute Position des Fahrzeugs bekannt, kann eine digitale Karte aufgebaut werden. Dabei bestimmt das Fahrzeug die relative Position möglicher Hindernisse zu ihm und kann mit seiner bekannten Position dann die absolute Position der Hindernisse bestimmen, die anschließend in die digitale Karte eingetragen wird. Eine solche simultane Positionsbestimmung und Kartenerstellung ist als SLAM (SLAM: Simultaneous Localization and Mapping) für die genannten Sensor-Typen (Ultraschall, Lidar, etc.) bekannt. Der Begriff „simultan“ ist hier im Sinne eines gemeinsamen Verfahrensschrittes bzw. einer zusammenhängenden Schrittfolge zu verstehen.In the case of a modern vehicle, in particular an autonomous or semi-autonomous vehicle, it is crucial that it can orient itself independently, i.e. that it knows what its surroundings look like and where it is in this environment. If there is a digital map of the surroundings, such a vehicle can position itself in it with the help of sensors such as ultrasound, lidar or radar. If the absolute position of the vehicle is known, a digital map can be created. The vehicle determines the position of possible obstacles relative to it and can then use its known position to determine the absolute position of the obstacles, which is then entered on the digital map. Such simultaneous position determination and map creation is known as SLAM (SLAM: Simultaneous Localization and Mapping) for the sensor types mentioned (ultrasound, lidar, etc.). The term “simultaneous” is to be understood here in the sense of a common process step or a coherent sequence of steps.

Die bekannten Verfahren zur radarbasierten Fahrzeugselbstlokalisierung basieren zumeist auf Punktgruppenzuordnungen der einzelnen Bildpunkte einer erstellten Rasterkarte und auf einem Merkmalsbasierten Ansatz zur gruppenweisen Registrierung von Rasterkarten .The known methods for radar-based vehicle self-localization are mostly based on point group assignments of the individual pixels of a created grid map and on a feature-based approach for group-wise registration of grid maps.

Aus der Druckschrift DE 10 2017 210 070 A1 ist ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung bekannt, wobei bei der Fahrt des Fahrzeugs in Abständen Merkmale räumlicher Strukturen, in der Druckschrift Landmarken genannt, in der Umgebung des Fahrzeugs mittels eines Radars des Fahrzeugs ermittelt werden und mittels dieser Merkmale simultan (i) die digitale Karte der Umgebung erstellt wird und (ii) ein vom Fahrzeug befahrener Pfad durch die Umgebung oder zumindest die aktuelle Position des Fahrzeugs in der Umgebung ermittelt wird (SLAM).From the pamphlet DE 10 2017 210 070 A1 A method for localizing a vehicle in its surroundings and for creating a digital map of the surroundings is known, with features of spatial structures, called landmarks in the document, in the surroundings of the vehicle being determined by means of a radar of the vehicle at intervals when the vehicle is driving and using these features simultaneously (i) the digital map of the surroundings is created and (ii) a path through the surroundings or at least the current position of the vehicle in the surroundings is determined (SLAM).

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, die die radarbasierte Fahrzeug-Selbstlokalisierung und Kartenerstellung verbessern und/oder vereinfachen.Proceeding from the prior art, the invention is therefore based on the object of specifying measures that improve and / or simplify the radar-based vehicle self-localization and map creation.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung, bei dem während der Fahrt des Fahrzeugs Merkmale räumlicher Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs mittels eines Radars des Fahrzeugs ermittelt werden und mittels dieser Merkmale oder eines Teils dieser Merkmale simultan (i) die digitale Karte der Umgebung erstellt wird und (ii) ein vom Fahrzeug befahrener Pfad durch die Umgebung oder zumindest die aktuelle Position des Fahrzeugs in der Umgebung ermittelt wird, ist vorgesehen, dass die digitale Karte als Vektorkarte ausgebildet ist, wobei die Positionen der Merkmale sowie auch andere Informationen über die Merkmale mittels dieser Vektorkarte verarbeitet werden. Die Merkmale der räumlichen Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs werden dabei in die Vektorkarte aufgenommen und dort verarbeitet. Über eine Vektorkarte kann dabei -anders als bei einer Rasterkarte- eine Gruppierung der Merkmale und auch eine Auswahl der Merkmale entsprechend der Gruppierung erfolgen. Über eine solche Auswahl ist es besonders einfach möglich, nur einen ausgewählten Teil der Merkmale für das SLAM-Verfahren zu nutzen, wodurch sich der benötigte Rechenaufwand stark reduzieren lässt bzw. der benötigte Rechenaufwand stark reduziert wird.In the method according to the invention for localizing a vehicle in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings, in which features of spatial structures in the surroundings of the vehicle are determined by means of a radar of the vehicle and by means of these features or a Part of these features simultaneously (i) the digital map of the environment is created and (ii) a path traveled by the vehicle through the environment or at least the current position of the vehicle in the environment is determined, it is provided that the digital map is designed as a vector map The positions of the features as well as other information about the features are processed by means of this vector map. The features of the spatial structures in the vicinity of the vehicle are included in the vector map and processed there. A vector map can be used to group the features and also to select the features according to the grouping, unlike a raster map. Such a selection makes it particularly easy to use only a selected part of the features for the SLAM method, as a result of which the required computing effort can be greatly reduced or the required computing effort is greatly reduced.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Merkmale in unterschiedlichen Ebenen der Vektorkarte gruppiert sind. So sind zum Beispiel die Informationen über den für das Ermitteln des vom Fahrzeug befahrenen Pfades bzw. für das Ermitteln der aktuellen Position des Fahrzeugs benötigten Teil der Merkmale in einer ersten Ebene gespeichert, die Informationen über den anderen Teil der Merkmale in einer zweiten Ebene. Auf diese Weise kann eine Auswahl der Merkmale mittels der Vektorkarte ganz leicht abgerufen werden, was mittels einer Rasterkarte nicht möglich wäre.It is provided in particular that the features are grouped in different levels of the vector map. For example, the information about the part of the features required to determine the path traveled by the vehicle or to determine the current position of the vehicle is stored in a first level Information about the other part of the characteristics in a second level. In this way, a selection of the features can be called up very easily using the vector map, which would not be possible using a raster map.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus den ermittelten Merkmalen der mittels des Radars erfassten räumlichen Strukturen diejenigen Merkmale ausgewählt werden, die zum Zeitpunkt der Erfassung auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite dieser räumlichen Strukturen liegen und bei denen zwischen diesen ausgewählten Merkmalen und dem Fahrzeug keine weitere räumliche Struktur liegt, wobei diese ausgewählten Merkmale den Teil der ermittelten Merkmale bilden, aus denen simultan die digitale Karte erstellt wird und ein vom Fahrzeug befahrener Pfad durch die Umgebung oder zumindest die aktuelle Position des Fahrzeugs in der Umgebung ermittelt wird.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that from the determined features of the spatial structures detected by means of the radar, those features are selected that are located on the side of these spatial structures facing the vehicle and those between these selected features and the Vehicle is no further spatial structure, these selected features form the part of the determined features, from which the digital map is created simultaneously and a path traveled by the vehicle through the environment or at least the current position of the vehicle in the environment is determined.

Durch diese Maßnahme wird die Zahl der berücksichtigten Merkmale erste einmal deutlich reduziert, was den Rechenaufwand bei der Weiterverarbeitung der entsprechenden Daten reduziert. Dabei werden nur solche Merkmale weiterverwendet, die Merkmalen entsprechen, die bei einem vergleichbaren Verfahren unter Nutzung von Lidar- oder Ultraschall-Sensoren auch verwendet werden. Entsprechende Algorithmen für Lidar- oder Ultraschall-Daten können somit auch für Radar-Daten genutzt werden. As a result of this measure, the number of features taken into account is first of all significantly reduced, which reduces the computational effort in the further processing of the corresponding data. Only those features are used that correspond to features that are also used in a comparable method using lidar or ultrasonic sensors. Corresponding algorithms for lidar or ultrasound data can therefore also be used for radar data.

In einer ersten Variante ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Auswertung der ermittelten Merkmale der mittels des Radars erfassten räumlichen Strukturen fahrzeugintern erfolgt. Auf diese Weise ergibt sich ein autarkes fahrzeuginternes System.In a first variant it is advantageously provided that the evaluation of the determined features of the spatial structures detected by means of the radar takes place inside the vehicle. This results in a self-sufficient in-vehicle system.

In einer zweiten Variante ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Auswertung der ermittelten Merkmale der mittels des Radars erfassten räumlichen Strukturen zumindest teilweise fahrzeugextern, insbesondere mittels einer zentralen Auswerteeinheit für mehrere Fahrzeuge, erfolgt. Auf diese Weise können die von unterschiedlichen Fahrzeugen ermittelten Daten kombiniert werden.In a second variant it is advantageously provided that the evaluation of the determined features of the spatial structures detected by means of the radar takes place at least partially outside the vehicle, in particular by means of a central evaluation unit for several vehicles. In this way, the data obtained from different vehicles can be combined.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung auch Sensordaten von Sensoren anderer Sensorart, insbesondere Ultraschallsensor und/oder Lidar, genutzt werden. Wie bereits erwähnt ist das Verfahren zur Nutzung der Sensor-Signale unterschiedlicher Sensortypen geeignet.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that sensor data from sensors of other sensor types, in particular ultrasonic sensors and / or lidar, are also used to localize a vehicle in its surroundings and / or to create a digital map of the surroundings. As already mentioned, the method is suitable for using the sensor signals of different sensor types.

Bei dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt ist vorgesehen, dass dieses Programmteile umfasst, die in einem Prozessor einer computerbasierten Auswerteeinheit geladen zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet sind.In the case of the computer program product according to the invention, it is provided that it comprises program parts which are loaded into a processor of a computer-based evaluation unit and set up to carry out the aforementioned method.

Bei dem erfindungsgemäßen System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung, welches ein fahrzeugseitig montierbares Radar zum Ermitteln von Merkmalen räumlicher Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs bei der Fahrt des Fahrzeugs und eine computerbasierte Auswerteeinheit zum simultanen Erstellen der Karte der Umgebung und Ermitteln eines vom Fahrzeug befahrenen Pfades durch die Umgebung oder zumindest einer aktuellen Position des Fahrzeugs in der Umgebung mittels der Merkmale oder eines ausgewählten Teils dieser Merkmale aufweist, ist vorgesehen, dass die digitale Karte als Vektorkarte ausgebildet ist, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, die Positionen der Merkmale sowie auch andere Informationen über die Merkmale mittels dieser Vektorkarte zu verarbeiten. Über eine Vektorkarte kann dabei -anders als bei einer Rasterkarte- eine Gruppierung der Merkmale und auch eine Auswahl der Merkmale entsprechend der Gruppierung erfolgen. Über eine solche Auswahl ist es besonders einfach möglich, nur einen ausgewählten Teil der Merkmale für das SLAM-Verfahren zu nutzen, wodurch sich der benötigte Rechenaufwand der computerbasierten Auswerteeinheit stark reduzieren lässt bzw. stark reduziert.In the system according to the invention for localizing a vehicle in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings, which includes a radar that can be mounted on the vehicle for determining features of spatial structures in the surroundings of the vehicle when the vehicle is in motion and a computer-based evaluation unit for simultaneous creation the map of the environment and determining a path traveled by the vehicle through the environment or at least a current position of the vehicle in the environment using the features or a selected part of these features, it is provided that the digital map is designed as a vector map, the evaluation unit is set up to process the positions of the features as well as other information about the features by means of this vector map. A vector map can be used to group the features and also to select the features according to the grouping, unlike a raster map. Such a selection makes it particularly easy to use only a selected part of the features for the SLAM method, as a result of which the computational effort required by the computer-based evaluation unit can be greatly reduced or greatly reduced.

Mit Vorteil ist das System zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet. Auf der anderen Seite ist die Verwendung des erfindungsgemäßen System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung gemäß des vorstehend genannten Verfahrens vorgesehen.The system is advantageously set up to carry out the aforementioned method. On the other hand, the use of the system according to the invention for localizing a vehicle in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings according to the method mentioned above is provided.

Bei dem System ist insbesondere vorgesehen, dass die Merkmale in unterschiedlichen Ebenen der Vektorkarte gruppiert sind. So sind zum Beispiel die Informationen über den für das Ermitteln des vom Fahrzeug befahrenen Pfades bzw. für das Ermitteln der aktuellen Position des Fahrzeugs benötigten Teil der Merkmale in einer ersten Ebene gespeichert, die Informationen über den anderen Teil der Merkmale in einer zweiten Ebene. Auf diese Weise kann eine Auswahl der Merkmale mittels der Vektorkarte ganz leicht abgerufen werden, was mittels einer Rasterkarte nicht möglich wäre.The system provides in particular that the features are grouped in different levels of the vector map. For example, the information about the part of the features required for determining the path traveled by the vehicle or for determining the current position of the vehicle is stored in a first level, the information about the other part of the features in a second level. In this way, a selection of the features can be called up very easily using the vector map, which would not be possible using a raster map.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit weiterhin eingerichtet ist, aus den ermittelten Merkmalen der mittels des Radars erfassten räumlichen Strukturen diejenigen Merkmale auszuwählen, die zum Zeitpunkt der Erfassung auf der dem Radar zugewandten Seite dieser räumlichen Strukturen liegen und bei denen zwischen diesen ausgewählten Merkmalen und dem Fahrzeug keine weitere räumliche Struktur liegt, wobei diese ausgewählten Merkmale den Teil der ermittelten Merkmale zum simultanen Erstellen der digitalen Karte und Ermitteln des vom Fahrzeug befahrenen Pfades durch die Umgebung oder zumindest der aktuellen Position des Fahrzeugs in der Umgebung bilden.According to a preferred embodiment of the system according to the invention, it is provided that the evaluation unit is further set up to select from the determined features of the spatial structures detected by means of the radar those features which are located on the side of these spatial structures facing the radar at the time of detection and where between these selected features and the vehicle no further spatial structure, these selected features form the part of the determined features for the simultaneous creation of the digital map and determination of the path traveled by the vehicle through the environment or at least the current position of the vehicle in the environment.

Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Systems ist die Auswerteeinheit eine fahrzeugeigene Auswerteeinheit des Fahrzeugs. Auf diese Weise ergibt sich ein autarkes fahrzeuginternes System.According to a preferred variant of the system according to the invention, the evaluation unit is a vehicle's own evaluation unit. This results in a self-sufficient in-vehicle system.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Systems ist die Auswerteeinheit eine fahrzeugexterne Auswerteeinheit, insbesondere eine zentrale Auswerteeinheit für mehrere Fahrzeuge, die datenübertagungstechnisch mit dem Fahrzeug verbunden ist. Auf diese Weise kann die Auswerteeinheit die von unterschiedlichen Fahrzeugen ermittelten Daten kombinieren.According to an alternative preferred variant of the system according to the invention, the evaluation unit is an evaluation unit external to the vehicle, in particular a central evaluation unit for several vehicles, which is connected to the vehicle for data transmission. In this way, the evaluation unit can combine the data determined from different vehicles.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings using a preferred embodiment.

Es zeigt

  • 1 Eine Szene mit einem Fahrzeug und den von einem fahrzeugseitig montieren Radar ermittelten Merkmalen von räumlichen Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs,
  • 2 eine der Szene aus 1 entsprechende Vektorkarte, bei der bestimmte Merkmale ausgewählt und dargestellt sind, und
  • 3 einen vom Fahrzeug befahrener Pfad durch die Umgebung.
It shows
  • 1 A scene with a vehicle and the features of spatial structures in the vicinity of the vehicle determined by a radar installed on the vehicle,
  • 2 one of the scene 1 corresponding vector map in which certain features are selected and displayed, and
  • 3 a path through the area on which the vehicle is traveling.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung in Draufsicht eine Szene 10 mit einem Fahrzeug 12. Das Fahrzeug 12 ist im gezeigten Beispiel ein Kraftfahrzeug, genauer gesagt ein Personenkraftwagen. Es kann dabei beispielsweise als autonomes oder teilautonomes Fahrzeug 12 ausgebildet sein oder ein mit einem Fahrassistenzsystem ausgestattetes Fahrzeug 12 sein. Das Fahrzeug 12 besitzt ein eigenes Bezugssystem, welches beispielsweise durch seine Koordinaten, also seine Lokalisierung im Raum, und seine Längsachse 14 definiert ist. Neben den üblichen Komponenten eines Fahrzeugs 12 weist das hier gezeigte Fahrzeug 12 ein Radar 16 und eine signaltechnisch mit dem Radar 16 verbundene Auswerteeinheit 18 zum Auswerten der Radarsignale auf. Die hier gezeigte Szene 10 ist eine Momentaufnahme, des sich in seiner Umgebung 20 bewegenden, also fahrenden, Fahrzeugs 12. Bei der Fahrt des Fahrzeugs 12 ermittelt das mitgeführte Radar 16 per Radar-Scan Merkmale 22 räumlicher Strukturen, also Merkmale von Objekten, geographischer Strukturen, etc., in der Umgebung 20 des Fahrzeugs 12. Diese Merkmale 22 werden, da sie per Radar 16 ermittelt wurden, auch Radarmerkmale 22 genannt und sind in 1 als Datenpunkte eingezeichnet.The 1 shows a schematic representation in plan view of a scene 10 with a vehicle 12 . The vehicle 12 is in the example shown a motor vehicle, more precisely a passenger car. It can be used, for example, as an autonomous or partially autonomous vehicle 12 be designed or a vehicle equipped with a driver assistance system 12 be. The vehicle 12 has its own reference system, which can be determined, for example, by its coordinates, i.e. its location in space, and its longitudinal axis 14th is defined. In addition to the usual components of a vehicle 12 shows the vehicle shown here 12 a radar 16 and one signaling with the radar 16 connected evaluation unit 18th to evaluate the radar signals. The scene shown here 10 is a snapshot of what is in its environment 20th moving, i.e. moving, vehicle 12 . When driving the vehicle 12 determines the radar carried 16 via radar scan features 22nd spatial structures, i.e. features of objects, geographical structures, etc., in the environment 20th of the vehicle 12 . These characteristics 22nd as they are by radar 16 were determined, including radar features 22nd called and are in 1 shown as data points.

Das Radar 16 und die Auswerteeinheit 18 sind Teil eines Systems zur Lokalisierung des Fahrzeugs 12 in seiner Umgebung 20 und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung 20, genauer gesagt eines SLAM-Systems (SLAM: Simultaneous Localization and Mapping) das auf Daten beruht, die per Radar-Scan des Radars 16 ermittelt wurden.The radar 16 and the evaluation unit 18th are part of a vehicle localization system 12 in his environment 20th and / or to create a digital map of the area 20th , more precisely a SLAM system (SLAM: Simultaneous Localization and Mapping) that is based on data that is scanned by the radar 16 were determined.

Die computerbasierte Auswerteeinheit 18 des Systems ist eine Auswerteeinheit 18 zum simultanen (i) Erstellen der digitalen Karte der Umgebung 20 und (ii) Ermitteln eines vom Fahrzeug 12 befahrenen Pfades oder zumindest einer aktuellen Position des Fahrzeugs 12 mittels eines ausgewählten Teils dieser ermittelten Merkmale 22, den die Auswerteeinheit 18 durch ein im weiteren noch ausführlich beschriebenes Auswahlverfahren bestimmt.The computer-based evaluation unit 18th of the system is an evaluation unit 18th for simultaneous (i) creation of the digital map of the environment 20th and (ii) determining one from the vehicle 12 traveled path or at least a current position of the vehicle 12 by means of a selected part of these determined features 22nd the evaluation unit 18th determined by a selection process described in detail below.

Um den Rechenaufwand bei der Auswertung von Informationen über die Merkmale 22 zu reduzieren muss die Auswerteeinheit 18 eine Auswahl treffen, welche Merkmale 22 für das SLAM-Verfahren genutzt werden. Die entsprechenden Merkmale werden im folgenden ausgewählte Merkmale 24 genannt.To reduce the computational effort when evaluating information about the characteristics 22nd the evaluation unit must reduce this 18th make a choice which features 22nd can be used for the SLAM procedure. The corresponding characteristics are selected below 24 called.

Ein entscheidender Aspekt der Erfindung ist nun, dass als digitale Karte eine Vektorkarte 26 genutzt wird. Die per Radar 16 ermittelten Merkmale 22 der räumlichen Strukturen in der Umgebung 20 des Fahrzeugs 12 werden in die Vektorkarte 26 aufgenommen und dort durch die Auswerteeinheit 18 verarbeitet. Über die Vektorkarte 26 kann die Auswerteeinheit 18 dabei -anders als bei einer Rasterkarte- eine Gruppierung der Merkmale 22 und auch eine Auswahl der Merkmale 22 entsprechend der Gruppierung einfach realisieren. Über eine solche Auswahl ist es besonders einfach möglich, nur einen ausgewählten Teil der Merkmale für das SLAM-Verfahren zu nutzen, wodurch sich der benötigte Rechenaufwand in der Auswerteeinheit 18 reduziert wird.A decisive aspect of the invention is that the digital map is a vector map 26th is being used. The radar 16 identified features 22nd the spatial structures in the area 20th of the vehicle 12 are in the vector map 26th recorded and there by the evaluation unit 18th processed. Via the vector map 26th can the evaluation unit 18th here - unlike a raster map - a grouping of the characteristics 22nd and also a selection of features 22nd Simply implement according to the grouping. Such a selection makes it particularly easy to use only a selected part of the features for the SLAM method, which increases the computing effort required in the evaluation unit 18th is reduced.

Die 2 zeigt eine sich aus der Vektorkarte 26 ergebende Darstellung, bei der nur die ausgewählten Merkmale 24 in Form von Datenpunkten dargestellt sind. Die Merkmale 22 der räumlichen Strukturen in der Umgebung des Fahrzeugs 12 sind zwar ursprünglich alle in die Vektorkarte 26 aufgenommen, sodass sich die Szene 10 wie in 1 gezeigt über die Vektorkarte 26 darstellen lässt. Die Merkmale 22 sind jedoch nicht alle mit der gleichen Ebene der Vektorkarte verknüpft sondern auf mehrere Ebenen verteilt, wobei man jede einzelne Ebene ein- oder ausblenden kann. In 2 ist nun die Vektorkarte 26 gezeigt, wobei neben dem Fahrzeug 12 nur die Ebene mit den ausgewählten Merkmalen 24 angezeigt werden.The 2 shows one from the vector map 26th resulting representation in which only the selected features 24 are represented in the form of data points. The characteristics 22nd the spatial structures in the vicinity of the vehicle 12 are originally all in the vector map 26th recorded so the scene 10 as in 1 shown via the vector map 26th can represent. The characteristics 22nd However, they are not all linked to the same level of the vector map but are distributed over several levels, whereby each individual level can be shown or hidden. In 2 is now the vector map 26th shown being next to the vehicle 12 only the plane with the selected features 24 are displayed.

Um die in 2 gezeigte Auswahl der Merkmale 22 zu erhalten, hat die Auswerteeinheit 18 aus den ermittelten Merkmalen 22 der per Radar 16 erfassten räumlichen Strukturen diejenigen Merkmale 24 ausgewählt, die zum Zeitpunkt der Erfassung auf der dem Fahrzeug 12 zugewandten Seite dieser räumlichen Strukturen liegen und bei denen zwischen diesen ausgewählten Merkmalen 24 und dem Fahrzeug 12 keine weitere räumliche Struktur liegt. Mit anderen Worten hat die Auswerteeinheit 18 die Merkmale 24 ausgewählt, die im Wesentlichen den aus Sicht des Fahrzeugs 12 bzw. Radars 16 optisch sichtbaren Merkmalen an den Grenzen der räumlichen Strukturen entsprechen, also vom Fahrzeug 12 aus sichtbare Oberflächen-Merkmale der Strukturen. Auf diese Weise wird die Anzahl der Merkmale 22 wirklich deutlich reduziert.To get the in 2 Selection of features shown 22nd received by the evaluation unit 18th from the determined characteristics 22nd the one by radar 16 recorded spatial structures those features 24 selected at the time of detection on the vehicle 12 facing side of these spatial structures and those between these selected features 24 and the vehicle 12 no further spatial structure lies. In other words, the evaluation unit 18th the characteristics 24 selected, essentially from the point of view of the vehicle 12 or radars 16 correspond to visually visible features at the boundaries of the spatial structures, i.e. of the vehicle 12 visible surface features of the structures. This way the number of features 22nd really significantly reduced.

Die 3 zeigt schließlich die Abschätzung der Position des vom Fahrzeug 12 befahrenen Pfades 28 durch die Umgebung 20. Dabei sind neben der aktuellen Position P bzw. Lokalisierung des Fahrzeugs 12 auch die abgeschätzten anderen Positionen P1, P2, P3, .. des Fahrzeugs 12 angegeben, bei denen die Umgebung 20 per Radar 16 abgescannt wurde.The 3 finally shows the estimate of the position of the vehicle 12 traveled path 28 through the environment 20th . In addition to the current position P or localization of the vehicle 12 also the estimated other positions P1 , P2 , P3 , .. of the vehicle 12 indicated where the environment 20th by radar 16 was scanned.

Es ergeben sich die folgende Funktion und die folgenden Vorteile des hier beschriebenen Vorgehens:

  • Die räumliche Akkumulation von Radarmerkmalen 22 erfolgt über die 2D-Vektorkarte 26. Für jeden gefahrenen Streckenabschnitt werden mittels eines Radarscans des Radars 16 Merkmale 22 erstellt und in der Vektorkarte 26 (auf einer Ebene der Karte) gespeichert. Ausgewählte Merkmale 24 werden mit Bezug auf den Ursprung des fahrzeugeigenen Bezugssystems (kurz: Fahrzeugursprung) als Schlüsselpositionen für das SLAM in der Vektorkarte 26 separat(auf einer anderen Ebene der Karte) gespeichert. Die Akkumulation der ermittelten Radarmerkmalen 22 in der Vektorkarte 26 (auf der einen Ebene) wird dann gelöscht, um eine neue Akkumulation für die nächste Schlüsselposition zu starten.
The following function and the following advantages result from the procedure described here:
  • The spatial accumulation of radar features 22nd takes place via the 2D vector map 26th . A radar scan of the radar 16 features 22nd created and in the vector map 26th (on one layer of the map). Selected features 24 are with reference to the origin of the vehicle's own reference system (short: vehicle origin) as key positions for the SLAM in the vector map 26th saved separately (on a different layer of the map). The accumulation of the determined radar features 22nd in the vector map 26th (on one level) is then cleared to start a new accumulation for the next key position.

Wenn man die ausgewählten Merkmale 24, die hier Oberflächen- bzw. Grenzmerkmale der räumlichen Strukturen sind, aus der akkumulierten Vektorkarte 26 extrahiert, können die folgenden beiden Eigenschaften leicht garantiert werden:

  • Es werden keine räumlichen Strukturen in der Umgebung 20 des Fahrzeugs per Radar „durchschaut“ und dahinterliegende Merkmale berücksichtigt.
If you look at the selected features 24 , which are surface or boundary features of the spatial structures, from the accumulated vector map 26th extracted, the following two properties can be easily guaranteed:
  • There are no spatial structures in the area 20th of the vehicle by radar and the underlying characteristics are taken into account.

Die den Positionen der ausgewählten Merkmale 24 entsprechenden Datenpunkte werden nach ihrem Winkel in Polarkoordinaten sortiert.The positions of the selected features 24 corresponding data points are sorted according to their angle in polar coordinates.

Diese beiden Eigenschaften sind für einen Laserscanner eines Lidars in der Regel erfüllt, nicht aber bei einem Radar. Der Prozess der Auswahl von nur solchen Merkmalen 24, die sich im Bereich der vom Fahrzeug 12 aus sichtbaren äußeren Grenzen bzw. Oberflächen der räumlichen Strukturen befinden, ermöglicht es die Radar-Daten analog zu Lidar-Daten zu verarbeiten und insbesondere eine sehr effiziente Variante des ICP (Iterative Closest Point) mit einer optimierten Nearest Nachbar Korrespondenzsuche zu verwenden. Näheres zu diesem Vorgehen findet man in der Veröffentlichung » A. Censi, „An ICP variant using a point-to-line metric“, Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp. 19-25, 2008-May «. Diese Variante ist 50 mal schneller als andere Implementierungen.These two properties are usually fulfilled for a laser scanner of a lidar, but not for a radar. The process of choosing only such features 24 that are in the area of the vehicle 12 from visible outer boundaries or surfaces of the spatial structures, it enables the radar data to be processed analogously to lidar data and in particular to use a very efficient variant of the ICP (Iterative Closest Point) with an optimized nearest neighbor correspondence search. You can find more information on this procedure in the publication » A. Censi, "An ICP variant using a point-to-line metric," Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., Pp. 19-25, 2008-May «. This variant is 50 times faster than other implementations.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Szenescene
1212
Fahrzeugvehicle
1414th
Längsachse (Fahrzeug)Longitudinal axis (vehicle)
1616
Radarradar
1818th
AuswerteeinheitEvaluation unit
2020th
UmgebungSurroundings
2222nd
Merkmale (per Radar ermittelt)Features (determined by radar)
2424
ausgewählte Merkmale (vom Fahrzeug aus unmittelbar sichtbar)selected features (directly visible from the vehicle)
2626th
VektorkarteVector map
2828
Pfadpath
P, P1, ...P, P1, ...
Position des FahrzeugsPosition of the vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017210070 A1 [0005]DE 102017210070 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • A. Censi, „An ICP variant using a point-to-line metric“, Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp. 19-25, 2008-May [0035]A. Censi, "An ICP variant using a point-to-line metric," Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., Pp. 19-25, 2008-May [0035]

Claims (10)

Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (12) in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung (20), wobei bei der Fahrt des Fahrzeugs (12) Merkmale (22) räumlicher Strukturen in der Umgebung (20) des Fahrzeugs (12) mittels eines Radars (16) des Fahrzeugs (12) ermittelt werden und mittels dieser Merkmale (22) oder eines ausgewählten Teils dieser Merkmale (22) simultan die digitale Karte der Umgebung (20) erstellt wird und ein vom Fahrzeug (12) befahrener Pfad (28) durch die Umgebung (20) oder zumindest die aktuelle Position (P) des Fahrzeugs (12) in der Umgebung (20) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Karte als Vektorkarte (26) ausgebildet ist, wobei die Positionen der Merkmale (22, 24) sowie auch andere Informationen über die Merkmale (22, 24) mittels dieser Vektorkarte (26) verarbeitet werden.Method for localizing a vehicle (12) in its surroundings and / or for creating a digital map of the surroundings (20), with features (22) of spatial structures in the surroundings (20) of the vehicle (12 ) are determined by means of a radar (16) of the vehicle (12) and by means of these features (22) or a selected part of these features (22) the digital map of the surroundings (20) and a path traveled by the vehicle (12) are created simultaneously (28) is determined by the surroundings (20) or at least the current position (P) of the vehicle (12) in the surroundings (20), characterized in that the digital map is designed as a vector map (26), the positions of the Features (22, 24) and also other information about the features (22, 24) can be processed by means of this vector map (26). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale (22) in unterschiedlichen Ebenen der Vektorkarte (26) gruppiert sind.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the features (22) are grouped in different levels of the vector map (26). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Merkmalen (22) der mittels des Radars (16) erfassten räumlichen Strukturen diejenigen Merkmale (24) ausgewählt werden, die zum Zeitpunkt der Erfassung auf der dem Fahrzeug (12) zugewandten Seite dieser räumlichen Strukturen liegen und bei denen zwischen diesen ausgewählten Merkmalen (24) und dem Fahrzeug (12) keine weitere räumliche Struktur liegt, wobei diese ausgewählten Merkmale (24) den Teil der ermittelten Merkmale (22) bilden, aus denen simultan die digitale Karte erstellt wird und der vom Fahrzeug (12) befahrener Pfad (28) durch die Umgebung (20) oder zumindest die aktuelle Position (P) des Fahrzeugs (12) in der Umgebung (20) ermittelt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that those features (24) are selected from the determined features (22) of the spatial structures detected by means of the radar (16) which are located on the side of these spatial structures facing the vehicle (12) at the time of detection and are included which no further spatial structure lies between these selected features (24) and the vehicle (12), these selected features (24) forming the part of the determined features (22) from which the digital map is created simultaneously and the map of the vehicle ( 12) the path (28) traveled through the surroundings (20) or at least the current position (P) of the vehicle (12) in the surroundings (20) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der ermittelten Merkmale (22) der mittels des Radars (16) erfassten räumlichen Strukturen fahrzeugintern oder zumindest teilweise fahrzeugextern, insbesondere mittels einer zentralen Auswerteeinheit für mehrere Fahrzeuge (12), erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the evaluation of the determined features (22) of the spatial structures detected by means of the radar (16) takes place inside the vehicle or at least partially outside the vehicle, in particular by means of a central evaluation unit for several vehicles (12). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (12) in seiner Umgebung und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung (20) auch Sensordaten von Sensoren anderer Sensorart, insbesondere Ultraschallsensor und/oder Lidar, genutzt werden.Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that to localize a vehicle (12) in its surroundings and / or to create a digital map of the surroundings (20) also sensor data from sensors of other sensor types, in particular ultrasonic sensors and / or lidar, are used. Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, die in einem Prozessor einer computerbasierten Auswerteeinheit (18) geladen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingerichtet sind.Computer program product comprising program parts that are loaded in a processor of a computer-based evaluation unit (18) for performing the method according to one of the Claims 1 to 5 are set up. System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (12) in seiner Umgebung (20) und/oder zum Erstellen einer digitalen Karte der Umgebung (20), mit einem fahrzeugseitig montierbaren Radar (16) zum Ermitteln von Merkmalen (22) räumlicher Strukturen in der Umgebung (20) des Fahrzeugs (12) bei der Fahrt des Fahrzeugs (12) und einer computerbasierten Auswerteeinheit (18) zum simultanen Erstellen der Karte der Umgebung (20) und Ermitteln eines vom Fahrzeug (12) befahrenen Pfades (28) durch die Umgebung (20) oder zumindest einer aktuellen Position (P) des Fahrzeugs (12) in der Umgebung (20) mittels der Merkmale (22) oder eines ausgewählten Teils dieser Merkmale (22), dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Karte als Vektorkarte (26) ausgebildet ist, wobei die Auswerteeinheit (18) eingerichtet ist, die Positionen der Merkmale (22, 24) sowie auch andere Informationen über die Merkmale (22, 24) mittels dieser Vektorkarte (26) zu verarbeiten.System for localizing a vehicle (12) in its surroundings (20) and / or for creating a digital map of the surroundings (20), with a radar (16) that can be mounted on the vehicle for determining features (22) of spatial structures in the surroundings (20) ) of the vehicle (12) while the vehicle (12) is in motion and a computer-based evaluation unit (18) for simultaneously creating the map of the surroundings (20) and determining a path (28) through the surroundings (20) traveled by the vehicle (12) or at least one current position (P) of the vehicle (12) in the vicinity (20) by means of the features (22) or a selected part of these features (22), characterized in that the digital map is designed as a vector map (26), the evaluation unit (18) being set up to process the positions of the features (22, 24) as well as other information about the features (22, 24) by means of this vector map (26). System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale (22) in unterschiedlichen Ebenen der Vektorkarte (26) gruppiert sind.System according to Claim 7 , characterized in that the features (22) are grouped in different levels of the vector map (26). System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) weiterhin eingerichtet ist, aus den ermittelten Merkmalen (22) der mittels des Radars (16) erfassten räumlichen Strukturen diejenigen Merkmale (24) auszuwählen, die zum Zeitpunkt der Erfassung auf der dem Radar (16) zugewandten Seite dieser räumlichen Strukturen liegen und bei denen zwischen diesen ausgewählten Merkmalen (24) und dem Fahrzeug (12) keine weitere räumliche Struktur liegt, wobei diese ausgewählten Merkmale (24) den Teil der ermittelten Merkmale (22) zum simultanen Erstellen der digitalen Karte (26) und Ermitteln des vom Fahrzeug (12) befahrenen Pfades (28) durch die Umgebung oder zumindest der aktuellen Position des Fahrzeugs (12) in der Umgebung bilden.System according to Claim 7 or 8th , characterized in that the evaluation unit (18) is further set up to select from the determined features (22) of the spatial structures detected by means of the radar (16) those features (24) which at the time of detection on the radar (16) facing side of these spatial structures and in which there is no further spatial structure between these selected features (24) and the vehicle (12), these selected features (24) forming the part of the determined features (22) for the simultaneous creation of the digital map ( 26) and determining the path (28) traveled by the vehicle (12) through the surroundings or at least the current position of the vehicle (12) in the surroundings. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) eine fahrzeugeigene Auswerteeinheit (18) des Fahrzeugs (12) oder eine fahrzeugexterne Auswerteeinheit, insbesondere eine zentrale Auswerteeinheit für mehrere Fahrzeuge ist, die datenübertagungstechnisch mit dem Fahrzeug (12) verbunden ist.System according to Claim 7 or 8th , characterized in that the evaluation unit (18) is an on-board evaluation unit (18) of the vehicle (12) or an evaluation unit external to the vehicle, in particular a central evaluation unit for several vehicles, which is connected to the vehicle (12) for data transmission.
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CENSI, Andrea: An ICP variant using a point-to-line metric. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation, 19-23 May 2008, Pasadena, California, USA. 2008, S. 19-25. ISBN 978-1-4244-1646-2. DOI: 10.1109/ROBOT.2008.4543181. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4543181 [abgerufen am 16.01.2017] *

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