-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von mindestens einer Position einer mobilen Einheit, insbesondere einer relativen oder absoluten Position, durch ein Steuergerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
-
Stand der Technik
-
Zum Ausführen von automatisierten Fahrfunktionen ist eine Lokalisierung von Fahrzeugen mit Hilfe von digitalen Karten notwendig. Die Lokalisierung erfolgt durch einen Abgleich von Messdaten der Umfeldsensoren mit als Kartendaten ausgestalteten Merkmalen bzw. Landmarken. Es können beispielsweise markante Objekte wie beispielsweise Ampelanlagen, Masten, Schilder, Gebäude und dergleichen durch Sensoren erkannt werden, um die aus den Messdaten extrahierten Objekte bzw. Landmarken mit in der digitalen Karte hinterlegten Landmarken abzugleichen und hierdurch eine Lokalisierung zu ermöglichen.
-
Neben einer landmarkenbasierten Lokalisierung kann die Verwendung von hochgenauen digitalen Karten durch GNSS-Sensoren erfolgen. Hierzu muss jedes Fahrzeug seine Egoposition ermitteln, um diese mit der Karte zu vergleichen und die darin enthaltenen Informationen wie beispielsweise Spurinformationen zu extrahieren. Dies geschieht üblicherweise auf Basis der GNSS-Informationen, welche mit einer fahrzeugseitigen inertialen Messeinheit kombiniert wird.
-
Die Erstellung von digitalen Karten ist aufgrund der Vielzahl an Landmarken, Kartenebenen und notwendigen Details aufwändig und benötigt eine hohe Speicherkapazität. Je nach Situation kann eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Kartenserver und dem Fahrzeug beeinträchtigt sein, wodurch der Empfang von digitalen Kartendaten verzögert und die für die Lokalisierung des Fahrzeugs zur Verfügung stehenden Kartendaten unpräzise oder nicht nutzbar sind.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Vereinfachen eines Kartierungsaufwands und zum Ermöglichen einer Lokalisierung bei nicht verfügbaren oder unzureichend präzisen digitalen Lokalisierungskarten vorzuschlagen.
-
Diese Aufgabe wird mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
-
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln von mindestens einer Position einer mobilen Einheit, insbesondere einer relativen oder absoluten Position, durch ein Steuergerät bereitgestellt. In einem Schritt werden Signale von mindestens einer WLAN-Basisstation in einem Umfeld einer mobilen Einheit durch mindestens eine Messantenne detektiert und eine Signalstärke der Signale ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann die Laufzeit von Signalen zwischen der Messantenne und der mindestens einen WLAN-Basisstation ermittelt werden.
-
Anhand der ermittelten Signalstärke und/oder einer Laufzeit der Signale wird ein Abstand zwischen der Messantenne und der mindestens einen WLAN-Basisstation berechnet. Hierbei kann der Abstand abhängig von einer Position der mindestens einen WLAN-Basisstation ermittelt werden. Beispielsweise kann ein Abschirmen der Signale durch Wände, Häuser oder Vegetation bei der Berechnung des Abstands berücksichtigt werden. Hierzu kann die Richtung der WLAN-Basisstation relativ zur mobilen Einheit durch eine oder mehrere Richtantennen geortet werden, wobei durch eine Sensorik der mobilen Einheit, wie beispielsweise Radarsensoren, LIDAR-Sensoren oder Kamerasensoren, das Signal abschirmende Objekte detektierbar sind.
-
Alternativ kann das Ermitteln des Abstands zwischen der Messantenne und der mindestens einen WLAN-Basisstation auf einer Laufzeitmessung der Signale beruhen oder durch die Laufzeitmessung ergänzt werden.
-
Alternativ können vorhandene Kartendaten zum Prüfen einer Abschirmung des durch die mindestens eine Messantenne empfangenen Signals verwendet werden.
-
Anschließend wird der ermittelte Abstand zwischen der Messantenne und der mindestens einen WLAN-Basisstation anstelle oder unterstützend zu einer GNSS-basierten und/oder landmarkenbasierten Lokalisierung zum Ermitteln einer Position der mobilen Einheit eingesetzt. Insbesondere kann die WLANbasierte Lokalisierung zusätzlich zum Einsatz von Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren der mobilen Einheit eingesetzt werden, um eine präzisere Lokalisierung bei einer nicht vorhandenen Karte oder einem unzureichenden GNSS-Empfang zu ermöglichen.
-
Des Weiteren kann durch das Verfahren eine aufwendige Kartierung im Sinne der Erstellung und Speicherung in Fahrzeugen oder externen Servern vereinfacht werden. Es können vorzugsweise öffentliche und private WLAN-Netzwerke, welche durch WLAN-Basisstationen aufrechterhalten werden, zur Lokalisierung und insbesondere zur Fahrzeuglokalisierung eingesetzt werden.
-
WLAN-Basisstationen können beispielsweise als Access Points, Router, Repeater, Drahtlosadapter, tragbare Geräte und dergleichen ausgestaltet sein.
-
Es wird eine Signalstärke bzw. eine Verbindungsqualität und eine Verfügbarkeit eines oder mehrerer WLAN-Netzwerke durch die mindestens eine Messantenne genutzt. Die Messantenne kann eine Richtantenne oder ein Antennenarray sein, welches auf mindestens einer mobilen Einheit montiert und mit dem Steuergerät datenleitend verbunden ist.
-
Durch Auswerten von Messdaten der mindestens einen Messantenne kann beispielsweise eine Richtung, aus welcher die Signale die Messantenne erreichen und eine Signalstärke ermittelt werden. Ein WLAN-Netzwerk ist in Form von Signalen ausgebildet und wird durch eine oder mehrere WLAN-Basisstationen erzeugt.
-
Durch den Einsatz von WLAN-Netzwerken zur Lokalisierung kann die Komplexität von digitalen Karten verringert werden, da zwecks Lokalisierung weniger Informationen in der digitalen Karte gespeichert werden müssen. Zudem kann durch die Verwendung der Informationen mehrerer mobiler Einheiten, welche auf Messungen von WLAN-basierten Signalen beruhen, die Genauigkeit der einzelnen Lokalisierungen der jeweiligen mobilen Einheiten erhöht werden.
-
Des Weiteren kann das Verfahren als redundantes Verfahren eingesetzt werden, wodurch Sensoren, wie beispielsweise GNSS-Sensoren unterstützt werden oder entfallen können. Darüber kann eine Distanz zwischen mehreren mobilen Einheiten ermittelt und als weitere Eingangsparameter zur Lokalisierung oder zum Erhöhen einer Genauigkeit eines Lokalisierungsvorgangs verwendet werden.
-
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugseitiges Steuergerät, ein fahrzeugexternes Steuergerät oder eine fahrzeugexterne Servereinheit, wie beispielsweise ein Cloud-System, sein. Das Steuergerät kann vorzugsweise Messdaten der mindestens einen Messantenne und/oder Messdaten von Sensoren der mindestens einen mobilen Einheit empfangen und verarbeiten können.
-
Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
-
Das Steuergerät kann in einer mobilen Einheit angeordnet sein, welche gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein kann. Beispielsweise kann die mobile Einheit als ein Fahrzeug, ein Roboter, eine Drohne, ein Wasserfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Robotaxi, ein Industrieroboter, ein Nutzfahrzeug, ein Bus, ein Flugzeug, ein Helikopter und dergleichen ausgestaltet sein
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden aus den empfangenen Signalen der mindestens einen WLAN-Basisstation eine Kennung eines Netzwerks und eine Position der WLAN-Basisstation ermittelt. Hierzu kann die Messantenne dazu eingesetzt werden, eine datenleitende Verbindung mit einer oder mehreren WLAN-Basisstationen einzugehen und Daten über die Kennung des Netzwerks zu beziehen. Je nach WLAN-Basisstation können weitere Informationen, wie beispielsweise Standort der WLAN-Basisstation über die Signale von der Messantenne empfangen und für eine relative Lokalisierung der mobilen Einheit eingesetzt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird anhand der Kennung des Netzwerks der WLAN-Basisstation eine Art des Netzwerks, insbesondere als ein privates Netzwerk, ein geschäftliches Netzwerk oder ein kommerzielles Netzwerk, identifiziert wird. Hierdurch können basierend auf der ermittelten Kennung des Netzwerks weitergehende Informationen über das jeweilige WLAN-Netzwerk und die entsprechende WLAN-Basisstation ermittelt werden.
-
Beispielsweise kann eine Liste mit Netzwerkkennungen vorgesehen sein, welche durch das Steuergerät aufrufbar ist. Die Liste kann zu jeder Kennung Informationen, wie beispielsweise eine Position der WLAN-Basisstation innerhalb eines Gebäudes oder an einer Außenwand, GPS Koordinaten der WLAN-Basisstation, initiale Signalstärke der WLAN-Basisstation und dergleichen aufweisen.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden ein oder mehrere Frequenzbänder der von der mindestens einen WLAN-Basisstation erzeugten und durch die mindestens eine Messantenne empfangenen Signale zum Ermitteln des Abstands zwischen der Messantenne und der WLAN-Basisstation verwendet. Durch diese Maßnahme kann die Abstandsmessung auf mehrere parallele Frequenzkanäle ausgeweitet werden. Insbesondere können durch ein Variieren der eingesetzten Frequenzbänder belegte oder blockierte Frequenzbänder einer WLAN-Basisstation vermieden werden.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine WLAN-Basisstation mobil oder stationär ausgestaltet. Hierdurch kann die mindestens eine WLAN-Basisstation neben einer stationären Anwendung in Gebäuden oder an einer Infrastruktur auch an mobilen Einheiten, wie beispielsweise Zügen, Bussen, Kraftfahrzeugen und dergleichen angeordnet sein. Durch diese Maßnahme können auch mobile WLAN-Basisstationen durch die Messantenne geortet und zum Ermitteln von relativen Abstandsinformationen genutzt werden.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden von Steuergeräten mehrerer mobiler Einheiten ermittelte relative Abstände zwischen Messantennen und WLAN-Basisstationen durch Kommunikationsverbindungen bereitgestellt oder untereinander ausgetauscht. Durch diese Maßnahme kann ein gegenseitiges Teilen von WLAN-basierten Informationen mehrere mobiler Einheiten umgesetzt werden. Insbesondere kann ein derartiges Vorgehen die Genauigkeit der Positionsbestimmung der jeweiligen mobilen Einheiten erhöhen. Ein Abgleich von Entfernungen kann auch zur Validierung einer bereits ermittelten Position oder Lokalisierung durchgeführt werden. Die Entfernungen können hierbei von unterschiedlichen mobilen Einheiten bestimmt werden. Dies kann neben der Ermittlung von Abständen über die WLAN-Signale auch durch Sensoren der mobilen Einheiten erfolgen, welche zum Messen von Relativabständen geeignet sind.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform wird der von Steuergeräten mehrerer mobiler Einheiten ermittelte Abstand zwischen den jeweiligen Messantennen und der mindestens einen WLAN-Basisstation zum Verifizieren und/oder Erstellen eines Umfeldmodells einer oder mehrerer mobiler Einheiten verwendet wird. Hierdurch ist eine Relativpositionsbestimmung mehrerer mobiler Einheiten möglich, wobei die mobilen Einheiten die ermittelten Informationen im Sinne eines gemeinsamen Umfeldmodells oder einer Onlineüberprüfung der jeweiligen Umfeldwahrnehmung bzw. Perception verwenden können. Dabei können die durch Messen der Signale der WLAN-Basisstationen ermittelten Daten bei einer Validierung und/oder Verifizierung der Umfeldmodelle berücksichtigt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der ermittelte Abstand zwischen der Messantenne und der mindestens einen WLAN-Basisstation zum Ermitteln einer initialen Position der mobilen Einheit eingesetzt. Hierdurch kann nach einem Neustart oder nach einem Systemstart der mobilen Einheit die initiale Position der mobilen Einheit besonders schnell ermittelt werden.
-
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung und
- 2 ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
-
In der 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung 1 gezeigt. Die Anordnung 1 dient zum Veranschaulichen eines Verfahrens, bei welchem mehrere mobile Einheiten 2, 4 beteiligt sind.
-
Die mobilen Einheiten 2, 4 sind beispielhaft als Personenkraftwagen ausgestaltet und weisen jeweils eine Fahrzeugsensorik 6, 8 zum Abtasten eines Umfelds U. Die Fahrzeugsensorik 6, 8 kann beispielsweise Radarsensoren, LIDAR-Sensoren, Kamerasensoren und dergleichen aufweisen. Insbesondere kann durch den Einsatz der Fahrzeugsensorik 6, 8 eine Abstandsmessung durchgeführt werden.
-
Des Weiteren weisen die mobilen Einheiten 2, 4 jeweils eine Messantenne 10, 12 auf. Die Messantenne 10, 12 kann beispielsweise als ein Antennenarray geformt sein. Durch den Einsatz der Messantenne 10, 12 können die jeweiligen mobilen Einheiten 2, 4 Signale S von mindestens einer WLAN-Basisstation 14 in dem Umfeld U detektieren und eine Signalstärke und/oder Laufzeit der Signale S ermitteln. Die Signalstärke und/oder Laufzeit kann in Form von Messdaten ermittelt werden, welche von einem Steuergerät 16, 18 empfangen und ausgewertet werden.
-
Basierend auf der ermittelten Signalstärke der Signale S kann ein Abstand A zwischen der jeweiligen Messantenne 10, 12 und der WLAN-Basisstation 14 ermittelt werden. Hierzu kann das Steuergerät 16, 18 der jeweiligen mobilen Einheiten 2, 4 datenleitend mit der Sensorik 6, 8 und datenleitend mit der jeweiligen Messantenne 10, 12 verbunden sein.
-
Die Steuergerät 16, 18 der beiden mobilen Einheiten 2, 4 können über eine Kommunikationsverbindung K miteinander kommunizieren und beispielsweise Abstandsdaten der Abstände A austauschen. Insbesondere können die mobilen Einheiten 2, 4 ihre Positionen austauschen. Die Kommunikationsverbindung K kann beispielsweise in Form einer WLAN-Verbindung oder einer Bluetooth Verbindung erfolgen.
-
Die zweite mobile Einheit 4 kann mit dem gleichen Lokalisierungsprinzip ausgestattet sein, wie die erste mobile Einheit 2. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite mobile Einheit 4 mit anderen Lokalisierungsverfahren arbeiten. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Lokalisierung der jeweiligen mobilen Einheiten 2, 4 durch Bestätigen oder Korrigieren der Messdaten verbessert werden. Der Relativabstand A kann durch die Sensorik 6, 8 oder durch die Messantennen 10, 12 erfolgen.
-
Eine zweite mobile Einheit 4 weist beispielhaft einen Access Point 20 auf, welcher ebenfalls ein WLAN-Netzwerk erzeugen kann. Der Access Point ist als eine mobile WLAN-Basisstation 20 ausgestaltet und kann ebenfalls von der Messantenne 10 der ersten mobilen Einheit 2 detektiert und für eine Abstandsmessung verwendet werden.
-
Die 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens 22 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 22 dient zum Ermitteln von mindestens einer Position einer mobilen Einheit 2, 4, insbesondere einer relativen oder absoluten Position. Das Verfahren 22 kann beispielsweise durch ein Steuergerät 16, 18 ausgeführt werden.
-
In einem Schritt 24 werden Signale S von mindestens einer WLAN-Basisstation 14 in einem Umfeld U einer mobilen Einheit 2, 4 durch mindestens eine Messantenne 10, 12 detektiert. Dabei wird eine Signalstärke und/oder die Laufzeit der empfangenen Signale S ermittelt 26.
-
In einem weiteren Schritt 28 des Verfahrens 22 wird anhand der ermittelten Signalstärke und/oder Laufzeit der Signale S ein Abstand A zwischen der Messantenne 10, 12 und der mindestens einen WLAN-Basisstation 14 berechnet. Dies kann vorzugsweise durch Auswerten der Messdaten erfolgen, welche durch die Messantenne 10, 12 gesammelt werden.
-
Anschließend wird der ermittelte Abstand A zwischen der Messantenne 10, 12 und der mindestens einen WLAN-Basisstation 14 anstelle oder unterstützend zu einer GNSS-basierten und/oder landmarkenbasierten Lokalisierung zum Ermitteln einer Position der mobilen Einheit 2, 4 eingesetzt 30.
