DE102022124213A1

DE102022124213A1 - Method for determining the position of an object point external to the vehicle and motor vehicle with a position determination system

Info

Publication number: DE102022124213A1
Application number: DE102022124213.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Henkenhaf; Simon Seitle; Andreas Jander; Matthias Hoessl
Original assignee: Cariad SE
Current assignee: Cariad SE
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2024-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts (14) durch ein sich bewegendes Kraftfahrzeug (10). Das Verfahren umfasst als Schritte ein Ermitteln (S10) eines Geschwindigkeitsvektors (24) des Kraftfahrzeugs (10); ein Bestimmen (S12) einer Beobachtungsrichtung (20) zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt (14) durch eine optische Erfassungsvorrichtung (16), wobei zu einem ersten Zeitpunkt (t₁) ein Winkel (γ) zwischen dem Geschwindigkeitsvektor (24) und der Beobachtungsrichtung (20) ermittelt wird; ein Bestimmen (S14) einer Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10) zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt (14); ein Bestimmen (S16) einer Winkelgeschwindigkeit mit dem sich der Winkel der Beobachtungsrichtung (20) zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt (14) verändert, wobei zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit zu einem zweiten Zeitpunkt (t₂) der Winkel (γ') ermittelt wird; ein Bestimmen (S18) eines Objektabstands zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt (14) in Abhängigkeit von der ermittelten Tangentialgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit; und ein Bestimmen (S20) einer Position des Objektpunkts (14) mittels der Beobachtungsrichtung (20) und dem Objektabstand.

The invention relates to a method for determining the position of an object point (14) external to the vehicle by a moving motor vehicle (10). The method comprises the steps of determining (S10) a speed vector (24) of the motor vehicle (10); a determination (S12) of an observation direction (20) to the vehicle-external object point (14) by an optical detection device (16), wherein at a first time (t ₁ ) an angle (γ) between the speed vector (24) and the observation direction (20 ) is determined; determining (S14) a tangential speed of the motor vehicle (10) to the object point (14) external to the vehicle; determining (S16) an angular velocity with which the angle of the observation direction (20) to the object point (14) external to the vehicle changes, the angle (γ') being determined at a second time (t ₂ ) to determine the angular velocity; determining (S18) an object distance to the object point (14) external to the vehicle as a function of the determined tangential speed and the angular speed; and determining (S20) a position of the object point (14) using the observation direction (20) and the object distance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts durch ein sich bewegendes Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem Positionsbestimmungssystem, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.The invention relates to a method for determining the position of an object point external to the vehicle by a moving motor vehicle and a motor vehicle with a position determination system that is designed to carry out the method.

Aus der DE 10 2016 203 472 A1 ist ein Verfahren zur Detektion eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs bekannt. Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer ersten Position und einer ersten Radialgeschwindigkeit eines ersten Objektpunkts an einem ersten Zeitpunkt. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln einer zweiten Position eines zweiten Objektpunkts an einem zweiten Zeitpunkt. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln einer prädizierten Position des ersten Objektpunkts an dem zweiten Zeitpunkt, auf Basis der ersten Position und auf Basis der ersten Radialgeschwindigkeit. Das Verfahren umfasst weiter das Detektieren eines Objekts in einem Umfeld des Fahrzeugs, auf Basis der prädizierten Position des ersten Objektpunkts und auf Basis der zweiten Position des zweiten Objektpunkts.From the DE 10 2016 203 472 A1 a method for detecting an object in the surroundings of a vehicle is known. The method includes determining a first position and a first radial velocity of a first object point at a first point in time. The method also includes determining a second position of a second object point at a second point in time. Furthermore, the method includes determining a predicted position of the first object point at the second point in time, based on the first position and based on the first radial velocity. The method further includes detecting an object in an environment of the vehicle based on the predicted position of the first object point and based on the second position of the second object point.

Aus der DE 10 2015 119 650 A1 sind ein Verfahren zum Validieren von zumindest einer Zieldetektion eines Zielobjekts, eine Recheneinrichtung, ein Fahrerassistenzsystem sowie ein Kraftfahrzeug bekannt.From the DE 10 2015 119 650 A1 a method for validating at least one target detection of a target object, a computing device, a driver assistance system and a motor vehicle are known.

Aus der DE 10 2016 221 983 A1 sind ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein System zum Informieren zumindest eines Insassen eines Fahrzeugs über ein Objekt oder einen Bereich außerhalb des Fahrzeugs unter Verwendung eines Speichers bekannt. Hierbei sind in dem Speicher Informationen bezüglich einer Mehrzahl von Objekten oder Bereichen außerhalb des Fahrzeugs gespeichert. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines Objekts oder eines Bereichs außerhalb des Fahrzeugs, auf welches oder welchen eine Aufmerksamkeit des zumindest einen Insassen des Fahrzeugs für eine vorbestimmte Zeitspanne gerichtet ist. Zudem umfasst das Verfahren ein Überprüfen, ob eine Information bezüglich des ermittelten Objekts oder des ermittelten Bereichs in dem Speicher gespeichert ist, um ein Überprüfungsergebnis zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner, im Falle eines positiven Überprüfungsergebnisses, ein Ausgeben der gespeicherten Information.From the DE 10 2016 221 983 A1 A method, a computer program and a system for informing at least one occupant of a vehicle about an object or an area outside the vehicle using a memory are known. Here, information relating to a plurality of objects or areas outside the vehicle is stored in the memory. The method includes determining an object or an area outside the vehicle to which the attention of the at least one occupant of the vehicle is directed for a predetermined period of time. In addition, the method includes checking whether information regarding the determined object or the determined area is stored in the memory in order to obtain a checking result. The method further includes, in the event of a positive verification result, outputting the stored information.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts bereitzustellen, insbesondere ohne die Verwendung einer Entfernungsmessung.The object of the invention is to provide a position determination of an object point external to the vehicle, in particular without the use of a distance measurement.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.This task is solved by the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed in the dependent claims, the following description and the figures.

Die Erfindung basiert auf der Idee, eine Methode zur Berechnung der Koordinaten eines Objektpunkts in einem sich bewegenden System bereitzustellen. Die Position des Objektpunkts ist dem sich bewegenden System nicht bekannt und wird anhand kinematischer/geometrischer Beziehungen ermittelt. Dabei befindet sich der gesuchte Objektpunkt an einer absoluten Positionskoordinate, zu dieser sich das System bewegt. Das bewegte System benötigt Mechanismen zur Bestimmung der Geschwindigkeit, und Position sowie Winkel und Winkeländerungen. Für das Erfassen des Objektpunkts wird weiter eine rotationsfähige Einrichtung benötigt, dessen Winkel und Winkeländerung ebenfalls gegeben ist. Die Einrichtung rotiert, sodass sie über einen bestimmten Zeitraum permanent den Winkel in Richtung des Objektpunkts anpasst. Die Berechnung des Objektpunkts in den Koordinaten des sich bewegenden Systems basiert auf der Tangentialgeschwindigkeit des sich bewegenden Systems und dem Winkel der rotierenden Einheit zu dem absoluten Objektpunkt. Der Winkel der rotierenden Einrichtung definiert dabei den Betrag beziehungsweise die Projektion der Realgeschwindigkeit auf die Tangentialgeschwindigkeit. Durch die Winkeländerung (Drehrate) der rotierenden Einrichtung und der Geschwindigkeit des sich bewegenden Systems lässt sich mittels der Gleichung für Tangentialgeschwindigkeiten der Abstand (Radius) zu dem Objektpunkt berechnen. Mit dem dazugehörigen Winkel des rotierenden Systems und des sich bewegenden Systems kann in letzterem die Position des Objektpunkts bestimmt werden.The invention is based on the idea of providing a method for calculating the coordinates of an object point in a moving system. The position of the object point is unknown to the moving system and is determined using kinematic/geometric relationships. The object point you are looking for is located at an absolute position coordinate to which the system moves. The moving system requires mechanisms to determine speed and position as well as angle and angle changes. To detect the object point, a rotatable device is also required, the angle and angle change of which is also given. The device rotates so that it constantly adjusts the angle in the direction of the object point over a certain period of time. The calculation of the object point in the coordinates of the moving system is based on the tangential velocity of the moving system and the angle of the rotating unit to the absolute object point. The angle of the rotating device defines the amount or the projection of the real speed onto the tangential speed. By changing the angle (rate of rotation) of the rotating device and the speed of the moving system, the distance (radius) to the object point can be calculated using the equation for tangential speeds. With the associated angle of the rotating system and the moving system, the position of the object point can be determined in the latter.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts durch ein sich bewegendes Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren, das durch ein Positionsbestimmungssystem, insbesondere eine Rechenvorrichtung und/oder eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann, umfasst als Schritte ein Ermitteln eines Geschwindigkeitsvektors des Kraftfahrzeugs durch Geschwindigkeitssensordaten, ein Bestimmen einer Beobachtungsrichtung von einem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt durch eine optische Erfassungsvorrichtung, wobei zu einem ersten Zeitpunkt ein Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung ermittelt wird und ein Bestimmen einer Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt, wobei die Tangentialgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem ermittelten Winkel und dem Geschwindigkeitsvektor zum ersten Zeitpunkt ermittelt wird.The invention provides a method for determining the position of an object point external to the vehicle by a moving motor vehicle. The method, which can be carried out by a position determination system, in particular a computing device and/or a control device of the motor vehicle, comprises, as steps, determining a speed vector of the motor vehicle by means of speed sensor data, determining an observation direction from an observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle by means of an optical Detection device, wherein at a first time an angle between the speed vector and the observation direction is determined and determining a tangential speed of the motor vehicle to the object point external to the vehicle, the tangential speed depending on the determined angle and the velocity vector is determined at the first time.

Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Winkelgeschwindigkeit, mit dem sich der Winkel der Beobachtungsrichtung von dem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt verändert, wobei zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit zu einem zweiten Zeitpunkt der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung ermittelt wird und aus einer Winkelveränderung und einer Zeitdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt die Winkelgeschwindigkeit berechnet wird. Außerdem umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines Objektabstands des Beobachtungspunkts des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt, wobei der Objektabstand in Abhängigkeit von der ermittelten Tangentialgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird und ein Bestimmen einer Position des Objektpunkts relativ zu dem Kraftfahrzeug mittels der Beobachtungsrichtung und dem Objektabstand.Furthermore, the method includes determining an angular velocity with which the angle of the observation direction changes from the observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle, the angle between the velocity vector and the observation direction being determined at a second time in order to determine the angular velocity and from a Angular change and a time difference between the first and second points in time, the angular velocity is calculated. The method also includes determining an object distance of the observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle, the object distance being determined as a function of the determined tangential velocity and the angular velocity, and determining a position of the object point relative to the motor vehicle using the observation direction and the object distance.

Mit anderen Worten wird zur Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts zunächst durch Geschwindigkeitssensordaten des Kraftfahrzeugs ein Geschwindigkeitsvektor ermittelt, wobei der Geschwindigkeitsvektor vorzugsweise im Bezugssystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Das bedeutet, dass der Betrag der Geschwindigkeit gemessen wird und die Richtung bekannt ist beziehungsweise vorgegeben wird, insbesondere aus Positionssensordaten. Des Weiteren wird zu einem ersten Zeitpunkt ein Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und einer Beobachtungsrichtung ermittelt, wobei die Beobachtungsrichtung von einem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt verläuft und durch eine optische Erfassungsvorrichtung ermittelt wird. Die optische Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise eine Kamera und/oder eine Infrarotkamera und/oder ein Laser sein. Vorzugsweise kann die optische Erfassungsvorrichtung eine rotierende Erfassungsvorrichtung sein, die sich mit der Bewegung entlang des fahrzeugexternen Objektpunkts mitrotiert. Besonders bevorzugt kann die optische Erfassungsvorrichtung eine Blickrichtungserfassungsvorrichtung sein, wobei die Beobachtungsrichtung eine Blickrichtung eines Fahrzeuginsassen ist, der den fahrzeugexternen Objektpunkt fixiert und die optische Erfassungsvorrichtung diese Blickrichtung feststellen kann. Der Winkel zum ersten Zeitpunkt zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt kann beispielsweise durch eine Rechenvorrichtung ermittelt werden, die den Winkel zwischen diesen beiden Richtungen bestimmt.In other words, to determine the position of an object point external to the vehicle, a speed vector is first determined using speed sensor data from the motor vehicle, the speed vector preferably being provided in the reference system of the motor vehicle. This means that the magnitude of the speed is measured and the direction is known or specified, in particular from position sensor data. Furthermore, at a first point in time, an angle between the speed vector and an observation direction is determined, the observation direction running from an observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle and being determined by an optical detection device. The optical detection device can be, for example, a camera and/or an infrared camera and/or a laser. Preferably, the optical detection device can be a rotating detection device that rotates with the movement along the object point external to the vehicle. Particularly preferably, the optical detection device can be a viewing direction detection device, wherein the observation direction is a viewing direction of a vehicle occupant who fixes the object point external to the vehicle and the optical detection device can determine this viewing direction. The angle at the first time between the speed vector and the observation direction to the object point external to the vehicle can be determined, for example, by a computing device that determines the angle between these two directions.

Des Weiteren kann zum Beispiel durch die Rechenvorrichtung eine Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt ermittelt werden, wobei die Tangentialgeschwindigkeit der Geschwindigkeitsvektoranteil ist, der einen rechten Winkel mit der Beobachtungsrichtung aufweist.Furthermore, for example, a tangential speed of the motor vehicle to the object point external to the vehicle can be determined by the computing device, the tangential speed being the speed vector component that has a right angle with the observation direction.

Zusätzlich kann die optische Erfassungsvorrichtung zu einem zweiten Zeitpunkt, an dem sich das Kraftfahrzeug in Relation zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt weiterbewegt hat, eine vorzugsweise veränderte Beobachtungsrichtung ermitteln, um zu dem zweiten Zeitpunkt den Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor des Kraftfahrzeugs und der veränderten Beobachtungsrichtung zu bestimmen. Daraus kann eine Winkelgeschwindigkeit bestimmt werden, mit der sich der Winkel der Beobachtungsrichtung von dem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt verändert, indem die Winkelveränderung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt und die Zeitdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit herangezogen werden.In addition, the optical detection device can determine a preferably changed observation direction at a second time, at which the motor vehicle has moved further in relation to the object point external to the vehicle, in order to determine the angle between the speed vector of the motor vehicle and the changed observation direction at the second time. From this, an angular velocity can be determined with which the angle of the observation direction changes from the observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle, by using the angular change between the first point in time and the second point in time and the time difference between the first and second point in time to calculate the angular velocity become.

Mit diesen Messungen kann anschließend ein Objektabstand vom Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt berechnet werden, indem die Grundgleichung der Tangentialgeschwindigkeit nach dem Radius aufgelöst wird, der dem Objektabstand entspricht. Somit erhält man durch die Beobachtungsrichtung zum ersten und/oder zweiten Zeitpunkt im Falle von Kugelkoordinaten den Polarwinkel und den Azimutwinkel und durch den Objektabstand den Radius, wobei somit die Position des Objektpunkts beziehungsweise eines dazugehörigen Objekts in Relation zu dem Kraftfahrzeug beschrieben werden kann.With these measurements, an object distance from the observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle can then be calculated by solving the basic equation of the tangential velocity for the radius that corresponds to the object distance. Thus, in the case of spherical coordinates, the polar angle and the azimuth angle are obtained from the observation direction at the first and/or second point in time, and the radius is obtained from the object distance, whereby the position of the object point or an associated object can thus be described in relation to the motor vehicle.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Position von Objekten relativ zum Kraftfahrzeug ohne die Verwendung von Entfernungsmessgeräten bestimmt werden können, was insbesondere bei der Blickrichtungserfassung von Fahrzeuginsassen vorteilhaft ist.The invention has the advantage that a position of objects relative to the motor vehicle can be determined without the use of distance measuring devices, which is particularly advantageous when detecting the viewing direction of vehicle occupants.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments that provide additional advantages.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass durch eine Positionsbestimmungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs eine Kraftfahrzeugposition bestimmt wird, wobei mittels der Kraftfahrzeugposition und der Position des Objektpunkts relativ zum Kraftfahrzeug eine absolute Position des Objektpunkts bestimmt wird. Mit anderen Worten können durch eine Positionsbestimmungsvorrichtung, die beispielsweise einen GPS-Sensor umfassen kann, die Koordinaten des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Daran kann dann die relative Position des Objektpunkts ausgerichtet werden, um die absolute Position, das heißt die reelle Position des Objektpunkts auf einer Karte, zu bestimmen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass der Objektpunkt mit der Position von realen Objekten in Bezug gesetzt werden kann.One embodiment provides that a motor vehicle position is determined by a position determination device of the motor vehicle, an absolute position of the object point being determined by means of the motor vehicle position and the position of the object point relative to the motor vehicle. In other words, the coordinates of the motor vehicle can be determined by a position determination device, which can include, for example, a GPS sensor. Then they can do that relative position of the object point can be aligned to determine the absolute position, i.e. the real position of the object point on a map. This embodiment has the advantage that the object point can be related to the position of real objects.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die absolute Position des Objektpunkts mit digitalen Kartendaten zur Ermittlung eines Punktes von Interesse abgeglichen wird. Die digitalen Kartendaten können vorzugsweise eine hochauflösende digitale Karte umfassen, in der Punkte von Interesse („point of interest“; POI) eingetragen sind. Die Punkte von Interesse können beispielsweise Sehenswürdigkeiten, eine Verkehrsinfrastruktur, wie beispielsweise Ampeln oder Verkehrsschilder, und/oder eine Gewerbeinfrastruktur, wie beispielsweise Geschäfte und/oder Restaurants, umfassen.It is preferably provided that the absolute position of the object point is compared with digital map data to determine a point of interest. The digital map data can preferably include a high-resolution digital map in which points of interest (POI) are entered. The points of interest may include, for example, landmarks, transportation infrastructure such as traffic lights or traffic signs, and/or commercial infrastructure such as shops and/or restaurants.

Besonders bevorzugt können für den ermittelten Punkt von Interesse automatisch Informationsdaten bereitgestellt werden, die einem Fahrer des Kraftfahrzeugs mittels Ausgabegeräten bereitgestellt werden. So können je nach ermitteltem Punkt von Interesse spezifische Daten für dieses Objekt ausgegeben werden, um einen Fahrer über den Punkt, den er fixiert hat, zu informieren. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass ohne aufwendige Eingaben Informationen zu der Umgebung bereitgestellt werden können.Particularly preferably, information data can be automatically provided for the determined point of interest, which is provided to a driver of the motor vehicle using output devices. Depending on the point of interest identified, specific data for that object can be output to inform a driver about the point they have fixed. This embodiment has the advantage that information about the environment can be provided without complex input.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die optische Erfassungsvorrichtung eine Blickrichtungserfassungsvorrichtung ist, die eine Beobachtungsrichtung eines Fahrzeuginsassen zum fahrzeugexternen Objektpunkt erfasst. Mit anderen Worten kann die optische Erfassungsvorrichtung eine Fahrerbeobachtungskamera sein, die eine Pupillenposition der Augen bestimmt und daraus die Beobachtungsrichtung ermittelt. Hierbei kann das Verfahren zur Positionsbestimmung gestartet werden, wenn für eine vorgegebene Zeitdauer eine Aufmerksamkeit auf einen Objektpunkt außerhalb des Fahrzeugs gerichtet ist. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Position eines Objektpunkts, der von einem Fahrzeuginsassen fixiert wird, bestimmt werden kann.A further embodiment provides that the optical detection device is a viewing direction detection device that detects an observation direction of a vehicle occupant towards the object point external to the vehicle. In other words, the optical detection device can be a driver observation camera that determines a pupil position of the eyes and uses this to determine the observation direction. The method for determining the position can be started when attention is focused on an object point outside the vehicle for a predetermined period of time. This embodiment has the advantage that a position of an object point that is fixed by a vehicle occupant can be determined.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Tangentialgeschwindigkeit aus dem Betrag des Geschwindigkeitsvektors multipliziert mit dem Sinus des Winkels berechnet wird. Der Betrag des Geschwindigkeitsvektors ist dabei die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, wobei der Sinus des Winkels definiert ist als die Tangentialgeschwindigkeit dividiert durch den Betrag des Geschwindigkeitsvektors. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens bereitgestellt wird.It is preferably provided that the tangential speed is calculated from the magnitude of the speed vector multiplied by the sine of the angle. The magnitude of the speed vector is the current speed of the motor vehicle, where the sine of the angle is defined as the tangential speed divided by the magnitude of the speed vector. This results in the advantage that a preferred embodiment of the method is provided.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass zum Bestimmen des Objektabstands die Tangentialgeschwindigkeit durch die Winkelgeschwindigkeit dividiert wird. Aus der Grundgleichung für die Tangentialgeschwindigkeit ergibt sich im konstanten Fall, dass die Tangentialgeschwindigkeit gleich der Winkelgeschwindigkeit multipliziert mit dem Radius beziehungsweise Objektabstand berechnet wird. Diese Gleichung kann nach dem Radius/Objektabstand aufgelöst werden, indem die zuvor bestimmte Tangentialgeschwindigkeit durch die zuvor bestimmte Winkelgeschwindigkeit dividiert wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform des Verfahrens bereitgestellt werden kann.In a further advantageous embodiment it is provided that the tangential speed is divided by the angular speed to determine the object distance. In the constant case, the basic equation for the tangential velocity results in that the tangential velocity is calculated to be equal to the angular velocity multiplied by the radius or object distance. This equation can be solved for radius/object distance by dividing the previously determined tangential velocity by the previously determined angular velocity. This results in the advantage that a further preferred embodiment of the method can be provided.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass durch eine Fahrzeugsensorvorrichtung zusätzlich eine Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zur Positionsbestimmung des fahrzeugexternen Objektpunkts mit der ermittelten Winkelgeschwindigkeit addiert wird. Mit anderen Worten kann eine Bewegung des Kraftfahrzeugs nicht nur als konstant geradlinig angenommen werden, sondern das Kraftfahrzeug kann auch eine Kurve um den fahrzeugexternen Objektpunkt fahren, was als Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gemessen werden kann. Hierbei kann die Fahrzeugsensorvorrichtung beispielsweise Odometriesensordaten ermitteln und/oder Positionssensoren des Kraftfahrzeugs können die Rotation des Kraftfahrzeugs bestimmen. Diese Rotationsgeschwindigkeit kann vorzugsweise auf die Winkelgeschwindigkeit aufaddiert beziehungsweise subtrahiert werden, um diese Fahrzeugbewegung bei der Positionsbestimmung mit zu berücksichtigen.A further embodiment provides that a rotation speed of the motor vehicle is additionally determined by a vehicle sensor device, the rotation speed of the motor vehicle being added to the determined angular speed to determine the position of the object point external to the vehicle. In other words, a movement of the motor vehicle can not only be assumed to be constant in a straight line, but the motor vehicle can also drive a curve around the object point external to the vehicle, which can be measured as the rotational speed of the motor vehicle. Here, the vehicle sensor device can, for example, determine odometry sensor data and/or position sensors of the motor vehicle can determine the rotation of the motor vehicle. This rotational speed can preferably be added or subtracted from the angular speed in order to take this vehicle movement into account when determining the position.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Objektabstand und die Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung durch einen Fusionsalgorithmus, insbesondere einen extended Kalman Filter, einen steady state Kalman Filter und/oder einen gleitenden Mittelwert-Filter, geschätzt werden, wobei diese Schätzwerte mittels Messwerten der Winkel unterstützt werden. Mit anderen Worten können in einem realen System Unsicherheitsfaktoren bei der Messung hinzukommen, weshalb eine exakte Position des Objektpunkts ungenau berechnet wird. Vielmehr ist die Position ein Schätzwert mit einer Unsicherheitsellipse, wobei die geometrisch mathematischen Vorgaben eine sinnvolle Berechnung limitieren können. Auch Messungenauigkeiten können für Fehler in den Berechnungen sorgen. Um die Positionsbestimmung zu verbessern, ist daher vorzugsweise vorgesehen, dass ein Zustandsschätzer beziehungsweise Fusionsalgorithmus verwendet wird. Dabei werden der Objektabstand und der Winkel der rotierenden Einheit geschätzt und mit Messungen unterstützt. Damit wird durch permanente Prädiktion und Estimation ein Schätzwert für die Position des Objektpunkts und dessen Unsicherheit berechnet. Als Fusionsalgorithmus eignet sich hierbei beispielsweise ein extended Kalman Filter, ein steady state Kalman Filter und/oder ein gleitender Mittelwert-Filter, die den Objektabstand und den Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung schätzen und mittels Messwerten der Winkel diese Schätzung unterstützen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht werden kann.A further embodiment provides that the object distance and the angles between the velocity vector and the observation direction are estimated by a fusion algorithm, in particular an extended Kalman filter, a steady state Kalman filter and/or a moving average filter, these estimated values using measured values the angle is supported. In other words, in a real system, uncertainty factors can arise during the measurement, which is why an exact position of the object point is calculated inaccurately. Rather, the position is an estimated value with an uncertainty ellipse, whereby the geometric mathematical specifications can limit a meaningful calculation. Inaccuracies in measurements can also cause errors in the calculations. In order to improve the position determination, it is therefore preferably provided that a state estimator or fusion algorithm is used. The object distance and the angle of the rotating unit are estimated and supported with measurements. This calculates an estimated value for the position of the object point and its uncertainty through permanent prediction and estimation. A suitable fusion algorithm is, for example, an extended Kalman filter, a steady state Kalman filter and/or a moving average filter, which estimate the object distance and the angle between the velocity vector and the observation direction and support this estimate using measured values of the angles. This embodiment has the advantage that the accuracy of the position determination can be increased.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Positionsbestimmungssystem, wobei das Positionsbestimmungssystem dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen durchzuführen. Dabei kann das Positionsbestimmungssystem zumindest eine optische Erfassungsvorrichtung und eine Rechenvorrichtung aufweisen, wobei das Positionsbestimmungssystem dazu ausgebildet ist, einen Geschwindigkeitsvektor des Kraftfahrzeugs durch Geschwindigkeitssensordaten zu ermitteln, eine Beobachtungsrichtung von einem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt durch eine optische Erfassungsvorrichtung zu bestimmen, zu einem ersten Zeitpunkt einen Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung zu ermitteln und eine Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt zu bestimmen, wobei die Tangentialgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem ermittelten Winkel und dem Geschwindigkeitsvektor zum ersten Zeitpunkt berechnet wird. Des Weiteren kann das Positionsbestimmungssystem dazu ausgebildet sein, eine Winkelgeschwindigkeit, mit der sich der Winkel der Beobachtungsrichtung von dem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt verändert, zu bestimmen, wobei dazu zu einem zweiten Zeitpunkt der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Beobachtungsrichtung bestimmt wird und aus einer Winkelveränderung und einer Zeitdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt die Winkelgeschwindigkeit berechnet wird, einen Objektabstand des Beobachtungspunkts des Kraftfahrzeugs zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt zu bestimmen, wobei der Objektabstand in Abhängigkeit von der ermittelten Tangentialgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird und eine Position des Objektpunkts relativ zu dem Kraftfahrzeug mittels der Beobachtungsrichtung und den Objektabstand bestimmt wird. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Verfahren.A further aspect of the invention relates to a motor vehicle with a position determination system, wherein the position determination system is designed to carry out a method according to one of the preceding embodiments. The position determination system can have at least one optical detection device and a computing device, wherein the position determination system is designed to determine a speed vector of the motor vehicle using speed sensor data, to determine an observation direction from an observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle through an optical detection device, to a first To determine an angle between the speed vector and the observation direction and to determine a tangential speed of the motor vehicle to the object point external to the vehicle, the tangential speed being calculated as a function of the determined angle and the speed vector at the first time. Furthermore, the position determination system can be designed to determine an angular velocity at which the angle of the observation direction changes from the observation point of the motor vehicle to the object point external to the vehicle, for which purpose the angle between the velocity vector and the observation direction is determined at a second time and the angular velocity is calculated from an angular change and a time difference between the first and second points in time, an object distance of the observation point of the motor vehicle to the vehicle-external object point is determined, the object distance being determined as a function of the determined tangential velocity and the angular velocity and a position of the object point relative to the motor vehicle is determined by means of the observation direction and the object distance. This results in the same advantages and possible variations as with the process.

Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.For use cases or application situations that may arise with the method and that are not explicitly described here, it can be provided that an error message and/or a request to enter user feedback and/or a standard setting and/or a predetermined one can be issued according to the method Initial state is set.

Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessorschaltung der Prozessoreinrichtung kann z.B. zumindest eine Schaltungsplatine und/oder zumindest ein SoC (System on Chip) aufweisen.The invention also includes the control device for the motor vehicle. The control device can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code that is designed to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. The processor circuit of the processor device can, for example, have at least one circuit board and/or at least one SoC (System on Chip).

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the motor vehicle according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the motor vehicle according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Programmcode, der bei der Ausführung durch eine Prozessorschaltung eines Computers oder eines Computerverbunds diese veranlasst, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Das Speichermedium kann z.B. zumindest teilweise als ein nichtflüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) bereitgestellt sein. Das Speichermedium kann in der Prozessorschaltung in deren Datenspeicher angeordnet sein. Das Speichermedium kann aber auch beispielsweise als sogenannter Appstore-Server im Internet betrieben sein. Durch den Computer oder Computerverbund kann eine Prozessorschaltung mit zumindest einem Mikroprozessor bereitgestellt sein. Der Programmcode können als Binärcode oder Assembler und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) und/oder als Programmskript (z.B. Python) bereitgestellt sein.As a further solution, the invention also includes a computer-readable storage medium comprising program code which, when executed by a processor circuit of a computer or a computer network, causes it to carry out an embodiment of the method according to the invention. The storage medium can, for example, be provided at least partially as a non-volatile data storage (e.g. as a flash memory and/or as an SSD - solid state drive) and/or at least partially as a volatile data storage (e.g. as a RAM - random access memory). The storage medium can be arranged in the processor circuit in its data memory. The storage medium can also be operated on the Internet as a so-called app store server, for example. The computer or computer network can provide a processor circuit with at least one Microprocessor may be provided. The program code can be provided as binary code or assembler and/or as source code of a programming language (e.g. C) and/or as a program script (e.g. Python).

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 eine schematisch dargestellte Bewegung eines Kraftfahrzeugs entlang eines Objektpunktes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
3 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Examples of embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a motor vehicle according to an exemplary embodiment;
2 a schematically illustrated movement of a motor vehicle along an object point according to an exemplary embodiment;
3 a schematic process diagram according to an exemplary embodiment.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and which also further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate functionally identical elements.

In 1 ist ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 kann ein Personenkraftwagen sein, der ein Positionsbestimmungssystem 12 zur Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts 14 aufweist. Der fahrzeugexterne Objektpunkt 14 kann hierbei beispielsweise ein Objekt von Interesse in einer Fahrzeugumgebung sein, beispielsweise eine Sehenswürdigkeit, über die zusätzliche Informationsdaten automatisiert bereitgestellt werden sollen.In 1 a schematically illustrated motor vehicle 10 is shown according to an exemplary embodiment. The motor vehicle 10 can be a passenger car that has a position determination system 12 for determining the position of an object point 14 external to the vehicle. The vehicle-external object point 14 can be, for example, an object of interest in a vehicle environment, for example a point of interest, about which additional information data is to be provided automatically.

Dazu kann das Positionsbestimmungssystem 12 zumindest eine optische Erfassungsvorrichtung 16 und eine Rechenvorrichtung 18 umfassen. Die optische Erfassungsvorrichtung 16 kann eine Fahrzeugkamera sein, die eine Blickrichtung eines Fahrzeuginsassen, vorzugsweise des Fahrers des Kraftfahrzeugs 10, erfasst und diese der Rechenvorrichtung 18 als Beobachtungsrichtung 20 bereitstellt. Die Rechenvorrichtung 18 kann ein Computer oder Steuergerät des Kraftfahrzeugs 10 sein, die Sensordaten von Fahrzeugsensoren 22 und der optischen Erfassungsvorrichtung 16 auswerten kann, um die Positionsbestimmung des fahrzeugexternen Objektpunkts 14 durchzuführen.For this purpose, the position determination system 12 can include at least one optical detection device 16 and a computing device 18. The optical detection device 16 can be a vehicle camera that detects a viewing direction of a vehicle occupant, preferably the driver of the motor vehicle 10, and provides this to the computing device 18 as an observation direction 20. The computing device 18 can be a computer or control device of the motor vehicle 10, which can evaluate sensor data from vehicle sensors 22 and the optical detection device 16 in order to determine the position of the object point 14 external to the vehicle.

Das Verfahren zur Positionsbestimmung wird nachfolgend mit Hilfe der 2 erläutert, wobei die 2 eine schematische Bewegung des Kraftfahrzeugs 10 in einer Ebene seitlich zum Objektpunkt 14 darstellt. Dabei kann zunächst die Fahrzeugsensorvorrichtung 22 des Kraftfahrzeugs 10 Geschwindigkeitssensordaten des Kraftfahrzeugs 10 ermitteln, aus denen ein Geschwindigkeitsvektor 24 bestimmt werden kann. Der Geschwindigkeitsvektor 24 kann dabei in einem Bezugssystem des Kraftfahrzeugs 10 vorliegen oder in absoluten Koordinaten, die über eine Positionsbestimmungsvorrichtung 26 des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt werden können. Die Positionsbestimmungsvorrichtung 26 kann hierbei ein GPS-Sensor sein, der die Koordinaten des Kraftfahrzeugs 10 und somit die Richtung des Geschwindigkeitsvektors 24 bereitstellen kann.The procedure for determining the position is described below using the 2 explained, whereby the 2 represents a schematic movement of the motor vehicle 10 in a plane laterally to the object point 14. The vehicle sensor device 22 of the motor vehicle 10 can first determine speed sensor data of the motor vehicle 10, from which a speed vector 24 can be determined. The speed vector 24 can be present in a reference system of the motor vehicle 10 or in absolute coordinates that can be determined via a position determination device 26 of the motor vehicle 10. The position determination device 26 can be a GPS sensor that can provide the coordinates of the motor vehicle 10 and thus the direction of the speed vector 24.

Die optische Erfassungsvorrichtung 16 kann über eine Pupillenverfolgung (Eye Tracking) zu einem ersten Zeitpunkt t₁ die Beobachtungsrichtung 20 zum Objektpunkt 14 erfassen, wobei aus der Beobachtungsrichtung 20 ein Winkel γ zwischen dem Geschwindigkeitsvektor 24 und der Beobachtungsrichtung 20 bestimmt werden kann, vorzugsweise durch die Rechenvorrichtung 18. Mit Hilfe dieses Winkels γ und des Geschwindigkeitsvektors 24 kann anschließend die Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 berechnet werden, indem der Betrag des Geschwindigkeitsvektors mit dem Sinus des Winkels γ multipliziert wird.The optical detection device 16 can detect the observation direction 20 to the object point 14 via pupil tracking (eye tracking) at a first time t ₁ , whereby an angle γ between the velocity vector 24 and the observation direction 20 can be determined from the observation direction 20, preferably by the computing device 18. With the help of this angle γ and the speed vector 24, the tangential speed of the motor vehicle 10 can then be calculated by multiplying the magnitude of the speed vector by the sine of the angle γ.

Zu einem zweiten Zeitpunkt t₂, der vorzugsweise nach dem ersten Zeitpunkt liegt, kann erneut mittels der optischen Erfassungsvorrichtung 16 eine veränderte Beobachtungsrichtung 20 auf den fahrzeugexternen Objektpunkt 14 bestimmt werden, nachdem sich das Kraftfahrzeug seitlich entlang des Objektpunkts 14 bewegt hat und sich somit die Beobachtungsrichtung 20 ebenfalls geändert hat. Folglich ergibt sich zum zweiten Zeitpunkt t₂ ein neuer Winkel γ', wobei aus der Winkelveränderung zwischen γ und γ' und der Zeitdifferenz zwischen t₁ und t₂ die Winkelgeschwindigkeit ω berechnet werden kann, mit dem sich die Beobachtungsrichtung 20 verändert hat. Diese Messung kann auch zu weiteren Zeitpunkten t_x, durchgeführt werden, die in der 2 angedeutet sind, um die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit weiter zu verbessern.At a second time t ₂ , which is preferably after the first time, a changed observation direction 20 on the object point 14 external to the vehicle can be determined again by means of the optical detection device 16 after the motor vehicle has moved laterally along the object point 14 and thus the observation direction 20 has also changed. Consequently, a new angle γ' results at the second time t ₂ , whereby the angular velocity ω with which the observation direction 20 has changed can be calculated from the change in angle between γ and γ' and the time difference between t ₁ and t ₂ . This measurement can also be carried out at other times t _x , which are in the 2 are indicated in order to further improve the determination of the angular velocity.

Mittels der Formel für die Tangentialgeschwindigkeit beziehungsweise Bahngeschwindigkeit auf einer Kreisbahn (Tangentialgeschwindigkeit = ω *r) kann dann die Rechenvorrichtung 18 aus der Tangentialgeschwindigkeit dividiert durch die Winkelgeschwindigkeit ω den Radius r zum Objektpunkt 14 berechnen, wobei der Radius r dem Objektabstand des Kraftfahrzeugs 10 zum Objektpunkt entspricht. Somit kann anhand der Beobachtungsrichtung 20, aus der die x/y-Richtung beziehungsweise die Winkelrichtung γ bekannt ist, und dem berechneten Objektabstand die Position des Objektpunkts 14 relativ zu dem Kraftfahrzeug 10 ermittelt werden.Using the formula for the tangential speed or path speed on a circular path (tangential speed = ω *r), the computing device 18 can then calculate the radius r to the object point 14 from the tangential speed divided by the angular speed ω, where the radius r is the object distance of the motor vehicle 10 to the object point corresponds. The position of the object point 14 relative to the motor vehicle 10 can thus be determined based on the observation direction 20, from which the x/y direction or the angular direction γ is known, and the calculated object distance.

Zusätzlich dazu kann die relative Position des Objektpunkts 14 mittels der Kraftfahrzeugposition, die über die Positionsbestimmungsvorrichtung 26 ermittelt werden kann, zu einer absoluten Position des Objektpunkts 14 umgerechnet werden. Diese absolute Position kann vorzugsweise mit digitalen hochauflösenden Kartendaten überlagert werden, um Punkte von Interesse (POI) zu ermitteln, die an der Position des Objektpunkts 14 liegen können. Wird ein solcher Punkt von Interesse gefunden, können vorzugsweise automatisch Informationsdaten zum ermittelten Punkt von Interesse, beispielsweise über eine Sehenswürdigkeit, bereitgestellt werden.In addition, the relative position of the object point 14 can be converted into an absolute position of the object point 14 using the motor vehicle position, which can be determined via the position determination device 26. This absolute position can preferably be overlaid with digital high-resolution map data to determine points of interest (POI) that may lie at the position of the object point 14. If such a point of interest is found, information data about the determined point of interest, for example about a sight, can preferably be provided automatically.

Des Weiteren kann durch die Fahrzeugsensorvorrichtung 22 überprüft werden, ob während der Positionsbestimmung eine Rotationsbewegung des Kraftfahrzeugs 10 festgestellt wird, das heißt, ob das Kraftfahrzeug 10 eine Kurve fährt. Wird eine solche Rotationsbewegung festgestellt, kann eine Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10, die aus den Fahrzeugsensordaten der Fahrzeugsensorvorrichtung 22 ermittelt werden kann, auf die Winkelgeschwindigkeit ω addiert werden, um diese Rotation des Kraftfahrzeugs 10 bei der Positionsbestimmung mit zu berücksichtigen. Insgesamt kann somit die Position des Objektpunkts p_Objekt mit der Formel ${\vec{p}}_{O b j e k t}^{l} = {\vec{p}}_{S y s t e m}^{l} + (\begin{matrix} r \cdot cos (γ_{r o t} + γ_{S y s t e m s}) \\ r \cdot sin (γ_{r o t} + γ_{S y s t e m s}) \end{matrix})$

Furthermore, the vehicle sensor device 22 can be used to check whether a rotational movement of the motor vehicle 10 is detected during the position determination, that is, whether the motor vehicle 10 is driving a curve. If such a rotational movement is detected, a rotational speed of the motor vehicle 10, which can be determined from the vehicle sensor data of the vehicle sensor device 22, can be added to the angular speed ω in order to take this rotation of the motor vehicle 10 into account when determining the position. Overall, the position of the object point p _object can be determined using the formula

{\vec{p}}_{O b j e k t}^{l} = {\vec{p}}_{S y s t e m}^{l} + (\begin{matrix} r \cdot cos (γ_{r O t} + γ_{S y s t e m s}) \\ r \cdot sin (γ_{r O t} + γ_{S y s t e m s}) \end{matrix})

Bestimmt werden, wobei p_System die Position des Kraftfahrzeugs ist, r der Objektabstand, der mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens bestimmt wurde, γ_rot der Winkel zwischen der Beobachtungsrichtung 20 und dem Geschwindigkeitsvektor 24 und γ_system der Winkel zwischen einem ursprünglichen Geschwindigkeitsvektor 24 des Kraftfahrzeugs 10 und einem neuen Geschwindigkeitsvektor, dessen Richtung sich nach der Rotation des Kraftfahrzeugs ergibt.Be determined, where p _system is the position of the motor vehicle, r is the object distance, which was determined using the previously described method, γ _rot is the angle between the observation direction 20 and the speed vector 24 and γ _system is the angle between an original speed vector 24 of the motor vehicle 10 and a new velocity vector, the direction of which results from the rotation of the motor vehicle.

Da unter realen Bedingungen keine hochgenauen Messungen vorliegen und Messfehler auftreten können, kann für eine verbesserte Positionsbestimmung des Objektpunkts 14 des Weiteren ein Fusionsalgorithmus beziehungsweise Zustandsschätzer verwendet werden. Beispielsweise können eine Diskretisierung aufgrund zeitdiskreter Berechnungsschritte, Messfehler und Messrauschen, Näherungsfehler aufgrund einer Linearisierung, numerische Grenzwerte und/oder Modellunsicherheiten zu Ungenauigkeiten in der Berechnung führen. Durch einen Zustandsschätzer/Fusionsalgorithmus, insbesondere einen extended Kalman Filter, einen steady state Kalman Filter oder einen gleitenden Mittelwert-Filter, können diese Ungenauigkeiten minimiert beziehungsweise vermieden werden. Since there are no highly accurate measurements under real conditions and measurement errors can occur, a fusion algorithm or state estimator can also be used for an improved position determination of the object point 14. For example, discretization due to discrete-time calculation steps, measurement errors and measurement noise, approximation errors due to linearization, numerical limit values and/or model uncertainties can lead to inaccuracies in the calculation. These inaccuracies can be minimized or avoided using a state estimator/fusion algorithm, in particular an extended Kalman filter, a steady state Kalman filter or a moving average filter.

Beispielsweise können beim extended Kalman Filter zur Verbesserung der Positionsbestimmung lediglich der Objektabstand und der Winkel γ/γ' einen Zustandswert bilden, wobei die Winkelgeschwindigkeit und der Geschwindigkeitsvektor 24 als Eingangswert dienen können. Als Messwert kann die Winkelmessung γ/γ' verwendet werden, woraus sich ein nicht lineares Zustandsmodell und ein lineares Messmodell ergibt. Die Zustandsübergangsmatrix ist demnach eine Jacobi-Matrix in Abhängigkeit der Zustände. Hierbei kann eine Prozessrausch-Übergangsmatrix mit linearen Rauschtermen angenommen werden, und die Messmatrix definiert sich aus der direkten Messung der Winkel. Somit kann die Position des Objektpunkts 14 mittels der oben genannten Formel als Ausgangsgröße mit den geschätzten Zustandsgrößen berechnet werden.For example, with the extended Kalman filter to improve position determination, only the object distance and the angle γ/γ' can form a state value, whereby the angular velocity and the velocity vector 24 can serve as an input value. The angle measurement γ/γ' can be used as the measured value, which results in a non-linear state model and a linear measurement model. The state transition matrix is therefore a Jacobi matrix depending on the states. Here, a process noise transition matrix with linear noise terms can be assumed, and the measurement matrix is defined from the direct measurement of the angles. The position of the object point 14 can thus be calculated using the above-mentioned formula as an initial variable with the estimated state variables.

Besonders bevorzugt kann als Fusionsalgorithmus beziehungsweise Zustandsschätzer ein gleitender Mittelwert-Filter verwendet werden. Bei dem gleitenden Mittelwert-Filter kann mit Hilfe einer Fensterfunktion, dessen Fensterlänge dynamisch gewählt werden kann, ein Mittelwert und eine Kovarianz über alle Werte innerhalb des Fensters berechnet werden. Die Werte, über welche der gleitende Mittelwert berechnet wird, können die resultierenden Objektpositionen im Koordinatensystem des bewegten Systems, das heißt des Kraftfahrzeug 10 sein. Das Fenster kann hierbei über einen vorgegebenen Zeitraum gewählt werden, vorzugsweise ausgehend vom aktuellsten Zeitpunkt. Mit jeder neuen Messung des Objektpunkts 14 kann geprüft werden, ob der älteste Wert damit aus dem Fenster fällt, wobei dieser gelöscht wird, falls das zutrifft. Somit kann über den vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise der letzten Sekunden, ein permanenter gleitender Mittelwert und die Kovarianz über mehrere Einzelobjekte beziehungsweise Objektpunktmessungen berechnet werden. Der Ansatz des gleitenden Mittelwert-Filters bietet somit die Möglichkeit einzelne Ausreißer der Messungen zu kompensieren und vielmehr eine Dichte von einzelnen Messwerten zu berechnen und dessen Kovarianz oder Streuung zu bestimmen. Des Weiteren lassen sich auch statistische Tests anwenden, um zum Beispiel einen stationären Zustand der Objektpositionen beziehungsweise des Objektpunkts 14 in dem Fenster zu bestimmen. Letzteres kann beispielsweise dazu dienen, eine Aussage darüber zu treffen, dass der Objektpunkt 14 über einen längeren Zeitraum fokussiert wurde, da sich dessen Position nur unwesentlich ändert.A moving average filter can particularly preferably be used as the fusion algorithm or state estimator. With the moving average filter, a mean and a covariance can be calculated over all values within the window using a window function whose window length can be selected dynamically. The values over which the moving average is calculated can be the resulting object positions in the coordinate system of the moving system, that is to say the motor vehicle 10. The window can be selected over a predetermined period of time, preferably starting from the most recent point in time. With each new measurement of the object point 14, it can be checked whether the oldest value falls out of the window, which is deleted if this is the case. This means that a permanent moving average and the covariance over several individual objects or object point measurements can be calculated over the specified period of time, for example the last few seconds. The moving average filter approach therefore offers the possibility of compensating for individual outliers in the measurements and rather of calculating a density of individual measured values and to determine its covariance or spread. Furthermore, statistical tests can also be used, for example to determine a stationary state of the object positions or the object point 14 in the window. The latter can, for example, serve to make a statement that the object point 14 was focused over a longer period of time, since its position only changes insignificantly.

In 3 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm zur Positionsbestimmung eines fahrzeugexternen Objektpunkts 14 durch ein sich bewegendes Kraftfahrzeug 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. In einem Schritt S10 kann ein Geschwindigkeitsvektor 24 des Kraftfahrzeugs 10 durch Geschwindigkeitssensordaten einer Fahrzeugsensorvorrichtung 22 ermittelt werden.In 3 is a schematic process diagram for determining the position of an object point 14 external to the vehicle by a moving motor vehicle 10 according to an exemplary embodiment. In a step S10, a speed vector 24 of the motor vehicle 10 can be determined using speed sensor data from a vehicle sensor device 22.

In einem Schritt S12 kann zu einem ersten Zeitpunkt t₁ eine Beobachtungsrichtung 20 von einem Beobachtungspunkt des Kraftfahrzeugs 10 zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt 14 durch eine optische Erfassungsvorrichtung 16, die vorzugsweise eine Blickrichtung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt, bestimmt werden. Des Weiteren kann zu dem ersten Zeitpunkt t₁ ein Winkel γ zwischen dem Geschwindigkeitsvektor 24 und der Beobachtungsrichtung 20 bestimmt werden.In a step S12, at a first time t ₁ an observation direction 20 from an observation point of the motor vehicle 10 to the vehicle-external object point 14 can be determined by an optical detection device 16, which preferably determines a viewing direction of a driver of the motor vehicle 10. Furthermore, an angle γ between the velocity vector 24 and the observation direction 20 can be determined at the first time t ₁ .

Anschließend kann in einem Schritt S14 eine Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt 14 ermittelt werden, wobei die Tangentialgeschwindigkeit mittels des Betrags des Geschwindigkeitsvektors 24 multipliziert mit dem Sinus des Winkels γ berechnet wird.Subsequently, in a step S14, a tangential speed of the motor vehicle 10 to the vehicle-external object point 14 can be determined, the tangential speed being calculated using the magnitude of the speed vector 24 multiplied by the sine of the angle γ.

Des Weiteren kann in einem Schritt S16 eine Winkelgeschwindigkeit ω, mit dem sich der Winkel γ der Beobachtungsrichtung 20 zu einem Winkel γ' verändert, berechnet werden, indem zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ der Winkel γ' zwischen dem Geschwindigkeitsvektor 24 und der Beobachtungsrichtung 20 ermittelt wird und die Winkelgeschwindigkeit ω aus der Differenz der Winkel γ und γ' und der Zeitdifferenz zwischen t₁ und t₂ berechnet wird.Furthermore, in a step S16, an angular velocity ω, with which the angle γ of the observation direction 20 changes to an angle γ', can be calculated by determining the angle γ' between the velocity vector 24 and the observation direction 20 at a second time t ₂ and the angular velocity ω is calculated from the difference between the angles γ and γ' and the time difference between t ₁ and t ₂ .

Somit kann in einem Schritt S18 ein Objektabstand des Beobachtungspunkts des Kraftfahrzeugs 10 zu dem fahrzeugexternen Objektpunkt 14 berechnet werden, indem die Tangentialgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch die ermittelte Winkelgeschwindigkeit ω dividiert wird.Thus, in a step S18, an object distance of the observation point of the motor vehicle 10 to the vehicle-external object point 14 can be calculated by dividing the tangential speed of the motor vehicle by the determined angular speed ω.

Schließlich kann in einem Schritt S20 die Position des Objektpunkts 14 relativ zu dem Kraftfahrzeug 10 aus der Beobachtungsrichtung 20 und dem Objektabstand bestimmt werden, wobei die relative Position des Objektpunkts 14 vorzugsweise mittels einer Kraftfahrzeugposition, die durch eine Positionsbestimmungsvorrichtung 26 bestimmt wird, zu einer absoluten Position überführt werden kann.Finally, in a step S20, the position of the object point 14 relative to the motor vehicle 10 can be determined from the observation direction 20 and the object distance, the relative position of the object point 14 preferably being determined by means of a motor vehicle position, which is determined by a position determining device 26, to an absolute position can be transferred.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Berechnung einer Position eines Objektpunkts 14 anhand kinematischer Kenngrößen eines bewegten Systems erreicht werden kann.Overall, the examples show how the invention can be used to calculate a position of an object point 14 based on kinematic parameters of a moving system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102016203472 A1 [0002]
DE 102015119650 A1 [0003]
DE 102016221983 A1 [0004]

Claims

Method for determining the position of an object point (14) external to the vehicle by a moving motor vehicle (10), with the steps: - determining (S10) a speed vector (24) of the motor vehicle (10) using speed sensor data; - Determining (S12) an observation direction (20) from an observation point of the motor vehicle (10) to the vehicle-external object point (14) by an optical detection device (16), wherein at a first time (t ₁ ) an angle (γ) between the speed vector (24) and the observation direction (20) is determined; - Determining (S14) a tangential speed of the motor vehicle (10) to the object point (14) external to the vehicle, the tangential speed being determined as a function of the determined angle (γ) and the speed vector (24) at the first time (t ₁ ); - Determining (S16) an angular velocity at which the angle of the observation direction (20) changes from the observation point of the motor vehicle (10) to the object point (14) external to the vehicle, the angle (14) being used to determine the angular velocity at a second time (t ₂ ). γ') is determined between the velocity vector (24) and the observation direction (20) and the angular velocity is calculated from an angular change and a time difference between the first and second points in time (t ₁ , t ₂ ); - Determining (S18) an object distance of the observation point of the motor vehicle (10) to the object point (14) external to the vehicle, the object distance being determined as a function of the determined tangential speed and the angular speed; - Determining (S20) a position of the object point (14) relative to the motor vehicle (10) using the observation direction (20) and the object distance.

Procedure according to Claim 1 , wherein a motor vehicle position is determined by a position determining device (26) of the motor vehicle (10), an absolute position of the object point (14) being determined by means of the motor vehicle position and the position of the object point (14) relative to the motor vehicle (10).

Procedure according to Claim 2 , wherein the absolute position of the object point (14) is compared with digital map data to determine a point of interest.

Procedure according to Claim 3 , automatically providing informational data about the identified point of interest.

Method according to one of the preceding claims, wherein the optical detection device (16) is a viewing direction detection device which detects an observation direction (20) of a vehicle occupant towards the object point (14) external to the vehicle.

Method according to one of the preceding claims, wherein the tangential speed is calculated from the magnitude of the speed vector multiplied by the sine of the angle.

Method according to one of the preceding claims, wherein the tangential velocity is divided by the angular velocity to determine the object distance.

Method according to one of the preceding claims, wherein a rotation speed of the motor vehicle is additionally determined by a vehicle sensor device (22), the rotation speed of the motor vehicle (10) being added to the determined angular speed to determine the position of the vehicle-external object point (14).

Method according to one of the preceding claims, wherein the object distance and the angles (γ, γ ') between the velocity vector (24) and the observation direction (20) are determined by a fusion algorithm, in particular an extended Kalman filter, a steady state Kalman filter and/or a moving average filter, these estimates being supported by measured values of the angles (γ, y').

Motor vehicle (10) with a position determination system (12), the position determination system (12) being designed to carry out a method according to one of the preceding claims.