DE19921437A1 - Determining position of motor vehicle on road by detecting road geometry data using optical sensors and determining route data - Google Patents

Determining position of motor vehicle on road by detecting road geometry data using optical sensors and determining route data

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Abstract

The method involves determining road (1) geometry data and determining route data of the vehicle (0). The position of the vehicle on the road is determined by comparing the road geometry data with the route data. The road geometry data are detected using optical sensors on the vehicle. The route data are determined from a path/speed signal and/or steering angle or wheel speed sensors, and/or gyro sensors and/or using GPS. The route data and the road geometry data for a given journey may be stored in memory. A vehicle lane detector on the vehicle may be used to determine the road geometry data from side markings on the lane (3) and detect lane changes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Fahrzeuges auf einer Straße gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a method and an apparatus for Determining the position of a vehicle on a road according to the generic features of claim 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Straßen­ geometrie ist beispielsweise aus der WO 87/03718 bekannt. Mit­ tels auf einem Fahrzeug angeordneter Video-Kamera wird in einem Winkel von 180° die Umgebung auf Video-Kassette aufgenommen. Hierbei werden auch Straßennamen und Hausnummern erfaßt. Die Daten werden hauptsächlich für spätere Navigationszwecke ermit­ telt und auf einer Video-Kassette als Datenträger gespeichert.A generic device for determining a street Geometry is known for example from WO 87/03718. With tels arranged on a vehicle is in a Angle of 180 ° recorded the environment on video cassette. Street names and house numbers are also recorded here. The Data is mainly collected for later navigation purposes telt and stored on a video cassette as a data carrier.

Bei dieser Art die Straßengeometrie zu erfassen ist von Nach­ teil, daß die Vorrichtung eigentlich nur zur Erstellung von Straßendaten und Beiinformationen vorgesehen ist. Als Aufnahme­ einrichtung wird eine Videokamera auf einem Fahrzeug angeord­ net. Eine sofortige Auswertung und Benutzung der Daten erfolgt nicht. Es erfolgt keine Positionsbestimmung des Fahrzeuges auf der Straße während der Fahrt des Fahrzeuges.In this way, the road geometry is to be recorded from after part that the device is actually only for creating Street data and additional information is provided. As a recording device, a video camera is arranged on a vehicle net. The data is immediately evaluated and used Not. There is no position determination of the vehicle the road while the vehicle is traveling.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung bereitzustellen, die es ermöglicht bei einem fahrenden Fahrzeug die Straßengeometriedaten und gleichzeitig die zurück­ gelegten Wegdaten des Fahrzeuges zu ermitteln, um so die Posi­ tion des Fahrzeuges zu bestimmen.The object of the invention is a method and a Vorrich to provide equipment that makes it possible for a moving Vehicle the road geometry data and at the same time the back determined route data of the vehicle to determine the Posi tion of the vehicle.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprü­ che 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprü­ che gekennzeichnet.According to the invention, the object is achieved by the features of the claims che 1 and 5 solved. Advantageous training and further education of the  Subject of the invention are by the features of the dependent claims marked.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß bei der Fahrt die Straßengeometriedaten, insbesondere die Fahrspur, und gleichzeitig die zurückgelegten Wegdaten des Fahrzeuges ermittelt werden können. Es kann die Zuordnung des Fahrzeuges auf eine Fahrspur erfolgen.A major advantage of these designs is that that when driving the road geometry data, especially the Lane, and at the same time the route data of the Vehicle can be determined. It can assign the Vehicle in a lane.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Gesamtdarstellung der Ermittlung der Straßengeome­ trie, sowie Fig. 2 eine Darstellung zur Ermittlung der Wegdaten.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with a description of the figures. It shows Fig. 1 trie an overall view of the determination of the Straßengeome, and Fig. 2 is an illustration for determining the road data.

In Fig. 1 ist eine Gesamtdarstellung der Ermittlung der Stra­ ßengeometrie dargestellt. In A erfolgt eine abschnittsweise Er­ mittlung und Speicherung der Wegdaten des Fahrzeuges in X/Y- Koordinaten. In B erfolgt nur die Detektion der Linien, die sich seitlich vom Fahrzeug 0 befinden und Erkennung des Spur­ wechsels, Versatz des Weges des Fahrzeuges zur Straßengeometrie in X/Y-Koordinaten. In C wird dann die Straßengeometrie aus den Wegdaten des Fahrzeuges und dem Versatz der Straße zum Fahrzeug - insbesondere bei einem Spurwechsel - in X/Y-Koordinaten errech­ net. Die Straße 1 liegt in einem X/Y-Koordinatensystem. Das Fahrzeug 0 hat sich auf der strichpunktiert eingezeichneten Wegstrecke 2 bewegt. Diese Wegstrecke 2 wird mittels den Wegda­ ten beschrieben. Die Fahrspur 3, auf welcher sich das Fahrzeug 0 momentan bewegt, wird durch die gestrichelt gezeichneten Mar­ kierungslinien 4 begrenzt. Die ausgezogenen Markierungslinien 5 bilden den Fahrbahnrand. Das Fahrzeug 0 bewegt sich momentan auf der mittleren Fahrspur 3. Sowohl rechts als auch links da­ von befindet sich noch jeweils eine Fahrspur 3. Es ist eine Po­ sitionserfassungseinrichtung an dem Fahrzeug 0 angeordnet, das die Wegdaten des Fahrzeuges 0 und gleichzeitig die Straßengeo­ metriedaten ermittelt. Es erfolgt eine Speicherung der Weg- und Straßengeometriedaten über einen vorbestimmten Bereich. Die Po­ sitionserfassungeinrichtung bestimmt mit diesen Daten die Posi­ tion des Fahrzeuges 0 auf der Straße 1. Zuerst wird der Wegver­ lauf des Fahrzeuges 0 mit Hilfe der Kurvenradien zusammen mit der Wegstrecke 2 aufgezeichnet. Es erfolgt eine Umrechnung in X/Y-Koordinaten. Desweiteren erfolgt die Bestimmung der Lage des eigenen Fahrzeuges 0 zum Fahrbahnrand 5. Mit der Fahr­ spurerkennungseinrichtung wird die Position des eigenen Fahr­ zeuges 0 zur entsprechenden eigenen Fahrspur 3 ermittelt. Au­ ßerdem wird die Lage des Fahrzeugs 0 zu den weiteren Fahrspuren und zum Fahrbahnrand 5 ermittelt und ein Spurwechsel von einer Fahrspur zur anderen erkannt. Die Fahrspurerkennungseinrichtung erkennt die Markierungen 4 neben dem Fahrzeug 0. Die ermittelte Position des eigenen Fahrzeuges 0 zur Fahrspur 3 wird in X- Richtung zur entsprechenden X/Y-Koordinate addiert und der X- Versatz der Straßengeometrie aus dem Spurwechsel. Diese Positi­ onsdaten werden abschnittsweise in einer 2D-Tabelle gespei­ chert. Es erfolgt eine Markierungserkennung, wobei zwischen durchgezogener und gestrichelter Linie und einer Abbiegespur unterschieden werden kann. Die Ermittlung der Wegdaten erfolgt aus einem Weg-/Geschwindigkeitssignal und/oder Lenkwinkel- und/oder Raddrehzahlsensoren und/oder Gyrosensor und/oder sa­ tellitenunterstützt mittels GPS. Die abschnittsweise gespei­ cherten Positionsdaten und die Wegdaten mit den Koordinaten X/Y sind einander zuzuordnen. Die Straßengeometrie ergibt sich so­ mit aus der Summe aus den X/Y-Koordinaten der Weggeometrie und dem lateralen Versatz der Straßenmarkierung an der Stelle Y. Auch diese Straßendaten werden abschnittsweise in einer 2D- Tabelle gespeichert.In Fig. 1 an overall representation of the determination of the road geometry is shown. In A, the route data of the vehicle is determined and stored in sections in X / Y coordinates. In B, only the lines that are to the side of vehicle 0 are detected and the lane change is recognized, the path of the vehicle to the road geometry is offset in X / Y coordinates. In C the road geometry is then calculated from the route data of the vehicle and the offset of the road to the vehicle - especially when changing lanes - in X / Y coordinates. Street 1 is in an X / Y coordinate system. The vehicle 0 has moved on the path 2 shown in broken lines. This route 2 is described by means of the Wegda th. The lane 3 , on which the vehicle 0 is currently moving, is delimited by the dashed drawing lines 4 . The solid marking lines 5 form the edge of the road. Vehicle 0 is currently moving in middle lane 3 . There is a lane 3 on both the right and left of there. A position detection device is arranged on the vehicle 0, which determines the route data of the vehicle 0 and at the same time the road geometry data. The path and road geometry data are stored over a predetermined area. With this data, the position detection device determines the position of vehicle 0 on road 1 . First the Wegver course of the vehicle 0 is recorded together with the route 2 using the curve radii. It is converted into X / Y coordinates. Furthermore, the position of one's own vehicle 0 relative to the edge of the road 5 is determined . With the lane detection device, the position of the own vehicle 0 to the corresponding own lane 3 is determined. In addition, the position of the vehicle 0 to the other lanes and to the edge of the lane 5 is determined and a lane change from one lane to the other is recognized. The lane recognition device recognizes the markings 4 next to the vehicle 0. The determined position of the own vehicle 0 to the lane 3 is added in the X direction to the corresponding X / Y coordinate and the X offset of the road geometry from the lane change. This position data is saved section by section in a 2D table. Marking is carried out, a distinction being made between a solid and dashed line and a turning lane. The route data is determined from a route / speed signal and / or steering angle and / or wheel speed sensors and / or gyro sensor and / or satellite-supported using GPS. The position data stored in sections and the path data with the coordinates X / Y are to be assigned to one another. The road geometry thus results from the sum of the X / Y coordinates of the road geometry and the lateral offset of the road marking at point Y. This road data is also saved in sections in a 2D table.

In Fig. 2 sind Darstellungen zur Ermittlung der Wegdaten des Fahrzeuges gezeigt. Die Aufzeichnung des Wegverlaufs kann über die Kurvenradien zusammen mit der Wegstrecke erfolgen. Aus die­ sen Daten ist abschnittsweise der Betrag in Längs- und Quer­ richtung zu ermitteln. Es erfolgt eine Umrechnung in X/Y- Koordinaten. Mit diesen Wegdaten wird ein 2D-Modell aufgebaut, das beispielsweise in einer 2-dimensionalen Tabelle gespeichert wird. Der Koordinatenursprung liegt in der Mitte des Heckbe­ reichs des eigenen Fahrzeuges. Die X-Koordinate liegt quer zur Fahrtrichtung, die Y-Koordinate liegt in Längsrichtung. Die We­ ge W werden aus den Raddrehzahlen und dem Abrollumfang der Rei­ fen errechnet. Die Kurvenradien sind aus dem Lenkwinkel oder den unterschiedlichen Wegstrecken des linken 7 und rechten Ra­ des 6 zu errechnen. Nach jedem Streckenabschnitt und nach jeder Änderung des Kurvenradius ist der Betrag in Längs- und Quer­ richtung neu zu ermitteln. Die geometrische Ermittlung erfolgt wie folgt:
In FIG. 2, diagrams are shown for determining the route data of the vehicle. The path can be recorded via the curve radii together with the path. The amount in the longitudinal and transverse directions is to be determined in sections from this data. It is converted into X / Y coordinates. This path data is used to build a 2D model that is saved, for example, in a 2-dimensional table. The origin of the coordinates lies in the middle of the rear area of your own vehicle. The X coordinate is transverse to the direction of travel, the Y coordinate is longitudinal. The distances W are calculated from the wheel speeds and the rolling circumference of the tires. The curve radii are to be calculated from the steering angle or the different distances of the left 7 and right Ra of the 6 . After each section of the route and after every change in the curve radius, the amount in the longitudinal and transverse directions must be determined again. The geometric determination is carried out as follows:

Rad-Drehzahl-Zähler RZ
DR = Reifen-Durchmesser
mit den Bogenwegen:
Sli = rli α = UR RZli
Sre = rre α = UR RZre
Wheel speed counter RZ
D R = tire diameter
with the arches:
S li = r li α = U R RZ li
S re = r re α = U R RZ re

UR = π DR = const.U R = π D R = const.

Erfolgt dann für den Kurvenradius
rli = Spur / (1-RZre/RZli)
und zur Weiterberechnung ergibt sich dann der mittlere Radius in der Fahrzeug-Mitte wie folgt: RM = rli - Spur/2
Für den Weg folgt: W = UR (RZli + RZre) /2
Der mittlere Heckbereich des Fahrzeuges 0 ist in dieser Ausfüh­ rungsform als Ursprung des Koordinatensystems gewählt. Die X/Y- Koordinaten müssen immer auf diesen neuen Ursprung umgerechnet werden:
This is done for the curve radius
r li = track / (1-RZ re / RZ li )
and for further calculation the average radius in the middle of the vehicle is as follows: R M = r li - lane / 2
For the way follows: W = U R (RZ li + RZ re ) / 2
The middle rear area of vehicle 0 is selected as the origin of the coordinate system in this embodiment. The X / Y coordinates must always be converted to this new origin:

x1 = w1 sin (α1/2)
x2 = x1 + w2 sin (α1 + α2/2)
xn+1 = xn + xn+1 + wn+1 (αn + αn+1/2)
y1 = w1 cos (α1/2)
y2 = y2 + w2 cos (α1 + α2/2)
Yn+1 = yn + wn+1 cos(αn + αn+1 / 2)x 1 = w 1 sin (α 1/2)
x 2 = x 1 + w 2 sin (α 1 + α 2/2)
x n + 1 = x n + x n + 1 + w n + 1 (α n + α n + 1/2)
y 1 = w 1 cos (α 1/2)
y 2 = y 2 + w 2 cos (α 1 + α 2/2)
Y n + 1 = y n + w n + 1 cos (α n + α n + 1/2)

Der Ursprung kann aber auch als Festpunkt, beispielsweise der Startpunkt des Fahrzeuges 0 sein. The origin can also be used as a fixed point, for example the The starting point of the vehicle must be 0.  

Die Aufzeichnung der Wegdaten und der Straßengeometrie kann für folgende Systeme Daten liefern:
The recording of route data and road geometry can provide data for the following systems:

  • - als Ergänzung eines elektronischen Fahrtenschreibers, bei­ spielsweise zur Rekonstruktion eines Unfallgeschehens;- as a supplement to an electronic tachograph, at for example to reconstruct an accident;
  • - zur Dokumentation eines Crash-Versuches und Durchführung wei­ terer Crash-Versuche auf der gleichen Wegstrecke;- for documentation of a crash test and implementation white tere crash tests on the same route;
  • - zur Klassifizierung des Fahrers mit Erkennung einer Verhal­ tens-Änderung bei den Lenkbewegungen beispielsweise infolge eintretender Ermüdung;- to classify the driver with detection of a behavior tens change in the steering movements, for example, as a result fatigue occurring;
  • - zur Erstellung einer Straßenkarte. Insbesondere können bei Strecken von Linienbussen oder Strecken zur Arbeitsstätte Karten erstellt werden. Diese Koordinatenwerte der Straße müssen an bestimmten kritischen Punkten gestützt und Integra­ tionsfehler korrigiert werden. Gerade im Nahbereich sind die über Raddrehzahlsensoren gewonnene Geometriedaten relativ ge­ nauer als GPS-Daten; die abgespeicherte Straßenkarte ist auch zur Spurzuordnung detektierter Objekte im Bereich vor dem Fahrzeug verwendbar, z. B. bei einer Abstandsregelung;- to create a road map. In particular, at Routes of regular buses or routes to the workplace Maps are created. These coordinate values of the street need to be based on certain critical points and integra tion errors are corrected. Especially in the close range Geometry data obtained via wheel speed sensors is relatively ge more accurate than GPS data; the saved road map is too to track objects detected in the area in front of the Vehicle usable, e.g. B. in a distance control;
  • - zur Totwinkel- und Rückraumüberwachung. Es wird mit der Auf­ zeichnung der Straßengeometrie die Spurzuordnung der detek­ tierten Objekte auf die entsprechende Fahrspur auch auf einer kurvigen Straße ermöglicht. Relevant ist die Unterscheidung zwischen der eigenen Fahrspur, der benachbarten Zielspur, in die gewechselt werden soll, dritter und weiterer Fahrspuren, die als nicht relevant einzustufen sind;- for blind spot and rear area monitoring. It is with the up drawing of the road geometry the lane assignment of the detek objects in the corresponding lane also on one allows curvy road. The distinction is relevant between your own lane, the neighboring destination lane, in to be changed, third and further lanes, which are not relevant;
  • - zur Unterstützung einer automatischen Querregelung zum Erken­ nen des Beginns und Abschluß eines Spurwechsels bei einem teilautonomen Fahrzeug.- to support automatic transverse control for detection NEN the beginning and completion of a lane change at one semi-autonomous vehicle.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung der Position eines Fahrzeuges (0) auf einer Straße (1), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - Straßengeometriedaten ermittelt werden,
  • - Wegdaten des Fahrzeuges (0) ermittelt werden,
  • - durch Vergleich der Straßengeometriedaten mit den Wegdaten die Position des Fahrzeuges (0) auf der Straße (1) bestimmt wird.
1. A method for determining the position of a vehicle ( 0 ) on a road ( 1 ), characterized in that
  • - road geometry data are determined,
  • - Route data of the vehicle ( 0 ) are determined,
  • - The position of the vehicle ( 0 ) on the road ( 1 ) is determined by comparing the road geometry data with the road data.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Straßengeometriedaten mit Hilfe am Fahrzeug (0) ange­ brachter optischer Sensoren erfaßt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the road geometry data are detected with the help of the vehicle ( 0 ) brought optical sensors. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegdaten aus einem Weg-/Geschwindigkeitssignal und/oder Lenkwinkel- und/oder Raddrehzahlsensoren und/oder Gyrosensoren und/oder satellitenunterstützt mittels GPS bestimmt wird.3. The method according to claims 1 and 2, characterized, that the path data from a path / speed signal and / or Steering angle and / or wheel speed sensors and / or gyro sensors and / or satellite-assisted is determined using GPS. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegdaten und die Straßengeometriedaten über eine vorge­ gebene Strecke gespeichert werden.4. The method according to claims 1 to 3, characterized, that the route data and the road geometry data over a pre given route can be saved. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü­ chen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Straßengeometriedaten eine Fahrspurer­ kennungseinrichtung am Fahrzeug (0) angeordnet ist, die die seitlichen Markierungen (4) der Fahrspur (3) sowie einen Spur­ wechsel erkennt und diese Daten zur Auswertung und Speicherung an eine Auswerteeinheit weiterleitet.5. Device for performing the method according to claims 1 to 4, characterized in that a lane identification device on the vehicle (0) is arranged to determine the road geometry data, the lateral markings ( 4 ) of the lane ( 3 ) and a lane change recognizes and forwards this data to an evaluation unit for evaluation and storage.
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