DE19921437C2

DE19921437C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Straßengeometrie und der Position eines Fahrzeuges auf einer Straße

Info

Publication number: DE19921437C2
Application number: DE1999121437
Authority: DE
Inventors: Werner Bernhard
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-05-08
Filing date: 1999-05-08
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-05-09
Also published as: DE19921437A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Straßengeometrie oder der Position eines Fahrzeuges auf einer Straße, wobei DOLLAR A - Wegdaten des Fahrzeuges ermittelt werden, DOLLAR A - Straßengeometriedaten ermittelt werden, DOLLAR A - durch Vergleich der Straßengeometriedaten mit den Wegdaten die Position des Fahrzeuges auf der Straße bestimmt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Straßengeometriedaten aus der Summe der X/Y-Koordinaten der Wegdaten und dem lateralen Versatz der Straßenmarkierung an der Stelle Y bestimmt werden und die neuen X/Y-Koordinaten als neue Straßengeometriedaten gespeichert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Straßengeometrie und/oder der Position eines Fahrzeuges auf einer Straße gemäß den gattungsbildenden Merkma len des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Straßen geometrie ist beispielsweise aus der WO 87/03718 A1 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. 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 der DE 195 05 487 A1 wird eine gattungsgemäße Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen geografischen Fahrzeugposition of fenbart, die eine Empfangseinrichtung für Signale eines Satel litennavigationssystems aufweist, eine Recheneinrichtung zur Auswertung der Satellitensignale, einer Speichereinrichtung für eine digitalisierte Straßennetzkarte, einer Speichereinrichtung für Daten der geografischen Fahrzeugposition und mit einer Hilfssensorik zur Fortschreibung und/oder Verbesserung der Ge nauigkeit der aktuellen Fahrzeugposition auf der Basis von Meß werten, die unabhängig vom Satellitennavigationssystem erfaßt werden, wobei die Recheneinrichtung anhand vorgegebener Daten über charakteristische optische Merkmale, die in der digitalen Straßennetzkarte zusätzlich zu den geografischen Daten gespei chert oder aus diesen ableitbar sind, durch Vergleich mit den von dem optischen Sensor erfaßten Daten eine genaue Positions bestimmung vornimmt.

Ebenso ist bei dieser Art der Bestimmung der aktuellen geogra fischen Fahrzeugposition wie in der DE 195 05 487 A1 offenbart von Nachteil, daß eine vorgegebene digitalisierte Karte und da zu abgespeicherte Merkmale zur Auswertung herangezogen werden. Diese Daten weisen oft große Mängel auf und sind daher nicht geeignet, um eine genaue Bestimmung der Fahrzeugposition zu er halten, um die nötige Genauigkeit beispielsweise für einen Spurwechselassistenten zu erhalten. Insbesondere kann so bei kurvigem Streckenverlauf keine Zuordnung eines Fahrzeuges auf die Fahrspur erfolgen. Dies wird aber für die Funktion insbe sondere eines Spurwechselassistenten benötigt.

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 Stra ßengeometriedaten genau zu bestimmen und damit die Position des Fahrzeuges sehr genau zu bestimmen.

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.

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. Durch Abspeicherung die ser ermittelten Daten wird eine genaue Straßenkarte erstellt, mit welcher es möglich ist auch bei einem folgenden Fahrzeug eine genaue Zuordnung auf eine Fahrspur anzugeben.

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.

In Fig. I 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 Fahrzeuges 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. 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:
Rad-Drehzahl-Zähler RZ
D_R = Reifen-Durchmesser
mit den Bogenwegen:
S_li = r_li α = U_R RZ_li
S_re = r_re α = U_R RZ_re
U_R = π D_R = const.

Erfolgt dann für den Kurvenradius

r_li = Spur/(1 - RZ_re/Rz_li)

und zur Weiterberechnung ergibt sich dann der mittlere Radius in der Fahrzeug-Mitte wie folgt: R_M = r_li - Spur/2
Für den Weg folgt: W = U_R(RZ_li + RZ_re)/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:

x₁ = w₁sin(α1/2)

x₂ = x₁ + w₂sin(α₁ + α₂/2)

x_n+1 = x_n + w_n+1sin(α_n + α_n+1/2)

y₁ = w₁cos(α₁/2)

y₂ = y₁ + w₂cos(α₁ + α₂/2)

y_n+1 = y_n + w_n+1cos(α_n + α_n+1/2)

Der Ursprung kann aber auch als Festpunkt, beispielsweise der Startpunkt des Fahrzeuges 0 sein.

Die Aufzeichnung der Wegdaten und der Straßengeometrie kann für folgende Systeme Daten liefern:

- als Ergänzung eines elektronischen Fahrtenschreibers, bei spielsweise zur Rekonstruktion eines Unfallgeschehens;
- zur Dokumentation eines Crash-Versuches und Durchführung wei terer Crash-Versuche auf der gleichen Wegstrecke;
- zur Klassifizierung des Fahrers mit Erkennung einer Verhal tens-Änderung bei den Lenkbewegungen beispielsweise infolge eintretender Ermüdung;
- 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;
- 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;
- zur Unterstützung einer automatischen Querregelung zum Erken nen des Beginns und Abschluß eines Spurwechsels bei einem teilautonomen Fahrzeug.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Straßengeometriedaten und der Position eines Fahrzeuges (0) auf einer Straße (1), wobei

- Wegdaten des Fahrzeuges (0) ermittelt werden,
- Straßengeometriedaten ermittelt werden,
- durch Vergleich der Straßengeometriedaten mit den Wegdaten die Position des Fahrzeuges (0) auf der Straße (1) bestimmt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Straßengeometriedaten aus der Summe der X/Y- Koordinaten der Wegdaten und dem lateralen Versatz der Straßenmarkierung an der Stelle Y bestimmt wird und die neuen X/Y-Koordinaten als neue Straßengeometriedaten gespeichert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Straßengeometriedaten mit Hilfe am Fahrzeug (0) ange brachter optischer Sensoren erfaßt werden.

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 werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegdaten und die Straßengeometriedaten über eine vorge gebene Strecke gespeichert werden.

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.