EP3308189A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten koordinatensystem - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten koordinatensystem

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EP3308189A1
EP3308189A1 EP16729549.2A EP16729549A EP3308189A1 EP 3308189 A1 EP3308189 A1 EP 3308189A1 EP 16729549 A EP16729549 A EP 16729549A EP 3308189 A1 EP3308189 A1 EP 3308189A1
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EP
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coordinate system
vehicle
traffic
determining
determined
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16729549.2A
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Ahmad EL ASSAAD
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Molex CVS Bochum GmbH
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Laird Bochum GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
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    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions
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    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/056—Detecting movement of traffic to be counted or controlled with provision for distinguishing direction of travel

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining a
  • Self-driving or so-called autonomous vehicles are the subject of intensive development activities.
  • An essential part of the development concerns the control of a traffic flow that includes autonomous vehicles. This control is particularly relevant in the area of traffic nodes, such as intersections.
  • control signals can be transmitted from a higher-level control device to each autonomous vehicle.
  • a device is proposed for determining a vehicle position in a traffic node fixed coordinate system.
  • the device may be an on-vehicle device. This may mean that all elements of the device are arranged in or on the vehicle.
  • the traffic node fixed coordinate system denotes a coordinate system assigned to the traffic node. Parts or sections of the traffic node, for example lanes of driveways and / or departures, do not change their spatial position in the traffic knot-fixed coordinate system.
  • the transportation hub may include one or more accesses and one or more departures.
  • Each driveway and exit may include at least one lane.
  • the traffic junction may be an intersection.
  • crossing here also includes a so-called T-junction or Y-junction.
  • An origin of the traffic node fixed coordinate system for example, correspond to a geometric center of the traffic node. However, this is not mandatory.
  • the hub fixed coordinate system can be two or three
  • the traffic-knot-fixed coordinate system for example, a hitch-fixed longitudinal direction (x-direction) and a hitch-fixed transverse direction (y-direction) include. These may be orthogonal to each other and span a plane orthogonal to a traffic-knot-fixed vertical direction (z-direction).
  • the traffic-knot-fixed vertical direction can be oriented parallel to a gravitational force, wherein the
  • the hub fixed coordinate system may also include the hitch fixed vertical direction. However, this is not mandatory.
  • the hitch-fixed coordinate system may be a two- or three-dimensional coordinate system.
  • the device comprises at least one receiving device for receiving a signal of a traffic node-side transmitting device. The position of the
  • Receiving device in a vehicle coordinate system may be previously known.
  • the received signal may in particular be a high-frequency signal.
  • the traffic node-side transmitting device denotes a device for transmitting signals, wherein this traffic-node-side transmitting device is arranged stationarily with respect to the traffic-knot-fixed coordinate system.
  • the position of the traffic node-side transmitting device in the traffic-knot-fixed coordinate system can be previously known. For example, the position of the
  • Traffic node-side transmitting device in the fixed traffic coordinate system be part of a traffic-specific information that is stored in a memory device of the vehicle or retrievable from an evaluation of the vehicle.
  • the traffic-node-specific information can also be stored in a vehicle-external storage device.
  • this position can also be part of the traffic-node-specific information.
  • a position of the vehicle in the reference coordinate system are determined, for example by means of a position detection device.
  • This position detection device may be, for example, a GNSS device.
  • Reference coordinate system to be a GNSS coordinate system.
  • the corresponding traffic node can then be selected and the traffic-node-specific information retrieved.
  • the traffic node to which the vehicle drives and / or which has a minimum distance from the vehicle can be selected as the traffic node.
  • the traffic node-side transmitting device prefferably be arranged at a predetermined height above a road surface of the traffic node, that is to say with a previously known vertical position.
  • the traffic node-side transmitting device can emit a signal.
  • This signal can be transmitted periodically, for example.
  • the signal may be an answering signal, the answering signal being sent out when on
  • the request signal can
  • the traffic node fixed transmitting device is a transmitting / receiving device that can receive the request signal. It is the same possible that the vehicle-side receiving device is a transmitting / receiving device that can send out the request signal.
  • the device comprises a device for determining a
  • the global reference coordinate system may also comprise two or three spatial directions, in particular a longitudinal direction that is fixed in relation to the reference coordinate system, a transverse direction fixed in reference coordinate system and, if appropriate, a reference direction fixed vertical direction.
  • the spatial relationship in particular the orientation of the spatial directions of the traffic-knot-fixed coordinate system in the global reference coordinate system, can also be part of the retrievable traffic-node-specific information.
  • one of the spatial directions, for example the transverse direction, of the global reference coordinate system is oriented towards the magnetic north pole.
  • the lateral direction may correspond to the direction "magnetic north.”
  • another spatial direction of the global reference coordinate system such as the reference coordinate system fixed longitudinal direction, may be oriented orthogonal to this spatial direction and orthogonal to a gravitational direction.
  • At least one spatial direction of the traffic node is fixed
  • the transverse direction of the traffic-dense coordinate system parallel to one of the spatial directions of the reference coordinate system.
  • the transverse direction of the traffic-dense coordinate system parallel to one of the spatial directions of the reference coordinate system.
  • the device comprises at least one evaluation device.
  • the evaluation device can be part of a vehicle-side control device, for example. Further, for example, the evaluation device can be provided by a microcontroller.
  • a position of the traffic node-side transmitting device in a vehicle coordinate system can be determined as a function of at least one signal property of a received signal.
  • the vehicle coordinate system denotes a coordinate system fixed with respect to the vehicle. This vehicle coordinate system can also have two or three spatial directions, in particular a vehicle longitudinal direction, a vehicle transverse direction and, if appropriate, a
  • Vehicle vertical direction include.
  • the vehicle longitudinal direction may, for example, be oriented parallel to a roll axis of the vehicle.
  • the vehicle transverse axis can be oriented parallel to a vehicle pitch axis.
  • the vehicle vertical axis can be oriented parallel to aigegierachse.
  • the at least one signal property may be, for example, a signal level or a signal intensity of the received signal.
  • Relationship between the signal property and a distance may be the spatial distance between the receiving device and the hub
  • Coordinate system can be determined.
  • the distance may be proportional to a ratio between transmission power and reception power.
  • the transmission power may be previously known.
  • Receiving device received signal to determine.
  • the at least one signal property is a runtime.
  • the detection of the distance between the vehicle and the traffic node-side transmitting device can thus take place as a function of the transit time of the signal between the transport node-side transmitting device and the vehicle-side receiving device.
  • the vehicle-side transmitting device is a request signal with information about the Encoding the sending time of the request signal.
  • a response signal is sent back to the vehicle with a minimum time delay.
  • the duration of the time delay can be coded by a signal property and thus determined on the vehicle side or be known on the vehicle side, for example stored in a memory device.
  • the transmission time of the response signal is then the sum of the transmission time of the request signal and the duration of the time delay and the duration of the request signal. If the response signal is received in the vehicle-side receiving device, a receiving time can be further determined on the vehicle side, wherein the duration of the
  • Response signal can be determined.
  • the duration of the request signal also corresponds to half of this difference.
  • the determination of the transit time of the response signal can be carried out without temporal synchronization between the transport node-side transmitting device and the vehicle-side receiving device. It is also advantageous here that the response signal can be generated and transmitted as an analog and high-frequency signal in the traffic node-side transmitting device. Thus, a minimal
  • Time delay in the generation and transmission of the response signal can be achieved.
  • Vehicle coordinate system determinable. Since the spatial relationship between the global reference coordinate system and the traffic node fixed coordinate system is previously known, can be determined by the in the global reference coordinate system
  • Direction information to determine the direction of travel of the vehicle in the traffic knot-fixed coordinate system for example in the form of a direction vector.
  • the vehicle position in the traffic knot-fixed coordinate system can be determined such that the direction information, for example a
  • traffic-dense coordinate system corresponds to the distance in the vehicle coordinate system.
  • the vehicle approaches the traffic node or in which direction in the fixed traffic coordinate system, the vehicle from the transport node. This allows the assignment of the vehicle to a part or section of the traffic node, for example to a traffic lane. Depending on this assignment and the distance then the vehicle position can be determined in the fixed traffic coordinate system. This means that individual steps of the method also for determining a retraction in the
  • Transformation rule in particular a transformation matrix, are determined, which can be converted by means of the transformation rule, the position of the traffic node-side transmitting device in the vehicle coordinate system in the vehicle position in the transport node fixed coordinate system.
  • Position vector feasible wherein the position vector, the position of the
  • the determination of the vehicle position in the traffic knot-fixed coordinate system by means of the proposed device can, for example, take place at a point in time at which the vehicle enters a spatial area which is also known as
  • Traffic node area can be designated, enters or enters with a predetermined size around the transport node. For example, the determination may be performed when the traffic node side transmitting device is a vehicle side received request signal having a received power that is greater than a predetermined threshold.
  • Direction of travel information designed as an inertial sensor or includes an inertial sensor.
  • the inertial sensor can in particular be designed such that the inertial sensor can generate an output signal which forms an angle between one
  • Reference coordinate system represents.
  • the output signal may represent an angle between the direction of travel vector and a direction oriented toward the north magnetic pole.
  • This direction may be a reference direction in the global reference coordinate system.
  • Such inertial sensors are regularly present in vehicles. This results in an advantageous way that existing
  • inertial sensors allow a reliable and accurate determination of the direction of travel.
  • the inertial sensor is a magnetometer
  • the magnetometer can be designed in particular as a magnetometer compass.
  • the magnetometer allows the detection of the earth's magnetic field, in particular the direction of the earth's magnetic field. This in turn allows the determination in an advantageous manner an angle between the vehicle longitudinal direction and the magnetic north direction (magnetic north).
  • a yaw angle can be determined as the direction of travel information.
  • the yaw angle denotes an angle between a
  • the yaw angle can be detected by the previously explained inertial sensor.
  • the yaw angle can in this case, in particular, the angle between the vehicle longitudinal direction and a direction that is towards the
  • Magnetic North Pole is oriented. This results in an advantageous manner that the yaw angle, which is usually determined in the context of the operation of other vehicle assistance systems, also for determining the vehicle position in
  • the device comprises a transmission device for transmitting the vehicle position in the traffic node fixed coordinate system.
  • the transmitting device may be part of the previously explained transmitting / receiving device.
  • Control means are transmitted, which can control a traffic flow through the traffic node based on this vehicle position.
  • the device comprises a device for
  • the guideway can be a guideway of the vehicle, which has covered this between two times.
  • the determination of the vehicle position in the traffic knot-fixed coordinate system depending on the direction information and the position of the transport node side transmitting device in the vehicle coordinate system can be performed only once or initially, in particular if the vehicle at an entry time first in the above-mentioned space around the area
  • a travel path which was covered by the vehicle between the further time and the time of entry can be determined.
  • the route information may include distance information and direction information.
  • the vehicle position determined at the time of entry can then be updated or updated. For example, it is possible to determine portions of the travel path in spatial directions of the vehicle coordinate system and to convert these into the transport node-fixed coordinate system. The converted shares can then be added to the vehicle position determined at the time of entry.
  • the updated vehicle position in the traffic-node-fixed coordinate system can likewise be transmitted to a higher-level system.
  • the device for determining the route includes the device for determining the direction information, a device for
  • a device for determining a vehicle speed can be designed, for example, as an acceleration sensor, in particular as a three-dimensional acceleration sensor.
  • a device for determining a vehicle rotation in particular in three-dimensional space, can be configured as a sensor for a yaw angle, a pitch angle and / or a roll angle or as a sensor for a yaw angular velocity, a pitch angular velocity and / or a roll angular velocity.
  • the arrangement comprises a
  • the arrangement comprises a Traffic node-side transmitting device.
  • the arrangement may further include a
  • Traffic control associated with control node This can control a traffic flow through the traffic node depending on the particular vehicle positions.
  • the traffic node-side transmitting device can be designed in accordance with one or more aspects (e) explained in this disclosure.
  • the method may be performed by means of a device according to one of the embodiments described in this disclosure.
  • the device is designed such that the
  • a signal of a traffic node-side transmitting device is received by a vehicle-side receiving device.
  • This signal may, in particular, be a response signal to a request signal transmitted on the vehicle side.
  • heading information is determined in a global reference coordinate system, with a spatial relationship between the global
  • Vehicle coordinate system determined.
  • the vehicle position in the traffic node fixed coordinate system is then determined depending on the direction information and the position of the traffic node side transmitting device in the vehicle coordinate system.
  • the method can be carried out in particular by means of an evaluation device on the vehicle side.
  • the method can be carried out, in particular, when the vehicle first arrives at a time of entry in a predetermined space around the vehicle
  • Traffic node is detected around.
  • the method advantageously makes it possible to determine the vehicle position in the traffic node fixed coordinate system precisely, quickly and computationally easily. Furthermore, already existing elements or sensors are used in an advantageous manner as a rule.
  • the process can be carried out once at the time of entry. As explained in more detail below, this so determined entry or initial vehicle position can be subsequently updated.
  • a yaw angle is determined as the direction of travel information, wherein the yaw angle denotes an angle between a vehicle longitudinal direction and a reference direction of the global reference coordinate system. This has been explained previously.
  • the track can hereby by a device for
  • the vehicle comprises a device for determining the vehicle position in the traffic knot-fixed coordinate system according to one of the embodiments described in this disclosure.
  • the vehicle position in the traffic knot-fixed coordinate system is determined by a method according to one of the embodiments described in this disclosure.
  • the traffic flow is controlled as a function of the vehicle position determined in this way.
  • the control can take place by determining and transmitting direction control signals and vehicle speed control signals to the vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a device according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic plan view of a traffic junction with several
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 according to the invention for determining a vehicle position in a coordinate system fixed to the traffic knot.
  • the device 1 is arranged in a vehicle V1, V2, V3, V4 (see FIG. 2).
  • the device 1 comprises a transmitting / receiving device 2.
  • signals of a transport node-side transmitting / receiving device 3 can be received.
  • the device 1 comprises an inertial sensor embodied as a magnetometer compass sensor 7, wherein a yaw angle ⁇ can be determined by means of the magnetometer compass sensor 7.
  • the device 1 comprises a speed sensor 4, which detects a speed of the vehicle V1, V2, V3, V4.
  • the vehicle-side transmitting / receiving device 2, the magnetometer compass sensor 7 and the speed sensor 4 are signal and / or data technology connected to an evaluation device 5, which is also part of the device 1.
  • a position of the traffic node-side transmitting device 3 in a vehicle coordinate system can be determined by means of the evaluation device 5 as a function of at least one signal property of a signal received by the transmitting / receiving device 2.
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of an intersection 6 with four road sections, each road section each comprising an entrance and a departure. Also shown are a first vehicle V1 which travels along the access of a first road section to the center of the intersection 6. Accordingly, a second, a third and a fourth vehicle V2, V3, V4 travel along the driveways of the further road sections towards the center of the intersection 6.
  • a method for determining a vehicle position in a traffic knot-fixed coordinate system is described as an example for the first vehicle V1. Of course, the same method can be used to determine the vehicle position of the other vehicles V2, V3, V4.
  • the first vehicle V1 and all other vehicles V2, V3, V4 may each comprise a device 1 (see FIG. 1).
  • the first vehicle V1 can periodically transmit request signals by means of the transmitting / receiving device 2. These can be received by a transport node-side transceiver 3. If a received power of a request signal is greater than a predetermined threshold value, then the traffic node-side transmitting / receiving device 3 generates a response signal, which in turn is received by the vehicle-side transmitting / receiving device 2.
  • Transport node-side transmitting / receiving device 3 has been sent, a distance of the vehicle-side transmitting / receiving device 2 of the
  • Vehicle coordinate system of the first vehicle V1 can be determined.
  • Vehicle coordinate system of the first vehicle V1 includes a vehicle longitudinal axis x V i, which may be oriented parallel to a roll axis of the vehicle V1. Further, the vehicle coordinate system of the first vehicle V1 comprises a transverse direction y V i, which may be oriented parallel to a pitch axis of the vehicle V1. Not shown is a vertical axis of the first vehicle V1, which may be oriented parallel to a yaw axis of the first vehicle V1. Also shown is an origin C V i of the
  • Vehicle coordinate system of the first vehicle V1 is already known.
  • This traffic-knot coordinate system comprises a longitudinal direction x N and a
  • Transverse direction y N wherein the transverse direction y N is oriented toward the magnetic north pole.
  • an origin C N of the traffic node fixed coordinate system which is arranged in the center of the driveways.
  • Coordinate systems depending on the transit time of the signal, a distance between the origin C V i of the vehicle coordinate system of the first vehicle V1 can be determined from the origin C N of the traffic knot-fixed coordinate system. Also, the angle of incidence of the vehicle-side
  • Receiving device received response signal in the vehicle coordinate system can be determined.
  • the angle of incidence and the distance can be coded as a direction vector in the vehicle coordinate system, the direction vector being oriented from the origin C V i of the vehicle coordinate system of the first vehicle V1 to the origin C N of the fixed-traffic coordinate system and the magnitude of the direction vector corresponding to the distance.
  • the position of the origin C N of the traffic node fixed coordinate system in the vehicle coordinate system of the first vehicle V1 can be determined as a vector (x (C N ) vi; y (C N ) vi).
  • a yaw rate ⁇ of the first vehicle V1 is determined.
  • the yaw angle ⁇ denotes an angle between the vehicle longitudinal direction x V i of the first vehicle V1 and the direction which is oriented toward the magnetic north pole. These Direction can also be referred to as Magnetic North. This direction forms a reference direction of a global reference coordinate system. The direction towards the magnetic north pole is oriented parallel to the transverse direction y N.
  • the yaw angle of the first vehicle V1 is 0 °.
  • the magnetometer compass sensor can detect a yaw angle ⁇ different from 0 °, wherein this deviation may be due to measurement noise, in particular measurement noise according to a mean-free Gauss distribution.
  • one standard deviation of this measurement noise may be between 1 0 (inclusive) and 5 ° (inclusive).
  • a yaw angle ⁇ of the second vehicle V2 is 90 °
  • a yaw angle ⁇ of the second vehicle V2 is 90 °
  • a transformation matrix T R can then be determined.
  • the transformation matrix T R allows the conversion of the coordinates of the origin C N of the traffic node fixed
  • the method may be performed when a vehicle V1, V2, V3, V4 first enters an entrance area at a predetermined area R around the origin C N of the traffic node fixed coordinate system.
  • the method described can be carried out once at the time of entry.
  • the thus determined vehicle position in the fixed traffic coordinate system can then be transmitted via the transmitting / receiving device 2 to a central control device, not shown, wherein the central control device in dependence of
  • the transmitted vehicle position can control a traffic flow through the intersection 6. Furthermore, the vehicle position in the traffic-knot-fixed coordinate system can be determined again after this first time. For this purpose, for example, a travel path of the vehicle V1, V2, V3, V4 can be determined between the entry time and a later, further time, wherein the travel path can be determined in dependence on speed information and direction information.
  • the speed information can be determined in dependence on the output signals of the speed sensor 4 (see FIG. 1) and the direction information in dependence on the yaw angle ⁇ (see FIG. 1). Furthermore, the vehicle position determined at the time of entry can be fixed in the traffic node
  • Fig. 3a shows an exemplary yaw angle a, which is between a
  • Coordinate system is determined, wherein the transverse direction y N is oriented parallel to a direction toward the magnetic north pole.
  • the yaw angle is positive and is about 30 °.
  • the yaw angle ⁇ is negative and is about -30 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Empfangseinrichtung (2) zum Empfang eines Signals einer verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3), mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrtrichtungsinformation in einem globalen Referenzkoordinatensystem und mindestens eine Auswerteeinrichtung (5) umfasst, wobei eine räumliche Beziehung zwischen dem globalen Referenzkoordinatensystem und dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem vorbekannt ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung (5) in Abhängigkeit mindestens einer Signaleigenschaft eines empfangenen Signals eine Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3) in einem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmbar ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung (5) die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit der Fahrtrichtungsinformation und der Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3) in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer
Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem.
Selbstfahrende oder sogenannte autonome Fahrzeuge sind Gegenstand von intensiven Entwicklungstätigkeiten. Ein wesentlicher Teil der Entwicklung betrifft die Steuerung eines Verkehrsstromes, der autonome Fahrzeuge umfasst. Diese Steuerung ist insbesondere relevant im Bereich von Verkehrsknoten, beispielsweise Kreuzungen.
Um einen kollisionsfreien Verkehrsstrom durch den Verkehrsknoten zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Positionen aller Fahrzeuge im Bereich des Verkehrsknotens in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem zu kennen. Auf Grundlage dieser Positionen kann dann ein Verkehrsstrom gesteuert werden. Um den Verkehrsstrom zu steuern, können beispielsweise Steuersignale von einer übergeordneten Steuereinrichtung an jedes autonome Fahrzeug übertragen werden. Diese Steuersignale können
beispielsweise Geschwindigkeitssteuersignale und Richtungssteuersignale umfassen.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem zu schaffen, welche eine präzise, zeitlich schnell durchführbare sowie eine kosten- und komponentensparende Implementierung einer solchen Positionsbestimmung
ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist eine Grundidee der Erfindung, vom Fahrzeug bestimmte
Fahrtrichtungsinformationen und eine ebenfalls fahrzeugseitig bestimmte Position einer verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung im Fahrzeugkoordinatensystem zu nutzen, um die Position des Fahrzeugs in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem zu bestimmen. Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Die Vorrichtung kann eine fahrzeugseitige Vorrichtung sein. Dies kann bedeuten, dass alle Elemente der Vorrichtung in oder am Fahrzeug angeordnet sind.
Das verkehrsknotenfeste Koordinatensystem bezeichnet ein dem Verkehrsknoten zugeordnetes Koordinatensystem. Teile oder Abschnitte des Verkehrsknotens, beispielsweise Fahrspuren von Zufahrten und/oder Abfahrten, ändern ihre Raumlage im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem nicht. Der Verkehrsknoten kann ein oder mehrere Zufahrten und ein oder mehrere Abfahrten umfassen. Jede Zufahrt und Abfahrt kann mindestens eine Fahrspur umfassen. Insbesondere kann der Verkehrsknoten eine Kreuzung sein. Der Begriff Kreuzung umfasst hierbei selbstverständlich auch eine sogenannte T-Kreuzung oder Y-Kreuzung.
Ein Ursprung des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems kann beispielsweise einem geometrischen Mittelpunkt des Verkehrsknotens entsprechen. Dies ist jedoch nicht zwingend. Das verkehrsknotenfeste Koordinatensystem kann zwei oder drei
Raumrichtungen umfassen. So kann das verkehrsknotenfeste Koordinatensystem beispielsweise eine verkehrsknotenfeste Längsrichtung (x-Richtung) und eine verkehrsknotenfeste Querrichtung (y-Richtung) umfassen. Diese können orthogonal zueinander orientiert sein und eine Ebene aufspannen, die orthogonal zu einer verkehrsknotenfesten Vertikalrichtung (z-Richtung) orientiert ist. Die verkehrsknotenfeste Vertikalrichtung kann parallel zu einer Gravitationskraft orientiert sein, wobei die
Vertikalrichtung von unten nach oben orientiert ist, wenn sie entgegengesetzt zur Richtung der Gravitationskraft orientiert ist. Das verkehrsknotenfeste Koordinatensystem kann auch die verkehrsknotenfeste Vertikalrichtung umfassen. Dies ist jedoch nicht zwingend. Somit kann das verkehrsknotenfeste Koordinatensystem ein zwei- oder dreidimensionales Koordinatensystem sein.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Signals einer verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung. Die Position der
Empfangseinrichtung in einem Fahrzeugkoordinatensystem kann vorbekannt sein. Das empfangene Signal kann insbesondere ein Hochfrequenz-Signal sein. Die verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung bezeichnet hierbei eine Einrichtung zum Senden von Signalen, wobei diese verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung ortsfest in Bezug auf das verkehrsknotenfeste Koordinatensystem angeordnet ist. Die Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem kann hierbei vorbekannt sein. Beispielsweise kann die Position der
verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem Teil einer verkehrsknotenspezifischen Information sein, die in einer Speichereinrichtung des Fahrzeugs gespeichert oder von einer Auswerteeinrichtung des Fahrzeugs abrufbar ist. Somit kann die verkehrsknotenspezifische Information auch in einer fahrzeugexternen Speichereinrichtung gespeichert sein.
Es ist z.B. vorstellbar, dass eine Position des Verkehrsknotens in einem
Bezugskoordinatensystem vorbekannt ist. Diese Position kann beispielsweise ebenfalls Teil der verkehrsknotenspezifischen Information sein. In diesem Fall kann z.B. eine Position des Fahrzeugs im Bezugskoordinatensystem bestimmt werden, beispielsweise mittels einer Einrichtung zur Positionserfassung. Diese Einrichtung zur Positionserfassung kann beispielsweise eine GNSS-Einrichtung sein. Somit kann das
Bezugskoordinatensystem ein GNSS-Koordinatensystem sein. Durch Vergleich der Fahrzeugposition im Bezugskoordinatensystem und der Position von Verkehrsknoten im Bezugskoordinatensystem kann dann der entsprechende Verkehrsknoten ausgewählt und die verkehrsknotenspezifischen Informationen abgerufen werden. Beispielsweise kann als Verkehrsknoten derjenige Verkehrsknoten ausgewählt werden, auf den das Fahrzeug zufährt und/oder der eine minimale Distanz vom Fahrzeug aufweist.
Weiter ist vorstellbar, dass die verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung in einer vorbestimmten Höhe über einer Fahrbahnoberfläche des Verkehrsknotens, also mit einer vorbekannten Vertikalposition, angeordnet ist.
Die verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung kann ein Signal aussenden. Dieses Signal kann beispielsweise periodisch ausgesendet werden. Alternativ kann das Signal ein Antwort-Signal sein, wobei das Antwort-Signal ausgesendet wird, wenn ein
entsprechendes Anfrage-Signal empfangen wurde. Das Anfrage-Signal kann
beispielsweise von einer fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung ausgesendet werden. Es ist möglich, dass die verkehrsknotenfeste Sendeeinrichtung eine Sende- /Empfangseinrichtung ist, die das Anfrage-Signal empfangen kann. Ebenfalls ist es möglich, dass die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung eine Sende-/Empfangseinrichtung ist, die das Anfrage-Signal aussenden kann.
Weiter umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung einer
Fahrtrichtungsinformation in einem globalen Referenzkoordinatensystem. Eine räumliche Beziehung zwischen dem globalen Referenzkoordinatensystem und dem
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem ist vorbekannt. Insbesondere kann die
Orientierung der Raumrichtungen oder zumindest einer Raumrichtung des
verkehrsknotenfesten Koordinatensystems im globalen Referenzkoordinatensystem bekannt sein. Auch kann eine Lage des Ursprungs des verkehrsknotenfesten
Koordinatensystems im globalen Referenzkoordinatensystem bekannt sein. Dies ist aber nicht zwingend. Das globale Referenzkoordinatensystem kann beispielsweise ebenfalls zwei oder drei Raumrichtungen, insbesondere eine referenzkoordinatensystemfeste Längsrichtung, eine referenzkoordinatensystemfeste Querrichtung und gegebenenfalls eine referenzkoordinatensystemfeste Vertikalrichtung, umfassen.
Die räumliche Beziehung, insbesondere die Orientierung der Raumrichtungen des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems im globalen Referenzkoordinatensystems, kann ebenfalls Teil der abrufbaren verkehrsknotenspezifischen Information sein.
Vorzugsweise ist eine der Raumrichtungen, beispielsweise die Querrichtung, des globalen Referenzkoordinatensystems zum magnetischen Nordpol hin orientiert. Somit kann die Querrichtung der Richtung„magnetisch Nord" entsprechen. In diesem Fall kann eine weitere Raumrichtung des globalen Referenzkoordinatensystems, beispielsweise die referenzkoordinatensystemfeste Längsrichtung, orthogonal zu dieser Raumrichtung und orthogonal zu einer Gravitationsrichtung orientiert sein.
Vorzugsweise ist mindestens eine Raumrichtung des verkehrsknotenfesten
Koordinatensystems parallel zu einer Raumrichtung des globalen
Referenzkoordinatensystems. Beispielsweise kann jede Raumrichtung des
verkehrsknotenfesten Koordinatensystems parallel zu einer der Raumrichtungen des Referenzkoordinatensystems sein. Beispielsweise kann die Querrichtung des
verkehrsknotenfesten Koordinatensystems parallel zu der Querrichtung des globalen Referenzkoordinatensystems orientiert sein. In diesem Fall ist auch die Querrichtung des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems hin zum magnetischen Nordpol orientiert. Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise Teil einer fahrzeugseitigen Steuereinrichtung sein. Weiter beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung von einem MikroController bereitgestellt werden.
Mittels der Auswerteeinrichtung ist in Abhängigkeit mindestens einer Signaleigenschaft eines empfangenen Signals eine Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in einem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmbar. Das Fahrzeugkoordinatensystem bezeichnet ein in Bezug auf das Fahrzeug ortsfestes Koordinatensystem. Auch dieses Fahrzeugkoordinatensystem kann zwei oder drei Raumrichtungen, insbesondere eine Fahrzeuglängsrichtung, eine Fahrzeugquerrichtung und gegebenenfalls eine
Fahrzeughochrichtung umfassen. Die Fahrzeuglängsrichtung kann beispielsweise parallel zu einer Rollachse des Fahrzeugs orientiert sein. Die Fahrzeugquerachse kann parallel zu einer Fahrzeugnickachse orientiert sein. Die Fahrzeughochachse kann parallel zu einer Fahrzeuggierachse orientiert sein.
Die mindestens eine Signaleigenschaft kann beispielsweise ein Signalpegel bzw. eine Signalintensität des empfangenen Signals sein. Über einen vorbekannten
Zusammenhang zwischen der Signaleigenschaft und einer Entfernung kann die räumliche Distanz zwischen der Empfangseinrichtung und der verkehrsknotenseitigen
Sendeeinrichtung und somit eine räumliche Entfernung zwischen dem Ursprung des Fahrzeugkoordinatensystems und dem Ursprung des verkehrsknotenfesten
Koordinatensystems bestimmt werden. Die Entfernung kann beispielsweise proportional zu einem Verhältnis zwischen Sendeleistung und Empfangsleistung sein. In diesem Fall kann die Sendeleistung vorbekannt sein.
Weiter kann es möglich sein, eine Richtung des von der fahrzeugseitigen
Empfangseinrichtung empfangenen Signales zu bestimmen.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Signaleigenschaft eine Laufzeit. Die Detektion des Abstandes zwischen dem Fahrzeug und der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung kann somit in Abhängigkeit der Laufzeit des Signals zwischen der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung und der fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung erfolgen. Hierbei kann die fahrzeugseitige Sendeeinrichtung ein Anfragesignal mit einer Information über den Sendezeitpunkt des Anfragesignals codieren. In der verkehrsknotenseitigen Empfangseinrichtung wird ein Antwortsignal mit minimaler Zeitverzögerung zum Fahrzeug zurückgesendet. Die Dauer der Zeitverzögerung kann durch eine Signaleigenschaft codiert und somit fahrzeugseitig bestimmt werden oder fahrzeugseitig vorbekannt sein, beispielsweise in einer Speichereinrichtung gespeichert sein. Der Sendezeitpunkt des Antwortsignals ergibt sich dann also Summe des Sendezeitpunkts des Anfragesignals und der Dauer der Zeitverzögerung und der Laufzeit des Anfragesignals. Wenn das Antwortsignal in der fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung empfangen wird, kann weiter fahrzeugseitig ein Empfangszeitpunkt bestimmt werden, wobei die Laufzeit des
Antwortsignals als die Hälfte der Differenz zwischen Empfangszeitpunkt und der Summe von Sendezeitpunkt des Anfragesignals und Zeitverzögerung beim Senden des
Antwortsignals bestimmt werden kann. Auch die Laufzeit des Anfragesignals entspricht der Hälfte dieser Differenz.
Mit diesem Verfahren kann die Bestimmung der Laufzeit des Antwortsignals ohne zeitliche Synchronisation zwischen der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung und der fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung durchgeführt werden. Vorteilhaft ist hier auch, dass das Antwortsignal als analoges und hochfrequentes Signal in der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung erzeugt und gesendet werden kann. Somit kann eine minimale
Zeitverzögerung bei der Erzeugung und beim Senden des Antwortsignals erreicht werden.
Zusammenfassend wird es möglich, der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung und somit auch dem Ursprung des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems eine Position im Fahrzeugkoordinatensystem zuzuordnen.
Weiter ist mittels der Auswerteeinrichtung die Fahrzeugposition in dem
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit der Fahrtrichtungsinformation und der Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in dem
Fahrzeugkoordinatensystem bestimmbar. Da die räumliche Beziehung zwischen dem globalen Referenzkoordinatensystem und dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem vorbekannt ist, kann über die im globalen Referenzkoordinatensystem bestimmte
Fahrtrichtungsinformation die Fahrtrichtung des Fahrzeugs im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem bestimmt werden, beispielsweise in Form eines Richtungsvektors. Beispielsweise kann die Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem derart bestimmt werden, dass die Fahrtrichtungsinformation, beispielsweise ein
Fahrtrichtungsvektor, im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem zu der
Fahrtrichtungsinformation im globalen Referenzkoordinatensystem korrespondiert sowie die räumliche Entfernung zwischen dem Ursprung des verkehrsknotenseitigen
Koordinatensystems und dem Ursprung des Fahrzeugkoordinatensystems im
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem der Entfernung im Fahrzeugkoordinatensystem entspricht.
Mit anderen Worten kann bestimmt werden, aus welcher Richtung im
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem sich das Fahrzeug dem Verkehrsknoten nähert oder in welche Richtung im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem sich das Fahrzeug von dem Verkehrsknoten entfernt. Dies ermöglicht die Zuordnung des Fahrzeugs zu einem Teil oder Abschnitt des Verkehrsknotens, beispielsweise zu einer Fahrspur. In Abhängigkeit dieser Zuordnung und der Entfernung kann dann die Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem bestimmt werden. Dies bedeutet, dass einzelne Schritte des Verfahrens auch zur Bestimmung einer Einfahrrichtung in den
Verkehrsknotenbereich dienen. Somit wird auch ein Verfahren zur Bestimmung einer Einfahrrichtung in den Verkehrsknotenbereich beschrieben.
Insbesondere kann in Abhängigkeit der Fahrtrichtungsinformation eine
Transformationsvorschrift, insbesondere eine Transformationsmatrix, bestimmt werden, wobei mittels der Transformationsvorschrift die Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in dem Fahrzeugkoordinatensystem in die Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem umgerechnet werden kann. Dies ist
beispielsweise über eine Multiplikation der Transformationsmatrix mit einem
Positionsvektor durchführbar, wobei der Positionsvektor die Position der
verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in dem Fahrzeugkoordinatensystem kodiert.
Die Bestimmung der Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung kann beispielsweise zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem das Fahrzeug in einen Raumbereich, der auch als
Verkehrsknotenbereich bezeichnet werden kann, mit vorbestimmter Größe um den Verkehrsknoten herum eintritt bzw. einfährt. Beispielsweise kann die Bestimmung durchgeführt werden, wenn die verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung ein fahrzeugseitig ausgesendetes Anfrage-Signal mit einer Empfangsleistung empfängt, die größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
Die Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, die Eingangsrichtung bzw.
Einfahrrichtung eines Fahrzeugs in den Verkehrsknotenbereich zu bestimmen, ohne dass eine Eigenlokalisierung des Fahrzeugs notwendig ist.
Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine präzise, rechentechnisch einfach und schnell durchzuführende Bestimmung der Fahrzeugposition in dem
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem möglich ist, wobei in der Regel bereits existierende fahrzeugseitige Elemente genutzt werden und wobei keine aufwendige Detektion des Fahrzeugs im Verkehrsknotenbereich durch eine verkehrsknotenseitige Detektionseinrichtung notwendig ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Einrichtung zur Bestimmung einer
Fahrtrichtungsinformation als Inertialsensor ausgebildet oder umfasst einen Inertialsensor. Der Inertialsensor kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass der Inertialsensor ein Ausgangssignal erzeugen kann, welches einen Winkel zwischen einem
Fahrtrichtungsvektor des Fahrzeugs und einer Raumrichtung des globalen
Referenzkoordinatensystems repräsentiert. Insbesondere kann das Ausgangssignal einen Winkel zwischen dem Fahrtrichtungsvektor und einer Richtung, die hin zum magnetischen Nordpol orientiert ist, repräsentieren. Diese Richtung kann eine Bezugsrichtung in dem globalen Referenzkoordinatensystems sein. Derartige Inertialsensoren sind regelmäßig in Fahrzeugen vorhanden. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass existierende
Elemente im Fahrzeug für die vorgeschlagene Vorrichtung genutzt werden können, was einen Bauraumbedarf sowie Herstellungskosten reduziert. Weiter ergibt sich in
vorteilhafter Weise, dass Inertialsensoren eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Fahrtrichtung ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Inertialsensor als Magnetometer
ausgebildet. Das Magnetometer kann insbesondere als Magnetometer-Kompass ausgebildet sein. Das Magnetometer ermöglicht die Erfassung des Erdmagnetfeldes, insbesondere auch die Richtung des Erdmagnetfelds. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise die Bestimmung eines Winkels zwischen der Fahrzeuglängsrichtung und der magnetischen Nordrichtung (magnetisch Nord).
In einer weiteren Ausführungsform ist als Fahrtrichtungsinformation ein Gierwinkel bestimmbar. Der Gierwinkel bezeichnet einen Winkel zwischen einer
Fahrzeuglängsrichtung und einer Bezugsrichtung des globalen
Referenzkoordinatensystems. Insbesondere kann der Gierwinkel durch den vorhergehend erläuterten Inertialsensor erfasst werden. Der Gierwinkel kann hierbei insbesondere den Winkel zwischen der Fahrzeuglängsrichtung und einer Richtung, die hin zum
magnetischen Nordpol orientiert ist, sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der Gierwinkel, der im Rahmen des Betriebs weiterer Fahrzeugassistenzsysteme in der Regel bestimmt wird, auch zur Bestimmung der Fahrzeugposition im
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem genutzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Sendeeinrichtung zur Übertragung der Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Die Sendeeinrichtung kann Teil der vorhergehend erläuterten Sende-/Empfangseinrichtung sein. Somit können Informationen bezüglich der Fahrzeugposition im
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem vom Fahrzeug an eine übergeordnete
Steuereinrichtung übertragen werden, die auf Grundlage dieser Fahrzeugposition einen Verkehrsstrom durch den Verkehrsknotens steuern kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur
Fahrwegbestimmung des Fahrzeugs, wobei eine aktualisierte Fahrzeugposition in Abhängigkeit der zuletzt bestimmten Fahrzeugposition und eines zurückgelegten
Fahrwegs bestimmbar ist. Der Fahrweg kann ein Fahrweg des Fahrzeugs sein, den dieses zwischen zwei Zeitpunkten zurückgelegt hat.
Beispielsweise kann die Bestimmung der Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit der Fahrtrichtungsinformation und der Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in dem Fahrzeugkoordinatensystem nur einmalig oder initial durchgeführt werden, insbesondere wenn das Fahrzeug zu einem Eintrittszeitpunkt erstmals in den vorhergehend erläuterten Raumbereich um den
Verkehrsknoten herum eintritt. Es kann jedoch wünschenswert sein, die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem auch zu nachfolgenden Zeitpunkten also auch zeitlich nach dem Eintritt, zu bestimmen. Prinzipiell wäre es möglich, zu diesen nachfolgenden Zeitpunkten die vorhergehend erläuterte Bestimmung der
Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem erneut durchzuführen. Vorzugsweise kann jedoch an einem weiteren Zeitpunkt, der dem Eintrittszeitpunkt nachfolgt, ein Fahrweg bestimmt werden, der zwischen dem weiteren Zeitpunkt und dem Eintrittszeitpunkt vom Fahrzeug zurückgelegt wurde. Die Fahrweginformation kann hierbei eine Distanzinformation und eine Richtungsinformation umfassen. In Abhängigkeit der Fahrweginformation kann dann die zum Eintrittszeitpunkt bestimmte Fahrzeugposition aktualisiert bzw. geupdatet werden. Beispielsweise ist es möglich, Anteile des Fahrwegs in Raumrichtungen des Fahrzeugkoordinatensystems zu bestimmen und diese ins verkehrsknotenfeste Koordinatensystem umzurechnen. Die umgerechneten Anteile können dann zu der zum Eintrittszeitpunkt bestimmten Fahrzeugposition addiert werden.
Die aktualisierte Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem kann dann selbstverständlich ebenfalls an ein übergeordnetes System übertragen werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Einrichtung zur Fahrwegbestimmung die Einrichtung zur Bestimmung der Fahrtrichtungsinformation, eine Einrichtung zur
Bestimmung einer Fahrzeugbeschleunigung und/oder eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehung bzw. der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Einrichtung dienen vorzugsweise zur Bestimmung der genannten Größen in einem dreidimensionalen Raum. Eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise als Beschleunigungssensor, insbesondere als dreidimensionaler Beschleunigungssensor, ausgebildet sein. Eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeugdrehung, insbesondere im dreidimensionalen Raum, kann als Sensor für einen Gierwinkel, einen Nickwinkel und/oder einen Rollwinkel oder als Sensor für eine Gierwinkelgeschwindigkeit, eine Nickwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Rollwinkelgeschwindigkeit ausgebildet sein. Diese Einrichtungen ermöglichen in vorteilhafter Weise eine einfache Bestimmung einer Fahrrichtung sowie eines zurückgelegten Weges zwischen zwei Zeitpunkten.
Weiter vorgeschlagen wird eine Anordnung zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Die Anordnung umfasst eine
Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugposition gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Weiter umfasst die Anordnung eine verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung. Die Anordnung kann weiter eine dem
Verkehrsknoten zugeordnete Steuereinrichtung umfassen. Diese kann in Abhängigkeit der bestimmten Fahrzeugpositionen einen Verkehrsstrom durch den Verkehrsknoten steuern. Die verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung kann hierbei gemäß einem oder mehrerer in dieser Offenbarung erläuterten Aspekt(e) ausgebildet sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Anordnung, mittels der eine präzise und zeitlich sowie rechentechnisch schnell durchführbare Bestimmung der Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem durchgeführt werden kann.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Das Verfahren kann mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Somit ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass das
vorgeschlagene Verfahren mittels der Vorrichtung durchführbar ist.
Hierbei wird durch eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung ein Signal einer verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung empfangen. Dieses Signal kann insbesondere ein Antwort-Signal auf ein fahrzeugseitig ausgesendetes Anfrage-Signal sein.
Weiter wird eine Fahrtrichtungsinformation in einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt, wobei eine räumliche Beziehung zwischen dem globalen
Referenzkoordinatensystem und dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem vorbekannt ist. Dies wurde vorhergehend erläutert.
Weiter wird in Abhängigkeit mindestens einer Signaleigenschaft eines empfangenen Signals eine Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in einem
Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt.
Die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem wird dann in Abhängigkeit der Fahrtrichtungsinformation und der Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt. Das Verfahren ist insbesondere mittels einer fahrzeugseitigen Auswerteeinrichtung durchführbar. Das Verfahren kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug zu einem Eintrittszeitpunkt erstmals in einem vorbestimmten Raumbereich um den
Verkehrsknoten herum detektiert wird. Das Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine präzise, schnell und rechentechnisch einfach durchführbare Bestimmung der Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Weiter werden in vorteilhafter Weise in der Regel bereits vorhandene Elemente bzw. Sensoren genutzt.
Das Verfahren kann hierbei einmalig zum Eintrittszeitpunkt durchgeführt werden. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann diese derart bestimmte Eintritts- oder Initial- Fahrzeugposition nachfolgend aktualisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Fahrtrichtungsinformation ein Gierwinkel bestimmt, wobei der Gierwinkel einen Winkel zwischen einer Fahrzeuglängsrichtung und einer Bezugsrichtung des globalen Referenzkoordinatensystems bezeichnet. Dies wurde vorhergehend erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine aktualisierte Fahrzeugposition im
verkehrsknotenfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit der zuletzt bestimmten Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem und eines zurückgelegten Fahrwegs bestimmt. Der Fahrweg kann hierbei durch eine Einrichtung zur
Fahrwegbestimmung bestimmt werden.
Weiter beschrieben wird ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen umfasst.
Weiter beschrieben wird ein Verfahren zur Steuerung eines Verkehrsstromes durch einen Verkehrsknoten. Hierbei wird für mindestens ein Fahrzeug die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem durch ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen bestimmt. Weiter wird der Verkehrsstrom in Abhängigkeit der derart bestimmten Fahrzeugposition gesteuert. Die Steuerung kann insbesondere durch Bestimmung und Übermittlung von Fahrtrichtungssteuersignalen und Fahrgeschwindigkeitssteuersignalen an das Fahrzeug erfolgen. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Verkehrsknoten mit mehreren
Fahrzeugen und
Fig. 3a-3c die exemplarische Bestimmung einer Fahrtrichtung.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Die Vorrichtung 1 ist in einem Fahrzeug V1 , V2, V3, V4 (siehe Fig. 2) angeordnet. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Sende-/Empfangseinrichtung 2. Mittels der fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 2 können Signale einer verkehrsknotenseitigen Sende- /Empfangseinrichtung 3 (siehe Fig. 2) empfangen werden. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen als Magnetometer-Kompass-Sensor 7 ausgebildeten Inertialsensor, wobei mittels des Magnetometer-Kompass-Sensors 7 ein Gierwinkel α bestimmt werden kann. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Geschwindigkeitssensor 4, der eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges V1 , V2, V3, V4 erfasst.
Die fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtung 2, das Magnetometer-Kompass-Sensor 7 sowie der Geschwindigkeitssensor 4 sind Signal- und/oder datentechnisch mit einer Auswerteeinrichtung 5 verbunden, die ebenfalls Teil der Vorrichtung 1 ist. Wie
nachfolgend noch näher erläutert, kann mittels der Auswerteeinrichtung 5 in Abhängigkeit mindestens einer Signaleigenschaft eines von der Sende-/Empfangseinrichtung 2 empfangenen Signals eine Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung 3 in einem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt werden. Weiter kann mittels der
Auswerteeinrichtung 5 die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten
Koordinatensystem in Abhängigkeit des Gierwinkels α und der Position der
verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung 3 in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt werden. Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Kreuzung 6 mit vier Straßenabschnitten, wobei jeder Straßenabschnitt jeweils eine Zufahrt und eine Abfahrt umfasst. Weiter dargestellt sind ein erstes Fahrzeug V1 , welches entlang der Zufahrt eines ersten Straßenabschnitts hin zum Zentrum der Kreuzung 6 fährt. Entsprechend fahren ein zweites, ein drittes und ein viertes Fahrzeug V2, V3, V4 entlang der Zufahrten der weiteren Straßenabschnitte hin zum Zentrum der Kreuzung 6. Ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem wird exemplarisch für das erste Fahrzeug V1 beschrieben. Das gleiche Verfahren kann selbstverständlich zur Bestimmung der Fahrzeugposition der weiteren Fahrzeuge V2, V3, V4 durchgeführt werden. Das erste Fahrzeug V1 sowie alle weiteren Fahrzeuge V2, V3, V4 können jeweils eine Vorrichtung 1 (siehe Fig. 1 ) umfassen.
Das erste Fahrzeug V1 kann mittels der Sende-/Empfangseinrichtung 2 periodisch Anfrage-Signale aussenden. Diese können von einer verkehrsknotenseitigen Sende-/ Empfangseinrichtung 3 empfangen werden. Ist eine Empfangsleistung eines Anfrage- Signals größer als ein vorbestimmter Schwellwert, so erzeugt die verkehrsknotenseitige Sende-/Empfangseinrichtung 3 ein Antwort-Signal, welches wiederum von der fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 2 empfangen wird.
In Abhängigkeit einer Laufzeit dieses Antwort-Signals, welches von der
verkehrsknotenseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 3 ausgesendet wurde, kann eine Entfernung der fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 2 von der
verkehrsknotenseitigen Sende-/ Empfangseinrichtung 3 in einem
Fahrzeugkoordinatensystem des ersten Fahrzeugs V1 bestimmt werden. Das
Fahrzeugkoordinatensystem des ersten Fahrzeugs V1 umfasst eine Fahrzeuglängsachse xVi , die parallel zu einer Rollachse des Fahrzeugs V1 orientiert sein kann. Weiter umfasst das Fahrzeugkoordinatensystem des ersten Fahrzeugs V1 eine Querrichtung yVi , die parallel zu einer Nickachse des Fahrzeugs V1 orientiert sein kann. Nicht dargestellt ist eine Hochachse des ersten Fahrzeugs V1 , die parallel zu einer Gierachse des ersten Fahrzeugs V1 orientiert sein kann. Dargestellt ist weiter ein Ursprung CVi des
Fahrzeugkoordinatensystems des ersten Fahrzeugs V1 . Entsprechend umfassen die Koordinatensysteme der weiteren Fahrzeuge V2, V3, V4 ebenfalls Längsrichtungen xV2, Xv3, v4 und Querrichtungen yV2, yv3, yv4 sowie Ursprünge
Eine Lage der fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 2 im
Fahrzeugkoordinatensystem des ersten Fahrzeugs V1 ist vorbekannt.
Ebenfalls vorbekannt ist eine Lage der verkehrsknotenseitigen Sende-/
Empfangseinrichtung 3 in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Dieses verkehrsknotenfeste Koordinatensystem umfasst eine Längsrichtung xN und eine
Querrichtung yN, wobei die Querrichtung yN in Richtung hin zum magnetischen Nordpol orientiert ist.
Weiter dargestellt ist ein Ursprung CN des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems, welcher im Mittelpunkt der Zufahrten angeordnet ist.
Da die Lage der Sende-/Empfangseinrichtungen 2, 3 in ihren jeweiligen
Koordinatensystemen vorbekannt ist, kann in Abhängigkeit der Laufzeit des Signals eine Entfernung zwischen dem Ursprung CVi des Fahrzeugkoordinatensystems des ersten Fahrzeugs V1 von dem Ursprung CN des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems bestimmt werden. Auch kann der Einfallswinkel des durch die fahrzeugseitige
Empfangseinrichtung empfangenen Antwortsignals im Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt werden. Der Einfallswinkel und die Entfernung können als Richtungsvektor im Fahrzeugkoordinatensystem codiert werden, wobei der Richtungsvektor vom Ursprung CVi des Fahrzeugkoordinatensystems des ersten Fahrzeugs V1 zum Ursprung CN des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems orientiert ist und wobei der Betrag des Richtungsvektors der Entfernung entspricht.
Somit kann die Position des Ursprungs CN des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems im Fahrzeugkoordinatensystem des ersten Fahrzeugs V1 als Vektor (x(CN)vi ;y(CN)vi) bestimmt werden.
Weiter wird ein Gierwinkel α des ersten Fahrzeugs V1 bestimmt. Der Gierwinkel α bezeichnet hierbei einen Winkel zwischen der Fahrzeuglängsrichtung xVi des ersten Fahrzeugs V1 und der Richtung, die hin zum magnetischen Nordpol orientiert ist. Diese Richtung kann auch als magnetisch Nord bezeichnet werden. Diese Richtung bildet hierbei eine Bezugsrichtung eines globalen Referenzkoordinatensystems. Die Richtung hin zum magnetischen Nordpol ist parallel zur Querrichtung yN orientiert.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Gierwinkel des ersten Fahrzeugs V1 0°. Gegebenenfalls kann der Magnetometer-Kompass-Sensor einen von 0° verschiedenen Gierwinkel α erfassen, wobei diese Abweichung durch Messrauschen, insbesondere ein Messrauschen gemäß einer mittelwertfreien Gau ßverteilung, bedingt sein kann.
Eine Standardabweichung dieses Messrauschens kann beispielsweise zwischen 1 0 (einschließlich) und 5° (einschließlich) liegen.
Dementsprechend beträgt ein Gierwinkel α des zweiten Fahrzeuges V2 90 °, ein
Gierwinkel α des dritten Fahrzeugs V3 180 ° und ein Gierwinkel α des vierten Fahrzeugs V4 270 ° bzw. -90°.
In Abhängigkeit des derart bestimmten Gierwinkels α (siehe Fig. 3a) kann dann eine Transformationsmatrix TR bestimmt werden. Die Transformationsmatrix TR erlaubt die Umrechnung der Koordinaten des Ursprungs CN des verkehrsknotenfesten
Koordinatensystems im Fahrzeugkoordinatensystem des ersten Fahrzeugs V1 in
Koordinaten des Ursprungs CVi des Koordinatensystems des ersten Fahrzeugs V1 im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem. Dies kann beispielsweise gemäß
(x(Cvi)N;y(Cvi)N) = TR ■ (x(CN)vi ;y(CN)vi) Formel 1 erfolgen.
Das Verfahren kann durchgeführt werden, wenn ein Fahrzeug V1 , V2, V3, V4 zu einem Eintrittszeitpunkt erstmals in einen vorbestimmten Bereich R um den Ursprung CN des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems herum einfährt. Insbesondere kann das beschriebene Verfahren zum Eintrittszeitpunkt einmalig durchgeführt werden. Die derart bestimmte Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem kann dann über die Sende-/Empfangseinrichtung 2 an eine nicht dargestellte zentrale Steuereinrichtung übertragen werden, wobei die zentrale Steuereinrichtung in Abhängigkeit der
übertragenen Fahrzeugposition einen Verkehrsstrom durch die Kreuzung 6 steuern kann. Weiter kann die Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten Koordinatensystem nach diesem ersten Zeitpunkt erneut bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Fahrweg des Fahrzeugs V1 , V2, V3, V4 zwischen dem Eintrittszeitpunkt und einem späteren, weiteren Zeitpunkt bestimmt werden, wobei der Fahrweg in Abhängigkeit von Geschwindigkeitsinformationen und Fahrtrichtungsinformationen bestimmt werden kann. Die Geschwindigkeitsinformationen können in Abhängigkeit der Ausgangssignale des Geschwindigkeitssensors 4 (siehe Fig. 1 ) und die Fahrtrichtungsinformationen in Abhängigkeit des Gierwinkels α (siehe Fig. 1 ) bestimmt werden. Weiter kann die zum Eintrittszeitpunkt bestimmte Fahrzeugposition im verkehrsknotenfesten
Koordinatensystem in Abhängigkeit des zwischen dem Eintrittszeitpunkt und dem weiteren Zeitpunkt zurückgelegten Fahrwegs bestimmt werden.
Fig. 3a zeigt einen exemplarischen Gierwinkel a, der zwischen einer
Fahrzeuglängsrichtung xv und einer Querrichtung yN des verkehrsknotenfesten
Koordinatensystems bestimmt wird, wobei die Querrichtung yN parallel zu einer Richtung hin zum magnetischen Nordpol orientiert ist. In Fig. 3a ist der Gierwinkel positiv und beträgt ca. 30°. In Fig. 3b ist der Gierwinkel α negativ und beträgt ca. -30°.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtung
3 verkehrsknotenseitige Sende-/Empfangseinrichtung
4 Geschwindigkeitssensor
5 Auswerteeinrichtung
6 Kreuzung
7 Magnetometer-Kompass-Sensor
xN Längsrichtung des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems yN Querrichtung des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems
CN Ursprung des verkehrsknotenfesten Koordinatensystems vi , v2, v3, Xv4 Längsrichtungen der Fahrzeugkoordinatensysteme yvi , yv2, yv3, yv4 Querrichtungen der Fahrzeugkoordinatensysteme
CVi , CV2, CV3, CV4 Ursprünge der Fahrzeugkoordinatensysteme
α Gierwinkel

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem, wobei die Vorrichtung (1 ) mindestens eine Empfangseinrichtung (2) zum Empfang eines Signals einer verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3), mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrtrichtungsinformation in einem globalen Referenzkoordinatensystem und mindestens eine
Auswerteeinrichtung (5) umfasst, wobei eine räumliche Beziehung zwischen dem globalen Referenzkoordinatensystem und dem verkehrsknotenfesten
Koordinatensystem vorbekannt ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung (5) in Abhängigkeit mindestens einer Signaleigenschaft eines empfangenen Signals eine Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3) in einem
Fahrzeugkoordinatensystem bestimmbar ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung (5) die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit der Fahrtrichtungsinformation und der Position der
verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3) in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrtrichtungsinformation als Inertialsensor ausgebildet ist oder einen Inertialsensor umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inertialsensor als Magnetometer ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrtrichtungsinformation einen Gierwinkel (a) bestimmbar ist, wobei der Gierwinkel (a) einen Winkel zwischen einer Fahrzeuglängsrichtung und einer Bezugsrichtung des globalen Referenzkoordinatensystems bezeichnet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Sendeeinrichtung (2) zur Übertragung der Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Einrichtung zur Fahrwegbestimmung des Fahrzeugs umfasst, wobei eine aktualisierte Fahrzeugposition in Abhängigkeit der zuletzt bestimmten Fahrzeugposition und eines zurückgelegten Fahrwegs bestimmbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Fahrwegbestimmung die Einrichtung zur Bestimmung der Fahrtrichtungsinformation, eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeugbeschleunigung und/oder eine Einrichtung zur Bestimmung einer Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst.
8. Anordnung zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem, wobei die Anordnung eine Vorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und eine verkehrsknotenseitige Sendeeinrichtung (3) umfasst.
9. Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition in einem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem, wobei durch eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung (2) ein Signal einer verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3) empfangen wird, wobei eine Fahrtrichtungsinformation in einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt wird, wobei eine räumliche Beziehung zwischen dem globalen
Referenzkoordinatensystem und dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem vorbekannt ist, wobei in Abhängigkeit mindestens einer Signaleigenschaft des empfangenen Signals eine Position der verkehrsknotenseitigen Sendeeinrichtung (3) in einem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt wird, wobei die Fahrzeugposition in dem verkehrsknotenfesten Koordinatensystem in Abhängigkeit der
Fahrtrichtungsinformation und der Position der verkehrsknotenseitigen
Sendeeinrichtung (3) in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als
Fahrtrichtungsinformation ein Gierwinkel (a) bestimmt wird, wobei der Gierwinkel (a) einen Winkel zwischen einer Fahrzeuglängsrichtung und einer Bezugsrichtung des globalen Referenzkoordinatensystems bezeichnet.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktualisierte Fahrzeugposition in Abhängigkeit der zuletzt bestimmten Fahrzeugposition und eines zurückgelegten Fahrwegs bestimmt wird.
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