WO2005029439A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung einer position eines kraftzfahrzeuges auf einer strasse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung einer position eines kraftzfahrzeuges auf einer strasse Download PDF

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WO2005029439A1
WO2005029439A1 PCT/EP2004/009234 EP2004009234W WO2005029439A1 WO 2005029439 A1 WO2005029439 A1 WO 2005029439A1 EP 2004009234 W EP2004009234 W EP 2004009234W WO 2005029439 A1 WO2005029439 A1 WO 2005029439A1
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WO
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data
road
vehicle
relative
motor vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/009234
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English (en)
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Inventor
Werner Bernhard
Carsten Knöppel
Uli Kolbe
Alexander Schanz
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Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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Priority to DE502004003983T priority patent/DE502004003983D1/de
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    • G08—SIGNALLING
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    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/167—Driving aids for lane monitoring, lane changing, e.g. blind spot detection
    • G—PHYSICS
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    • G08G1/166—Anti-collision systems for active traffic, e.g. moving vehicles, pedestrians, bikes
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    • G08—SIGNALLING
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    • G08G1/16—Anti-collision systems

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a position of a motor vehicle on a; Road according to the preamble of claim 1 and also an associated device for performing the method according to the preamble of claim 7.
  • DE 199 21 437 AI discloses a method and a device for determining a position of a vehicle on a road. It is provided to determine road geometry data and route data of the vehicle and to determine the position of the vehicle on the road by comparing the road geometry data with the route data. Since both the road geometry data and the route data of the vehicle can thus be recorded when the vehicle is traveling, an immediate assignment of the vehicle to a lane and thus an exact determination of the current position of the vehicle is possible.
  • the route data is determined, for example, from a route / speed signal and / or a steering angle and / or wheel speed sensor and / or satellite-assisted using GPS.
  • a method for displaying pictorial environmental information of an observer from a bird's eye view is known.
  • an observer is shown the pictorial surrounding information in a bird's eye view.
  • moving objects are detected within the image data.
  • the method offers the possibility of making the parameters of the detected objects available to a system or a person for further processing.
  • the inaccessible driving space described by its location parameters consists of one area or is formed from several non-contiguous partial areas.
  • methods known from stereo image processing can be used. Image data processed in this way can then be displayed by means of a display unit, which is symbolically displayed within the image data at the point in the scene at which the observer is located.
  • information about a free driving space can be transmitted via a telecommunications system to other road users or a traffic control center for further processing. It is also conceivable that this free driving space or parts thereof are checked for suitability as parking space, so that a driving space suitable as parking space is reported to a traffic control center or a vehicle driver.
  • DE 44 21 805 Cl discloses a method for orienting, route planning and controlling an autonomous, mobile unit. For each subtask, such as: Drive from A to B, keep your positional uncertainty below a certain threshold or create a map of the area and add these landmarks, different bonus and penalty points are awarded. In connection with a need to perform these tasks, after analysis of the bonus and penalty values, implementation weights for the individual tasks result, which are evaluated in a control unit. Depending on these weights, a corresponding subtask is selected and a corresponding intermediate goal is defined. The positional uncertainty of the autonomous and mobile unit is constantly monitored and a suitable measure is taken when a certain value is exceeded carried out in order to measure the current position and thus to reduce the increased error. The method described is mainly used for industrial and household robots and transport vehicles.
  • DE 100 41 277 AI discloses a method and a system for the autonomous development or expansion of geographic databases by using coordinated measurement data. This provides an overview of geospatial information in a specific area in which a large number of uncoordinated measuring vehicles are moving.
  • the measuring vehicles are equipped with a positioning system and collect special geospatial information when moving in the area. This specific information from the measuring vehicles is combined into a data record over time.
  • a central processor analyzes the data set to determine higher quality geospatial information.
  • the development system and method described is primarily used to develop and / or refine digital maps based on position measurements (the geospatial information) generated by the measurement systems equipped with global positioning system receivers.
  • the present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved embodiment for a method of the type mentioned at the outset, which in particular makes it possible to reliably monitor a rear area of a motor vehicle by means of suitable data acquisition and processing and thereby to increase driving safety.
  • the invention is based on the general idea of carrying out a lane assignment of detected vehicles traveling on a road using a local map. With the determined lane information on the map, the position data of the detected vehicle can be determined relative to the road.
  • the lane information is determined from the distance traveled by one's own vehicle, for which purpose road markings / landmarks (road geometry data) are recorded, which are detected in the vicinity of the vehicle and recorded on the map relative to one's own route.
  • the road geometry data described are recorded together with the route data, first position data of the motor vehicle relative to the road being calculated from the recorded road geometry data and the route data.
  • road course data are now calculated from the recorded road geometry data and the path data, which data are further processed and stored and reflect the road course in a specific area.
  • second position data of a following vehicle following the vehicle are recorded relative to the vehicle and third position data of the following vehicle relative to the street are calculated from the road course data, the first position data of the vehicle and the second position data of the following vehicle.
  • the determination of the route data which is the basis for the calculation of the position data of the vehicle, is described on the one hand by the movement of the vehicle by the distance d and on the other hand by the change in direction in the form of a rotation by a certain angle ⁇ .
  • the method enables the monitoring of a rear area of the vehicle and the assignment of the objects or vehicles detected in this rear area to a lane. As a result, a driver can be warned, for example when changing lanes to a target lane in order to overtake another vehicle, against a fast vehicle following him, which is traveling in the target lane, as a result of which collisions can be avoided and driving safety is generally increased.
  • the road geometry data can be determined using a stereo camera arranged on the rear of the vehicle.
  • the stereo camera detects landmarks which are formed by 3D points and which have a position, for example road marking, which is fixed relative to the road.
  • landmarks which are formed by 3D points and which have a position, for example road marking, which is fixed relative to the road.
  • the stereo camera it is also conceivable for the stereo camera to also acquire the following vehicles with regard to their vehicle speed and / or their position in addition to the acquisition of the road geometry data.
  • the road course data are calculated according to the Kalman filter principle.
  • position data of the vehicle from the individual wheel speeds of the own vehicle as well as landmark positions, which are recorded with the stereo camera are fed to the Cayman filter.
  • disturbances which, for example, affect the quality of the route data determined by different wheel circumferences or cross winds, can be suppressed with the aid of the landmarks determined by the stereo camera.
  • 1 is a schematic diagram for determining a street course
  • 5a is a diagram for the deviation of the maximum position errors depending on the number of landmarks
  • 5b shows a diagram as in FIG. 5a, but for the deviation of the mean position errors as a function of the number of landmarks.
  • a device 15 for determining a position of a motor vehicle 2 on a road 3 has one first device 11 for acquiring road geometry data
  • the first device 11 can be arranged on the rear of the motor vehicle 2 and can be designed as a stereo camera 9, which, in accordance with FIG. 1, captures a rearward passage of the motor vehicle 2.
  • the road geometry data 4 recorded by the stereo camera 9 result e.g. from stationary 3D points 10, for example from road markings near the motor vehicle or other landmarks.
  • a detection area 17 of the stereo camera 9 is designed such that with increasing distance from the motor vehicle 2, at least one detection width increases, and from a predetermined distance not only a first lane 18a on which the motor vehicle 2 moves in the direction of travel 16, but also adjacent lanes 18b and 18c or peripheral areas going beyond that are detected.
  • a second device 12 for example a vehicle sensor system, is provided for acquiring path data 5.
  • the route data 5 describe in particular the speed and direction of the vehicle movement.
  • Wheel speeds which cover a predefined distance per revolution depending on the size of the vehicle wheels of motor vehicle 2.
  • a control device 13 is provided, to which the road geometry data 4 determined by the first device 11 or the stereo camera 9 and the path data 5 determined by the second device 12 are fed for further processing.
  • the control device 13 is designed to calculate first position data 1 of the motor vehicle 2 relative to the road 3 and is also able to use the road geometry data 4 and the route data 5 to calculate road course data 6, which in the evaluated state covers a route 15 traveled by the motor vehicle 2 represent.
  • the control device 13 preferably contains a caiman filter Arrangement 20 and works according to the Kalman filter principle, which will be discussed in more detail below.
  • a third device 14 is provided, which is connected to the first device 11 in accordance with FIG. 1 and which is designed to acquire second position data 7 of a following vehicle 2 'following the vehicle 2 relative to the vehicle 2 is. It is conceivable here that, according to FIG. 1, the third device 14 is formed separately from the first device 11 or is partially or completely integrated into it.
  • the third device 11 has suitable means for detecting the vehicle rear area. It can expediently be provided that the stereo camera 9 captures the road geometry data 4 and / or the second position data 7 of the following vehicle 2 ′′.
  • the device 15 From the course of the road data 6, the first position data 1 of the vehicle 2 and the second position data 7 of the following vehicle 2 ', the device 15 according to the invention with the control unit 13 can calculate third position data 8 of the following vehicle 2 ⁇ relative to the road 3.
  • the device 15 thus enables the rear area of the motor vehicle 2 to be monitored and the objects or subsequent vehicles 2 ′′ detected in this rear area to be assigned to one's own lane 18a or an adjacent lane, for example 18b or 18c.
  • the idea of the invention is to carry out a lane assignment of detected vehicles 2 'using a local map (cf. FIG. 2).
  • the position of the detected vehicles 2 ′ relative to the route 19 of the own vehicle 2 can be determined using lane information from this local map. the.
  • the lane information is determined from the distance traveled 19 of one's own vehicle 2, for which purpose road geometry data 4, in particular road markings, are detected in the vicinity of vehicle 2 and recorded on the map relative to one's own route 19.
  • the track information can be determined continuously or, as shown in FIG. 2, at specific acquisition times t n _ x to t n (xe ⁇ l, 2,3 ... n ⁇ ).
  • the first position data 1 are entered in a coordinate system lying relative to the road 3 (see FIG. 3).
  • the changes in position of vehicle 2 can be described by two variables:
  • the vehicle 2 moves in the initial coordinate system during the time period t n _ 2 to t n . by a certain distance d, which according to the Pythagorean Theorem consists of the during the time period t n - 2 to t n . can be used to calculate distances parallel to the axis in the x and y directions.
  • the vehicle 2 moves by the distance di, which can also be calculated according to the Pythagorean theorem from the axially parallel path portions during the specified time period.
  • motor vehicle 2 changes at time t n . ⁇ its direction around the angle ⁇ .
  • the current position 1 of the motor vehicle 2 can be calculated in the initial coordinate system at the time t n from the distance thus traveled during a certain period of time and also from the change in angle undertaken in the process.
  • the road geometry data 4 determined by the stereo camera 9 and the route data 5 are now supplied to the control device 13. This creates a relationship between the coordinate system relative to vehicle 2 and the initial coordinate system relative to road 3 by establishing the following system of equations:
  • the coordinates (x f / z i ) of a fixed 3D point 10, for example a landmark, relate to the coordinate system relative to the vehicle 2 and the coordinates ⁇ x i , z i ) relate to the initial coordinate system relative to the street
  • the vehicle position 1 is described with (x, y) and its position with the angle ⁇ in the initial coordinate system (cf. FIG. 4).
  • Equations (1) and (2) represent non-linear measurement equations for the Cayman filter 20.
  • the measurement equations of all road geometry data 4 are combined in the measurement matrix h (x). For n road geometry data 4, this is therefore as follows:
  • the linearized measurement matrix H (x) can be calculated using the Jacobi matrix of h (x) at the current working point.
  • the linearized measurement matrix H (x) is:
  • the linearized measurement matrix H (x) is now used to calculate a gain matrix K k of the Cayman filter 20. It is calculated as:
  • the filter of the extended Kaiman filter 20 is implemented with the nonlinear measurement matrix h (x), since linearization errors would unnecessarily flow in using the linearized measurement matrix H (x).
  • the measurement vector y contains the individual road geometry coordinates 4 relative to the vehicle 2.
  • a maximum and an average deviation from position errors decreases with increasing number of evaluated road geometry data 4.
  • an average deviation of the position error for two road geometry data 4 (landmarks) is approximately 0.8 m, whereas for nine evaluated landmarks it is only approximately 0.2 m. The same can be observed for the maximum deviation of the position error. When the same number of landmarks is evaluated, this drops from 1.95m to 0.8m.
  • the invention provides for a lane assignment of detected vehicles 2 ′′ traveling behind one's own vehicle 2, on a road 3, with the aid of a local map be determined.
  • the lane information is determined from the distance traveled 19 of the driver's own vehicle 2, for which purpose road geometry data 4 are recorded, which are detected in the vicinity of the vehicle 2 and are recorded on the map relative to the driver's own route.
  • the road geometry data 4 and route data 5 described are recorded, first position data 1 of the motor vehicle 2 relative to the road 3 being calculated from these data.
  • Road route data 6 are now calculated from the recorded road geometry data 4 and the route data 5, which are further processed and stored and reflect the road route (route route 19) in a specific area.
  • second position data 7 of a following vehicle 2 ⁇ following the vehicle 2 are recorded relative to the vehicle 2 and third position data 8 of the following vehicle 2 'relative to the road course data 6, the first position data 1 of the vehicle 2 and the second position data 7 of the following vehicle 2' Street 3 calculated.
  • the method enables the monitoring of a rear area of the vehicle 2 and the assignment of the objects or vehicles 2 ′ detected in this rear area to a lane.
  • the road geometry data 4 can be determined with a stereo camera 9 arranged on the rear of the vehicle 2, whereas the second position data 7 of the following vehicle 2 'can be recorded with the third device 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position (1) eines Kraftfahrzeugs (2) auf einer Strasse (3), wobei Strassengeometriedaten (4) und Wegdaten (5) erfasst werden, wobei aus den erfassten Strassengeometriedaten (4) und Wegdaten (5) erste Positionsdaten (1) des Kraftfahrzeugs (2) relativ zur Straße (3) berechnet werden. Erfindungswesentlich ist dabei, dass aus den Strassengeometriedaten (4) und den Wegdaten (5) Strassenverlaufsdaten (6) berechnet werden, dass zweite Positionsdaten (7) eines dem Fahrzeug (2) nachfolgenden Folgefahrzeugs (2') relativ zum Fahrzeug (2) erfasst werden, und dass aus den Strassenverlaufsdaten (6), den ersten Positionsdaten (1) des Fahrzeugs (2) und den zweiten Positionsdaten (7) des Folgefahrzeugs (2') dritte Positionsdaten (8) des Folgefahrzeugs (2') relativ zur Strasse (3) berechnet werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittliing einer Position eines Kraftfahrzeugs auf einer Straße
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Kraftfahrzeugs auf einer; Straße gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und außerdem eine zugehörige Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Aus der DE 199 21 437 AI sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeuges auf einer Straße bekannt. Hierbei ist vorgesehen, Straßengeometriedaten und Wegdaten des Fahrzeugs zu ermitteln und durch einen Vergleich der Straßengeometriedaten mit den Wegdaten die Position des Fahrzeugs auf der Straße zu bestimmen. Da somit bei der Fahrt des Fahrzeugs sowohl die Straßengeometriedaten als auch die Wegdaten des Fahrzeugs erfasst werden können, ist eine unmittelbare Zuordnung des Fahrzeuges auf eine Fahrspur und damit eine exakte Bestimmung der momentanen Position des Fahrzeugs möglich. Die Ermittlung der Wegdaten erfolgt dabei bspw. aus einem Weg-/Geschwindigkeitssignal und/oder einem Lenkwinkel- und/oder Rad-Drehzahlsensor und/oder satellitenunterstützt mittels GPS.
Aus der DE 100 59 900 AI ist ein Verfahren zur Darstellung bildhafter Umgebungsinformationen eines Beobachters aus der Vogelperspektive bekannt. Insbesondere zur Unterstützung beim Betrieb von Kraftfahrzeugen wird somit einem Beobachter die bildhafte UmgebungsInformation in Vogelperspektive darge- stellt, wobei sich bewegende Objekte innerhalb der Bilddaten detektiert werden. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, die Parameter der detektierten Objekte einem System oder einer Person zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zustellen.
Dabei ist denkbar, dass der durch seine Ortsparameter beschriebene, nicht befahrbare Fahrraum aus einem Bereich besteht oder aber aus mehreren nicht zusammenhängenden Teilbereichen gebildet wird. Hierbei kann auf aus der Stereo- Bildverarbeitung bekannte Verfahren zurückgegriffen werden. Auf diese Weise bearbeitete Bilddaten können sodann mittels einer Anzeigeeinheit dargestellt werden, wobei an der Stelle in der Szene, an welcher sich der Beobachter befindet, dieser symbolhaft innerhalb der Bilddaten dargestellt wird. Zusätzlich können Informationen über einen freien Fahrraum über eine Telekommunikationsanläge an andere Verkehrsteilnehmer oder eine Verkehrszentrale zur Weiterverarbeitung übermittelt werden. Auch ist denkbar, dass dieser freie Fahrraum oder Teile davon auf die Eignung als Parkraum überprüft werden, so dass ein als Parkraum geeigneter Fahrraum einer Verkehrszentrale oder einem Fahrzeugführer gemeldet wird.
Aus der DE 44 21 805 Cl ist ein Verfahren zur Orientierung, Fahrwegplanung und Steuerung einer autonomen, mobilen Einheit bekannt. Für jede Teilaufgabe, wie beispielsweise: Fahre von A nach B, halte deine Positionsunsicherheit unterhalb einer bestimmten Schwelle bzw. erstelle eine Umgebungskarte und füge dieser Landmarken hinzu, werden unterschiedliche Bonus- und Maluspunkte vergeben. In Verbindung mit einer Notwendigkeit zur Durchführung dieser Aufgaben ergeben sich nach Analyse der Bonus- und Maluswerte Durchführungsgewichte für die einzelnen Aufgaben, welche in einer Steuereinheit ausgewertet werden. In Abhängigkeit dieser Gewichte wird eine entsprechende Teilaufgabe ausgewählt und ein entsprechendes Zwischenziel festgelegt. Dabei wird ständig die Positionsunsicherheit der autonomen und mobilen Einheit überwacht und bei Überschreiten eines bestimmten Wertes eine geeignete Maßnahme durchgeführt, um die aktuelle Position zu vermessen und damit den angewachsenen Fehler zu vermindern. Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens erfolgt hauptsächlich bei Industrie- und Haushaltsrobotern sowie Transportfahrzeugen.
Aus der DE 100 41 277 AI sind ein Verfahren und ein System zum autonomen Entwickeln oder Erweitern von geographischen Datenbanken durch Verwendung koordinierter Messdaten bekannt . Dabei wird sich ein Überblick über geospatiale Informationen eines bestimmten Gebietes verschafft, in dem sich eine Vielzahl von unkoordinierten Messfahrzeugen bewegt. Die Messfahrzeuge sind mit einem Positionsbestimmungssystem ausgerüstet und sammeln beim Bewegen in dem Gebiet spezielle geospatiale Informationen. Diese spezifischen Informationen von den Messfahrzeugen werden über der Zeit zu einem Datensatz kombiniert. Ein Zentralprozessor analysiert den Datensatz zur Bestimmung von geospatialen Informationen höherer Qualität. Das beschriebene Entwicklungssystem und -verfahren wird hauptsächlich zum Entwickeln und/oder Verfeinern von digitalen Karten auf Grundlage von Positionsmessungen (den geospatialen Informationen) benutzt, die von den mit globalen Positioniersystemempfangern ausgerüsteten Messsystemen erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren eingangs erwähnter Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche es insbesondere ermöglicht, durch eine geeignete Datenerfassung und - Verarbeitung einen Rückraum eines Kraftfahrzeugs zuverlässig zu überwachen und dadurch die Fahrsicherheit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Spurzuordnung von auf einer Straße fahrenden detektierten Fahrzeugen mit Hilfe einer lokalen Karte durchzuführen. Mit den ermittelten SpurInformationen in der Karte können die Positionsdaten des detektierten Fahrtzeugs relativ zur Straße ermittelt werden. Die Spurinformationen werden dabei aus der zurückgelegten Wegstrecke des eigenen Fahrzeuges bestimmt, wofür Straßenmarkierungen/Landmarken (Straßengeometriedaten) erfasst werden, die im Nahbereich des Fahrzeugs detektiert und relativ zur eigenen Wegstrecke in die Karte aufgenommen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beschriebenen Straßengeometriedaten zusammen mit den Wegdaten erfasst, wobei aus den erfassten Straßengeometriedaten und den Wegdaten erste Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Straße berechnet werden. Erfindungsgemäß werden nun aus den erfassten Straßengeometriedaten und den Wegdaten Straßenverlaufsdaten berechnet, welche weiterverarbeitet und gespeichert werden und den Straßenverlauf in einem bestimmten Bereich wiedergeben. Darüber hinaus werden zweite Positionsdaten eines dem Fahrzeug nachfolgenden Folgefahrzeugs relativ zum Fahrzeug erfasst und aus den Straßenverlaufsdaten, den ersten Positionsdaten des Fahrzeugs und den zweiten Positionsdaten des Folgefahrzeugs dritte Positionsdaten des Folgefahrzeugs relativ zur Straße berechnet .
Die Ermittlungen der Wegdaten, welche der Berechnung der Positionsdaten des Fahrzeugs zu Grunde liegenden, wird zum einen durch die Bewegung des Fahrzeuges um die Wegstrecke d und zum anderen durch die Richtungsänderung in Form einer Drehung um einen bestimmten Winkel Ψ beschrieben.
Um eine hohe Güte der Straßengeometriedaten, Wegdaten und dem daraus gebildeten Straßenverlauf zu erhalten, ist eine genaue Bestimmung der Richtungsänderung und der Wegstrecke erforderlich. Hierzu werden Radgeschwindigkeiten bzw. Raddrehzahlen des Fahrzeugs in Kombination mit Messwerten aus dem System zur Erfassung der Straßengeometriedaten ausgewertet. Generell ermöglicht das Verfahren die Überwachung eines Rückraums des Fahrzeugs sowie die Zuordnung der in diesem Rückraum detektierten Objekte bzw. Fahrzeuge zu einer Fahrspur. Ein Fahrer kann dadurch, beispielsweise bei einem Spurwechsel auf eine Zielspur zum Überholen eines anderen Fahrzeugs, vor einem schnellen, ihm folgenden Fahrzeug, welches auf der Zielspur fährt, gewarnt werden, wodurch sich Kollisionen vermeiden lassen und allgemein die Fahrsicherheit erhöht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Straßengeometriedaten mit einer heckseitig am Fahrzeug angeordneten Stereokamera ermittelt werden. Die Stereokamera erfasst dabei Landmarken, welche von 3D-Punkten gebildet werden und welche eine relativ zur Straße feste Position, beispw. Straßenmarkierung, aufweisen. Generell ist auch denkbar, dass die Stereokamera neben der Erfassung der Straßengeometriedaten zusätzlich auch die Erfassung nachfolgender Fahrzeuge hinsichtlich deren Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder deren Position übernimmt .
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann vorgesehen sein, dass die Straßenverlaufsdaten nach dem Kalmanfilter-Prinzip berechnet werden. Hier zu werden Positionsdaten des Fahrzeugs aus den einzelnen Raddrehzahlen des eigenen Fahrzeugs sowie Landmarkenpositionen, welche mit der Stereokamera, erfasst werden, dem Kaimanfilter zugeführt. Dabei können insbesondere Störungen, die beispielsweise durch unterschiedliche Radumfänge oder Seitenwind die Güte der ermittelten Wegdaten beeinträchtigen mit Hilfe der von der Stereokamera ermittelten Landmarken unterdrückt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Figurenbeschreibungen anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert, wobei sich Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Ermittlung eines Straßenverlaufs,
Fig. 2 ein zurückgelegter Weg eines Fahrzeugs und dessen Lage in einer Fahrzeugspur zu unterschiedlichen ErfassungsZeitpunkten,
Fig. 3 eine abgefahrene Wegstrecke mit Richtungsänderung zwischen zwei Erfassungszeitpunkten in einem initialen Koordinatensystem,
Fig. 4 Landmarkenpositionen im Initial- und im Fahrzeugkoordinatensystem,
Fig. 5a ein Diagramm zur Abweichung der maximalen Positionsfehler in Abhängigkeit der Landmarkenanzahl,
Fig. 5b ein Diagramm wie in Fig. 5a, jedoch zur Abweichung der mittleren Positionsfehler in Abhängigkeit der Landmarkenanzahl .
Entsprechend Fig. 1 weist eine Vorrichtung 15 zur Ermittlung einer Position eines Kraftfahrzeugs 2 auf einer Straße 3 eine erste Einrichtung 11 zur Erfassung von Straßengeometriedaten
4 auf. Die erste Einrichtung 11 kann dabei heckseitig am Kraftfahrzeug 2 angeordnet und als Stereokamera 9 ausgebildet sein, welche gemäß Fig. 1 einen rückwärtigen durchf hrenen Raum des Kraftfahrzeugs 2 erfasst. Die von der Stereokamera 9 erfassten Straßengeometriedaten 4 ergeben sich z.B. aus ortsfesten 3D-Punkten 10, beispielsweise aus kraftfahrzeugnahen Straßenmarkierungen oder anderen Landmarken.
Ein Erfassungsbereich 17 der Stereokamera 9 ist dabei so ausgebildet, dass mit zunehmendem Abstand vom Kraftfahrzeug 2 zumindest eine Erfassungsbreite zunimmt, und ab einem vorbestimmten Abstand nicht nur eine erste Fahrspur 18a, auf welcher sich das Kraftfahrzeug 2 in Fahrtrichtung 16 bewegt, sondern auch benachbarte Fahrspuren 18b und 18c bzw. darüber hinausgehende Randbereiche erfasst werden.
Des Weiteren ist eine zweite Einrichtung 12, beispielsweise eine Fahrzeugsensorik, zur Erfassung von Wegdaten 5 vorgesehen. Die Wegdaten 5 beschreiben insbesondere Geschwindigkeit und Richtung der Fahrzeugbewegung. Zur Erfassung von Wegdaten
5 dienen hierbei z.B. Raddrehzahlen, welche abhängig vom Umfang der Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs 2 eine vordefinierte Strecke je Umdrehung zurücklegen.
Neben der ersten Einrichtung 11 und der zweiten Einrichtung 12 ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, der die von der ersten Einrichtung 11 bzw. der Stereokamera 9 ermittelten Straßengeometriedaten 4 sowie die von der zweiten Einrichtung 12 ermittelten Wegdaten 5 zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 13 ist dabei zur Berechnung von ersten Positionsdaten 1 des Kraftfahrzeugs 2 relativ zur Straße 3 ausgebildet und ist zudem in der Lage, aus den Straßengeometriedaten 4 und den Wegdaten 5 Straßenverlaufsdaten 6 zu berechnen, welche in ausgewertetem Zustand eine vom Kraftfahrzeug 2 durchfahrene Wegstrecke 15 darstellen. Die Steuereinrichtung 13 enthält vorzugsweise eine Kaimanfilter- Anordnung 20 und arbeitet nach dem Kalmanfilter-Prinzip, auf welches im weiteren noch näher eingegangen wird.
Zusätzlich zur ersten Einrichtung 11 und zur zweiten Einrichtung 12 ist eine dritte Einrichtung 14 vorgesehen, welche gemäß Fig. 1 mit der ersten Einrichtung 11 verbunden ist und welche zur Erfassung von zweiten Positionsdaten 7 eines dem Fahrzeug 2 nachfolgenden Folgefahrzeugs 2' relativ zum Fahrzeug 2 ausgebildet ist. Denkbar ist hierbei, dass gemäß Fig. 1 die dritte Einrichtung 14 separat zur ersten Einrichtung 11 ausgebildet ist oder teilweise oder vollständig in diese integriert ist. Die dritte Einrichtung 11 verfügt über geeignete Mittel zur Erfassung des Fahrzeug-Rückraums . Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass die Stereokamera 9 die Straßengeometriedaten 4 und/oder die zweiten Positionsdaten 7 des Folgefahrzeugs 2 " erfasst .
Aus den Straßenverlaufsdaten 6, den ersten Positionsdaten 1 des Fahrzeugs 2 und den zweiten Positionsdaten 7 des Folgefahrzeugs 2', kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 15 mit der Steuereinheit 13 dritte Positionsdaten 8 des Folgefahrzeugs 2^ relativ zur Straße 3 berechnen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 15 ermöglicht somit eine Ü- berwachung des Rückraums des Kraftfahrzeugs 2 sowie eine Zuordnung der in diesem Rückraum detektierten Objekte bzw. nachfolgenden Fahrzeuge 2 " zur eigenen Fahrspur 18a oder einer benachbarten Fahrspur, z.B. 18b oder 18c.
Im Folgenden soll nun kurz die Funktionsweise der erfindungs- gemäßen Vorrichtung 15 erläutert werden:
Die Idee der Erfindung besteht darin, eine Spurzuordnung von detektierten Fahrzeugen 2' mit Hilfe einer lokalen Karte durchzuführen (vgl. Fig. 2). Mit Spurinformationen dieser lokalen Karte kann die Position der detektiert Fahrzeuge 2' relativ zur Wegstrecke 19 des eigenen Fahrzeugs 2 bestimmt wer- den. Die SpurInformationen werden dabei aus der zurückgelegten Wegstrecke 19 des eigenen Fahrzeuges 2 bestimmt, wozu Straßengeometriedaten 4, insbesondere Straßenmarkierungen, im Nahbereich des Fahrzeugs 2 detektiert und relativ zur eigenen Wegstrecke 19 in die Karte aufgenommen werden. Die Ermittlung der Spurinformationen kann dabei kontinuierlich oder wie in Fig. 2 gezeigt zu bestimmten Erfassungszeitpunkten tn_x bis tn (x e { l,2,3...n}) erfolgen.
Zur Ermittlung der abgefahrenen Wegstrecke 19 des eigenen Fahrzeugs 2 werden die ersten Positionsdaten 1 in ein relativ zur Straße 3 liegendes Koordinatensystem (vgl. Fig.3) eingetragen. Die Positionsänderungen des Fahrzeugs 2 lassen sich dabei durch zwei Größen beschreiben:
- Durch die Verschiebung des Fahrzeuges um die Wegstrecke d und durch die Richtungsänderung des Fahrzeugs in Form einer Drehung um den Winkel ψ.
Gemäß Fig. 3 bewegt sich das Fahrzeug 2 im initialen Koordinatensystem während der Zeitspanne tn_2 bis tn. um eine bestimmte Wegstrecke d, welche sich gemäß dem Satz des Pythagoras aus den während der Zeitspanne tn-2 bis tn. zurückgelegten achsenparallelen Wegstrecken in x- und y-Richtung berechnen lässt .
Zwischen den Zeitpunkten tn_ bis tn bewegt sich das Fahrzeug 2 zu einem um die Wegstrecke di, welche sich ebenfalls gemäß dem Satz des Pythagoras aus den achsenparallelen Weganteilen während der angegebenen Zeitspanne berechnen lässt . Gleichzeitig ändert das Kraftfahrzeug 2 zum Zeitpunkt tn.± seine Richtung um den Winkel ψ. Aus der somit während einer gewissen Zeitspanne zurückgelegten Wegstrecke als auch aus der dabei vorgenommenen Winkeländerung, lässt sich die aktuelle Position 1 des Kraftfahrzeugs 2 im initialen Koordinatensystem zum Zeitpunkt tn berechnen. Um die zweiten Positionsdaten 7 des Fahrzeugs 2 relativ zur Straße 3 zu berechnen, werden nun die von der Stereokamera 9 ermittelten Straßengeometriedaten 4 sowie die Wegdaten 5 der Steuereinrichtung 13 zugeführt. Diese stellt einen Zusammenhang zwischen dem Koordinatensystem relativ zum Fahrzeug 2 und dem initialen Koordinatensystem relativ zur Straße 3 her, indem sie nachfolgendes Gleichungssystem aufstellt :
xi = -(x± - x) ■ cos ψ - (yi - y) • sin ψ (1)
= —(x± - x) • sin ψ + (y± - y) • cos ψ (2)
Dabei beziehen sich die Koordinaten (xf/zi) eines ortsfesten 3D-Punktes 10, beispielsweise einer Landmarke, auf das Koordinatensystem relativ zum Fahrzeug 2 und die Koordinaten { xi , zi ) auf das initiale Koordinatensystem relativ zur Straße
3. Die Fahrzeugposition 1 wird mit (x,y) und dessen Lage mit dem Winkel ψ im initialen Koordinatensystem beschrieben (vgl . Fig. 4) .
Die Gleichungen (1) und (2) stellen nichtlineare Messgleichungen für den Kaimanfilter 20 dar. Um eine Vielzahl von Straßengeometriedaten 4 im Kaimanfilter 20 verarbeiten zu können, werden die Messgleichungen aller Straßengeometriedaten 4 in der Messmatrix h (x) zusammengefasst . Diese lautet somit für n Straßengeometriedaten 4 wie folgt :
( j - x) • cos ψ - ( -j - y) • sin ψ (Xj - x) • sin ψ - (yx - y) • cos ψ h(x) = ( 3 ) χ„ {xn - x) - cos ψ - {yn - y) ■ sin ψ [xn - x) • sin ψ - (yπ - y) • cos ψ Da die Messgleichungen nicht linear sind, wird zur Behandlung im Kaimanfilter 20 eine Linearisierung durchgeführt. Die li- nearisierte Messmatrix H (x) lässt sich über die Jacobi-Matrix von h(x) im aktuellen Arbeitspunkt berechnen. Die lineari- sierte Messmatrix H (x) lautet:
cos ψ sm ψ + sm ψ ■ (*ι x) - cos ψ ■ {yx - y) sxτi ψ - cos ψ - cos ψ ■ ( ι x) - sin ψ ■ (y - y) dh(x) H(x) (4) dx cos ψ sin ψ + sin ψ • χ n x) - cos ψ ■ (yn - y) sin ψ - cos ψ - cos ψ ■ (χa x) - sin ψ • (yn - y)
Die linearisierte Messmatrix H (x) wird nun zur Berechnung einer Verstärkungsmatrix Kk des Kaimanfilters 20 herangezogen. Sie berechnet sich zu:
Hi K„ (5) Ht Hi + R„
Und weiter zu:
*k = x + Kk{yk - h(xk *) ) (6)
Der Filter des erweiterten Kaimanfilters 20 wird mit der nichtlinearen Messmatrix h(x) realisiert, da unter Verwendung der linearisierten Messmatrix H (x) unnötigerweise Linearisierungsfehler einfließen würden. Die Filtergleichung lautet wie folgt : Xl Zl y = ( 7) Xn Z
Der Messvektor y enthält dabei die einzelnen Straßengeomet- riekoordinaten 4 relativ zum Fahrzeug 2.
Entsprechend Fig. 5a und 5b gilt, dass eine maximale und eine mittlere Abweichung von Positionsfehlern mit zunehmender Anzahl ausgewerteter Straßengeometriedaten 4 sinkt. So liegt eine mittlere Abweichung der Positionsfehler für zwei Straßengeometriedaten 4 (Landmarken) bei ca. 0,8m, wogegen sie für neun ausgewertete Landmarken bei nur noch ca. 0,2m liegt. Ähnliches ist bei der maximalen Abweichung der Positionsfehler zu beobachten. Hierbei sinkt dieser bei einer Auswertung derselben Anzahl von Landmarken von 1,95m auf 0,8m.
Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der Erfindung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung sieht vor, eine Spurzuordnung von hinter dem eigenen Fahrzeug 2, auf einer Straße 3 fahrenden detektierten Fahrzeugen 2 " mit Hilfe einer lokalen Karte durchzuführen. Mit den ermittelten SpurInformationen in der Karte können die Positionsdaten 7 des detektierten Fahrtzeugs 2 " relativ zur Straße 3 ermittelt werden. Die SpurInformationen werden dabei aus der zurückgelegten Wegstrecke 19 des eigenen Fahrzeuges 2 bestimmt, wofür Straßengeometriedaten 4 erfasst werden, die im Nahbereich des Fahrzeugs 2 detektiert und relativ zu eigenen Wegstrecke in die Karte aufgenommen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beschriebenen Straßengeometriedaten 4 und Wegdaten 5 erfasst, wobei aus diesen Daten erste Positionsdaten 1 des Kraftfahrzeugs 2 relativ zur Straße 3 berechnet werden. Erfindungswesentlich werden nun aus den erfassten Straßengeometriedaten 4 und den Wegdaten 5 Straßenverlaufsdaten 6 berechnet, welche weiterverarbeitet und gespeichert werden und den Straßenverlauf (Wegstrecke 19) in einem bestimmten Bereich wiedergeben. Darüber hinaus werden zweite Positionsdaten 7 eines dem Fahrzeug 2 nachfolgenden Folgefahrzeugs 2^ relativ zum Fahrzeug 2 erfasst und aus den Straßenverlaufsdaten 6, den ersten Positionsdaten 1 des Fahrzeugs 2 und den zweiten Positionsdaten 7 des Folgefahrzeugs 2' dritte Positionsdaten 8 des Folgefahrzeugs 2' relativ zur Straße 3 berechnet.
Generell ermöglicht das Verfahren die Überwachung eines Rückraums des Fahrzeugs 2 sowie die Zuordnung der in diesem Rückraum detektierten Objekte bzw. Fahrzeuge 2' zu einer Fahrspur.
Dabei können die Straßengeometriedaten 4 mit einer heckseitig am Fahrzeug 2 angeordneten Stereokamera 9 ermittelt werden, wogegen die zweiten Positionsdaten 7 des nachfolgenden Fahrzeugs 2' mit der dritten Einrichtung 14 erfasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer Position (1) eines Kraftfahrzeugs (2) auf einer Straße (3) , - wobei Straßengeometriedaten (4) und Wegdaten (5) erfasst werden, - wobei aus den erfassten Straßengeometriedaten (4) und Wegdaten (5) erste Positionsdaten (1) des Kraftfahrzeugs (2) relativ zur Straße (3) berechnet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass aus den Straßengeometriedaten (4) und den Wegdaten (5) Straßenverlaufsdaten (6) berechnet werden, - dass zweite Positionsdaten (7) eines dem Fahrzeug (2) nachfolgenden Folgefahrzeugs (2") relativ zum Fahrzeug (2) erfasst werden, und - dass aus den Straßenverlaufsdaten (6) , den ersten Positionsdaten (1) des Fahrzeugs (2) und den zweiten Positionsdaten (7) des Folgefahrzeugs (2^) dritte Positionsdaten (8) des Folgefahrzeugs (2') relativ zur Straße (3) berechnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Straßengeometriedaten (4) mit einer heckseitig am Fahrzeug (2) angeordneten Stereokamera (9) ermittelt werden .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Straßenverlaufsdaten (6) nach dem Kalmanfilter- Prinzip berechnet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Wegdaten (5) zumindest Raddrehzahlen verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Bestimmung der Straßengeometriedaten (4) ortsfeste 3D-Punkte (10) verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als ortsfeste 3D-Punkte (10) kraftfahrzeugnahe Straßenmarkierungen verwendet werden.
7. Vorrichtung (15) zur Ermittlung einer Position (1) eines Kraftfahrzeugs (2) auf einer Straße (3) , - wobei eine erste Einrichtung (11) zur Erfassung von Straßengeometriedaten (4) vorgesehen ist, - wobei eine zweite Einrichtung (12) zur Erfassung von Wegdaten (5) vorgesehen ist, - wobei eine Steuereinrichtung (13) vorgesehen ist, die zur Berechnung von ersten Positionsdaten (1) des Kraftfahrzeugs (2) relativ zur Straße (3) ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass die Steuereinrichtung (13) zur Berechnung von Straßenverlaufsdaten (6) aus den Straßengeometriedaten (4) und den Wegdaten (5) vorgesehen ist, - dass eine dritte Einrichtung (14) zur Erfassung von zweiten Positionsdaten (7) eines dem Fahrzeug (2) nachfolgenden Folgefahrzeugs (2') relativ zum Fahrzeug (2) vorgesehen ist, und - dass die Steuereinrichtung (13) zur Berechnung von dritten Positionsdaten (8) des Folgefahrzeugs (2^) re- lativ zur Straße (3) aus den Straßenverlaufsdaten (6) , den ersten Positionsdaten (1) des Fahrzeugs (2) und den zweiten Positionsdaten (7) des Folgefahrzeugs {2") ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine heckseitig am Fahrzeug (2) angeordnete Stereokamera (9) zur Ermittlung der Straßengeometriedaten (4) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Berechnung der Straßenverlaufsdaten (6) ein Kal- manfilter-Prinzip vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Wegdaten (5) zumindest Raddrehzahlen vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Bestimmung der Straßengeometriedaten (4) ortsfeste 3D-Punkte (10) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als ortsfeste 3D-Punkte (10) kraftfahrzeugnahe Straßenmarkierungen vorgesehen sind.
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