WO2018108397A1 - Verfahren zum bestimmen einer relativen position eines kraftfahrzeugs, positionsbestimmungssystem für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum bestimmen einer relativen position eines kraftfahrzeugs, positionsbestimmungssystem für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug Download PDF

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WO2018108397A1
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motor vehicle
current position
yaw rate
wheel
determining
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Christopher Demiral
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Audi Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G01C22/02—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers by conversion into electric waveforms and subsequent integration, e.g. using tachometer generator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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    • G07C5/08—Registering or indicating performance data other than driving, working, idle, or waiting time, with or without registering driving, working, idle or waiting time
    • G07C5/0841—Registering performance data
    • G07C5/085—Registering performance data using electronic data carriers

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a current position of a motor vehicle relative to a previously occupied by the motor vehicle starting position and a corresponding position determination system for a motor vehicle and a motor vehicle having such a position determining system.
  • a first approach uses an integration of measurement data of an inertial sensor.
  • a central aspect can be expressed by the following equations, which describe a calculation of a respective current position - described by the coordinates ⁇ + ⁇ , yk + i - from a previous position - described by the coordinates Xk, yk -:
  • a change in orientation is calculated either from a difference in the movements of the individual wheels on an axle or from Radlenkwinkel, speed and wheelbase.
  • the path impulses for the individual wheels are supplied by Radencodern in series vehicles, which offer only a low resolution, so that, for example, only after a movement or traveled distance of 0.02 m, a new path impulse is delivered.
  • This low resolution of the Radencoder leads to problems, especially when driving slowly, because the respective measured values change abruptly.
  • this sudden or jerky detected change in orientation has a detrimental effect on the processing of environment sensor data.
  • parking maneuvers which require accuracies in the centimeter range, can not be implemented satisfactorily, especially in autonomous or semi-autonomous operation.
  • DE 10 2005 018 834 A1 discloses a system and a method for determining a current motor vehicle position and a current orientation of a motor vehicle.
  • a transponder unit of the motor vehicle is used to detect a position of a transponder, which is passed by the motor vehicle
  • DE 10 2014 202 369 A1 describes a method for the control of four-wheel steered vehicles.
  • a rear wheel steering angle is detected and based on this and a scaling factor, a feedforward control lateral acceleration value is determined.
  • control of operation is made from the front steerable wheels and the rear steerable wheels.
  • a total effective steering angle value may be determined based on the front wheel steering angle, the effective rear wheel steering angle, and a dual Ackermann geometry steering angle value.
  • DE 10 2008 045 618 A1 discloses a method and a device for calibrating sensors of a vehicle. During a drive of the vehicle, sensor position data are detected by means of a sensor to be calibrated and model position data is determined.
  • the model position data are formed by means of a driving state variable of the vehicle and supplied to a vehicle model, the model position data being used to determine a sensor position of the sensor to be calibrated.
  • driving state variables a vehicle position, a steering angle, a yaw angle and / or variables determined therefrom can be detected.
  • the object of the present invention is to enable an improved determination of a relative position of a motor vehicle.
  • a method for determining a current position of a motor vehicle relative to a starting position previously occupied by the motor vehicle comprises a plurality of method steps explained below.
  • a respective wheel position change in the circumferential direction is measured between the starting position and the current position of the motor vehicle for at least two wheels of the motor vehicle by means of a respective sensor device.
  • the wheel position changes of the individual wheels thus indicate how far or at what angle the respective wheel is rotated, rolled or unrolled during a movement of the motor vehicle from the starting position to the current position.
  • the Rad einsver can be determined for example by means of a Radencoders.
  • the respective wheel position changes can also be measured for more than two wheels - in particular in the case of conventional passenger cars, preferably for four or all wheels.
  • a respective determination of a respective motion vector of the motor vehicle takes place individually from each of the measured wheel position changes by means of a calculation device of the motor vehicle.
  • a motion vector of the motor vehicle is calculated and this is separated or independently of each other for each of Wheels whose wheel position changes were measured carried out.
  • the determination of the individual motion vectors can take place in succession but also in parallel, which may be dependent, for example, on the specific design and computing capacity of the calculation device. For example, a wheel position change can thus be measured independently of one another for four wheels of the motor vehicle, so that now also four individual motion vectors of the motor vehicle calculated therefrom are present.
  • the motion vector here is a vectorial variable which describes or characterizes the motion of the motor vehicle.
  • the motion vector may include, for example, an x and a y component to describe movement in a plane in which the motor vehicle is moving.
  • a predetermined coordinate system can be defined and given as a reference.
  • the reference coordinate system that is to say the reference X direction and the reference y direction, can be fixed and independent of an actual current orientation or movement of the motor vehicle.
  • a reference direction for example, a previous direction of movement or direction of travel of the motor vehicle.
  • the direction of the movement that has led the motor vehicle to the starting position can serve as a reference direction for the movement from the starting position to the current position.
  • the latter can then serve as a reference direction for a subsequent movement of the motor vehicle from the current position to a future position, thus resulting in an iterative or chained process.
  • a further possibility may be, for example, to use a given in each case during the last commissioning of the motor vehicle orientation as a reference direction during the current operation until a shutdown of the motor vehicle.
  • the current position of the motor vehicle is determined by means of the calculation device by adding the averaged motion vector of the force, which is rotated by a respective yaw angle of the motor vehicle, starting from the reference direction. vehicle to the starting position.
  • the starting position thus serves as the starting point or starting point for the motion vector.
  • the yaw angle is determined using a yaw rate provided by a yaw rate sensor of the motor vehicle and indicates the orientation of the motor vehicle. In this case, a period of time which is required for the movement of the motor vehicle from the starting position into the current position can preferably be detected.
  • the yaw angle may then preferably be determined by multiplying this time period by the mean yaw rate calculated for that time period.
  • a respective current or last determined value of the yaw rate is also advantageous to use a respective current or last determined value of the yaw rate, as a result of which a calculation or data processing effort can be minimized if necessary.
  • a theoretical error in the determination of the current position resulting therefrom can be neglected because, due to the typical mass and acceleration of the motor vehicle, a change in the yaw rate during the periods of time considered to be preferred has no significant influence.
  • the time periods considered can be in particular of the order of magnitude of 10 to 100 ms, but in any case shorter than one second.
  • the yaw angle can also be determined directly by integrating the yaw rate measured during the time period.
  • the current position of the motor vehicle relative to or based on the previously assumed starting position can be determined by the inventive method.
  • the current position can then serve as a starting position for a further, subsequent position determination.
  • a path of the motor vehicle can be determined or tracked in steps or sections, for which advantageously no vehicle-external positioning means, such as a satellite-based navigation system, are necessary or must be used.
  • the current position of the vehicle can advantageously be determined, for example, also in buildings, underground or in general in situations without reliable data connection to vehicles external to the vehicle.
  • the achievable accuracy can be set with significantly less effort, in particular improved, than approximately when using a satellite-based navigation system.
  • the wheel position changes ie the corresponding sensor or measured values or information for several wheels der, can advantageously be achieved an improvement in the effective resolution and accuracy in determining the motion vector of the motor vehicle and ultimately the current position of the motor vehicle.
  • N Randencodern By averaging, due to positional differences of the respective wheel encoders for the individual wheels, a total of up to N-fold resolution compared with the use of a single Radencoders can be achieved using N Randencodern.
  • the use of 4 Radencoder ideally so the fourfold resolution or accuracy can be achieved.
  • a single Radencoder may for example have a circular or circular teeth with, for example, 48 teeth and thus 96 flanks, which rotates with the respective wheel and from which the rotation of the wheel is detected.
  • the terms used "wheel” and “wheels” designate appropriately trained ground contact elements of the motor vehicle.
  • the motor vehicle is supported along and on a roadway via the respective wheel or via the respective wheels or ground contact elements on the roadway, wherein the wheel or roll the wheels along and on the road.
  • the yaw angle in determining the current position of the average yaw angle of the motor vehicle between the starting position and the current position. For example, when the motor vehicle is moving on a circular arc, that is to say it is turning, it actually moves in continuously changing directions.
  • the mean yaw angle that is, the mean direction, orientation or direction of travel of the motor vehicle during movement on the arc between the starting position and the current position can advantageously be a mistake in determining the current position over classical approaches, which for example the first or last used alignment can be reduced.
  • the current position can be Pk + i as
  • P k + 1 P k + s ⁇ R (5), where Pk the starting position, s the average motion vector, R (5) with a rotation matrix by the angle ⁇
  • yawrate indicates the yaw rate provided by the yaw rate sensor of the motor vehicle and the current yaw angle yawk, i of the motor vehicle in the current position is calculated from the yaw rate yawrate and a yaw rate yawk as present in the starting position
  • At indicates the time elapsed from the home position to the current position during movement of the motor vehicle.
  • the rotation matrix or rotation matrix R may be given for rotation in a plane as
  • the corresponding method in particular in the described implementation type, is particularly suitable, for example, for position determination and path or trajectory tracking of the vehicle in autonomous or semi-autonomous maneuvering or parking maneuvers.
  • the position data obtained by the application of the method according to the invention can advantageously be provided to a driver assistance system of the motor vehicle, for example a trajectory-following control.
  • a respective wheel steering angle and / or Ackermann geometry of the motor vehicle are taken into account when determining the motion vector of the motor vehicle from the individual wheel position changes.
  • data or measured values provided by additional or separate steering angle sensors as well as vehicle-specific data can be evaluated and taken into account, for example with regard to a size, arrangement and / or position of respective lever arms of an Ackermann steering system of the motor vehicle.
  • This can accuracy and reliability in the determination of the motion vectors and thus ultimately in the determination of the current position of the motor vehicle can be achieved.
  • Such an enlarged database can advantageously contribute to increasing safety, which is particularly relevant and advantageous, in particular, for autonomous or semi-autonomous driving maneuvers and / or assistance systems of the motor vehicle.
  • the individual wheel position changes are converted into a respective motion vector of an on-board reference point when the motion vector of the motor vehicle is determined, the same reference point being used for all wheel position changes.
  • respective calculated movements or motion vectors of the vehicle-specific and vehicle-fixed reference point result as movements or motion vectors of the motor vehicle.
  • an updated value of the yaw rate is provided by the yaw rate sensor at least every 20 ms, preferably every 10 ms.
  • the yaw rate sensor may have a sampling or measuring rate of at least 50 Hz, preferably of at least 100 Hz. This ensures that data are available at all times that are current enough to allow sufficient accuracy in determining the current position of the motor vehicle. In particular, a sufficient for any driving maneuver accuracy can be guaranteed.
  • the sensor device or sensor devices for example, preferably at least every 20 ms or every 10 ms each current value of the respective Rad einsver selectedung or the respective angular position or rotation of the respective wheel.
  • the wheel position changes are measured for wheels which are arranged spaced apart along a longitudinal extension of the motor vehicle.
  • the respective wheel position changes for at least one front wheel and one rear wheel of the motor vehicle can be measured.
  • wheel position changes are measured and processed or used both by at least one steered wheel and by at least one non-steered wheel, because here - especially when cornering different
  • the wheels whose wheel position changes are measured, can therefore be arranged on different axes, wherein at the respective position in the vehicle longitudinal direction of a wheel only this one wheel can be arranged or several wheels can be arranged.
  • the respective wheel position changes for all or any selection of wheels of a three-wheeled or tricycle-like motor vehicle can be measured.
  • An inventive position determination system for a motor vehicle for determining a current position of the motor vehicle relative to a starting position previously occupied by the motor vehicle comprises at least two sensor devices for measuring a respective wheel position change in the circumferential direction of at least two wheels.
  • a separate sensor device can therefore be provided for each wheel whose wheel position change is measured.
  • the sensor devices can also be understood and designed as parts of a single larger or more comprehensive sensor device.
  • the position determination system according to the invention additionally comprises a calculation device and a yaw rate sensor and is set up to carry out a method according to the invention.
  • the calculation device can in particular have respective interfaces for receiving measured values or sensor data of the sensor devices and the yaw rate sensor exhibit.
  • the calculation device can be connected via corresponding data connections directly or indirectly with the sensor devices and the yaw rate sensor.
  • the transmission of the measured values or sensor data can also take place, for example, via a vehicle electrical system, for example a CAN bus.
  • the calculation device can be, for example, a control device and comprise a processor and a memory device.
  • the fact that the position determination system is set up for carrying out the method according to the invention may mean, for example, that a program code is stored in the memory device which codes or represents the method and calculation steps necessary for carrying out the method.
  • a further embodiment of a position determination system according to the invention for a motor vehicle for determining a current position of the motor vehicle relative to a starting position previously occupied by the motor vehicle may also be limited to the calculation device configured to receive the described measured values or sensor data relating to the wheel position changes, the yaw rate and the yaw angle.
  • a further embodiment of the position determination system according to the invention can be limited to the memory device with the described program code.
  • vehicle-specific variables such as size information about the motor vehicle or parts of the motor vehicle, in particular the wheels
  • data relating to a slip behavior of the wheels can also be stored. This data can be stored, for example, in a map. In the map, for example, a speed of the motor vehicle and / or a curve radius may also be included as further variables or parameters.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a position determination system according to the invention.
  • the motor vehicle according to the invention has sensor devices for measuring a respective wheel position change in the circumferential direction of at least two wheels and at least one yaw rate sensor and a calculation device.
  • the embodiments of the method according to the invention, the position determination system and the motor vehicle according to the invention and the respective respective advantages described above are mutually exchangeable and transferable mutually between the method according to the invention, the position determination system according to the invention and / or the motor vehicle according to the invention. This also applies to components or devices used or to be used for carrying out the method according to the invention.
  • the single figure shows a schematic plan view of a motor vehicle in a starting position and a current position and serving as a reference two-dimensional coordinate system.
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention.
  • the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • the single FIGURE shows a schematic plan view of a starting situation 1 and a current situation 2, in each of which a motor vehicle 3 is shown in a specific position or orientation.
  • the initial situation 1 is to be understood as being temporally ahead of the current situation.
  • a spatial relation between the starting situation 1 and the current situation 2, that is to say also between the respective positions or positions of the motor vehicle 3, is illustrated by means of a coordinate system having an x-axis or -direction and a y-axis or -direction.
  • the motor vehicle 3 comprises a position determination system 4, by means of which a respective position of the motor vehicle 3 can be determined.
  • the respective position of the motor vehicle 3 is described and indicated by a respective position of a vehicle-specific and vehicle-fixed reference point 5.
  • the reference point 5 is a center of a rear axle of the motor vehicle 3, not shown here.
  • any other vehicle-definable points, positions or components could be used as a reference point 5.
  • a plane is spanned, in which the motor vehicle 3 moves or is located.
  • the motor vehicle 3 is in an initial position, which is defined by the coordinates x ", yk.
  • the motor vehicle 3 is oriented in accordance with an initial orientation 6.
  • an orientation of the motor vehicle a direction of a central axis in the vehicle longitudinal direction of the vehicle 3 is defined.
  • the respective orientation, in this case the initial orientation 6, of the motor vehicle can be described relative to the reference direction 7 by specifying a yaw angle.
  • the initial orientation 6 is thus specified, for example, by specifying a starting yaw angle 8 which indicates or describes a deviation of the initial orientation 6 from the reference direction 7.
  • the motor vehicle 3 has moved so that the current situation 2 represents the current position of the motor vehicle 3.
  • the current position of the motor vehicle 3 is also given by the current position of the reference point 5.
  • the current position of the reference point 5 is defined by the coordinates ⁇ + ⁇ , yk + i.
  • a change in the orientation of the motor vehicle 3 has also taken place during the corresponding movement of the motor vehicle 3.
  • the motor vehicle 3 now has a current orientation 9.
  • the current orientation 9 deviates from the reference direction 7 by a current yaw angle 1 0.
  • the current yaw angle 1 0 is greater than the Horgierwinkel 8, which is to be understood only as an example and by no means must be general.
  • the position determination system 4 For the determination of the current position of the motor vehicle 3, the position determination system 4 processes data provided by respective sensor devices of the motor vehicle 3, not shown here, which indicate a respective wheel position in the circumferential direction for the four wheels.
  • a respective change in the wheel position of the individual wheels during the movement of the motor vehicle from the starting position to the current position can be determined from these sensor data relating to the respective wheel positions.
  • the respective Radgorisver which is a measure of a distance traveled by the motor vehicle 3 distance, converted into a movement of the reference point 5.
  • a respective wheel steering angle and respective lever arms are taken into account in accordance with an Ackermann geometry of the motor vehicle 3 or an Ackermann steering of the motor vehicle 3.
  • the movements of the reference point 5 obtained therefrom as a result may, for example, differ from one another due to measurement inaccuracies and / or relative to each other different positions of the respective sensor devices or the like.
  • the - in the present case for example, four - calculated movements of the reference point 5 are averaged.
  • the averaging results in a single average motion or a single averaged motion vector, which can have an x and a y component.
  • the position determination system 4 or the motor vehicle 3 also includes a yaw rate sensor whose measured values or sensor data likewise processes the calculation device.
  • a time Range At which is needed or needed for the movement of the motor vehicle from the starting position to the current position.
  • Pk-, 1 Pk + s R (yawk + 0.5 ⁇ At ⁇ yawrate) from the starting position Pk, the mean motion vector s and the rotation matrix R, through which the mean motion vector s here by the angle (yawk + 0.5 ⁇ At ⁇ yawrate).
  • yawk indicate the initial orientation 6, At the time elapsed in moving from the home position to the current position, and yawrate the yaw rate.
  • the yaw rate yawrate used may be the yaw rate last measured in the current position.
  • the current orientation 9 of the motor vehicle 3 can be calculated as
  • the current position and the starting position may also be much closer to each other.
  • it may be provided to determine the respective current position of the motor vehicle 3 during an operation of the motor vehicle 3 or at least during a specific operating mode, such as during a parking maneuver, at regular time intervals of, for example, 20 ms.
  • the described embodiment shows how the invention can be used to determine a current position of a motor vehicle relative to a starting position previously assumed by the motor vehicle.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Position (xk+1, yk+1) eines Kraftfahrzeugs (3) relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug (3) eingenommenen Ausgangsposition (xk, yk). Dabei werden jeweilige Radstellungsveränderungen zwischen der Ausgangsposition (xk, yk) und der aktuellen Position (xk+1, yk+1) für wenigstens zwei Räder des Kraftfahrzeugs (3) gemessen. Jeweils einzeln wird aus jeder der Radstellungsveränderungen ein Bewegungsvektor des Kraftfahrzeugs (3) berechnet. Die einzelnen Bewegungsvektoren werden dann gemittelt. Die aktuelle Position (χκ+1, yk+1) wird dann durch Addition des ausgehend von einer Referenzrichtung (7) um einen jeweiligen Gierwinkel des Kraftfahrzeugs (3) rotierten gemittelten Bewegungsvektors zu der Ausgangsposition (xk, yk) bestimmt, wobei der Gierwinkel unter Verwendung einer von einem Gierratensensor des Kraftfahrzeugs (3) bereitgestellten Gierrate bestimmt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Positionsbestimmungssystem (4) und ein mit einem solchen ausgestattetes Kraftfahrzeug (3).

Description

Verfahren zum Bestimmen einer relativen Position eines Kraftfahrzeugs, Positionsbestimmungssystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
BESCHREIBUNG :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Position eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug eingenommenen Ausgangsposition sowie ein entsprechendes Positionsbestimmungssystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Positionsbestimmungssystem.
Heutzutage ist es üblich, dass Sensoren, beispielsweise Umfeldsensoren eines Kraftfahrzeugs, einen Sensor- oder Messwert zu einem festen Messzeitpunkt liefern. Um bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs eine sinnvolle Verfolgung und Verarbeitung von mehreren aufeinanderfolgenden Messungen zu ermöglichen und/oder Daten von mehreren Sensoren mit unterschiedlichen Messzeitpunkten sinnvoll und konsistent fusionieren zu können, wird eine jeweilige Positionsveränderung des Sensors beziehungsweise des Fahrzeugs zwischen den jeweiligen Messzeitpunkten benötigt. Hierfür gibt es im Stand der Technik verschiedene Ansätze. Ein erster Ansatz verwendet eine Integration von Messdaten einer Inertialsensorik. Ein zentraler Aspekt kann dabei ausgedrückt werden durch folgende Gleichungen, welche eine Berechnung einer jeweiligen aktuellen Position - beschrieben durch die Koordinaten χκ+ι , yk+i - aus einer vorherigen Position - beschrieben durch die Koordinaten Xk, yk - beschreiben :
Xk+i = Xk + v / yawrate ■ [-sin(yawk) + sin(At ■ yawrate + yawk)] yk+1 = yk + v / yawrate ■ [cos(yawk) - cos(At■ yawrate + yawk)] , mit dem Gierwinkel yawk und der Gierrate yawrate. Nachteilig ist dabei, dass für kleine Gierraten yawrate, wie sie bei jeder Geradeausfahrt und beim Parken häufig vorkommen, der Nenner des jeweiligen Bruchs klein wird, sodass die Änderung der Position sozusagen unstetig wird und effektiv nur mit geringer Auflösung bestimmt werden kann. Hier muss ab einem unteren Schwellwert der Gierrate diese vernachlässigt und die Be- rechnungsvorschrift geändert werden. Damit ist jedoch insgesamt eine Verschlechterung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Position beziehungsweise der Positionsänderung verbunden. Ein zweiter Ansatz nutzt die Odometrie. Hier erfolgt die Berechnung der Position und einer Ausrichtung des Kraftfahrzeugs direkt aus Wegimpulsen von den Radencodern einzelner Räder unter Berücksichtigung einer Ackermannsteuerung des Kraftfahrzeugs. Eine Änderung der Ausrichtung wird dabei entweder aus einer Differenz der Bewegungen der einzelnen Räder an einer Achse oder aus Radlenkwinkel, Geschwindigkeit und Radstand berechnet. Die Wegimpulse für die einzelnen Räder werden bei Serienfahrzeugen von Radencodern geliefert, welche nur eine geringe Auflösung bieten, sodass beispielsweise erst nach einer Bewegung oder zurückgelegten Strecke von 0,02 m ein neuer Wegimpuls geliefert wird. Diese geringe Auflösung der Radencoder führt vor allem bei langsamer Fahrt zu Problemen, da die jeweiligen Messwerte sich sprunghaft verändern. Insbesondere diese sprunghafte oder ruckartige erfasste Änderung der Ausrichtung wirkt sich nachteilig bei der Verarbeitung von Daten der Umfeldsensorik aus. Insbesondere Parkmanöver, bei denen es auf Genauigkeiten im Zentimeterbereich ankommt, können so - vor allem in einem autonomen oder teilautonomen Betrieb - nicht zufriedenstellend umgesetzt werden.
Aus der DE 10 2005 018 834 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Bestimmung einer aktuellen Kraftfahrzeugposition und einer aktuellen Aus- richtung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei dient eine Transpondereinheit des Kraftfahrzeugs zur Erfassung einer Position eines Transponders, der von dem Kraftfahrzeug passiert wird
Die DE 10 2014 202 369 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steue- rung/Regelung von vierrad-gelenkten Fahrzeugen. Dabei wird ein Hinterrad- Lenkwinkel erfasst und basierend auf diesem und einem Skalierungsfaktor ein Vorwärtssteuerung/-regelung-Querbeschleunigungswert bestimmt. In Reaktion auf diesen Wert erfolgt ein Steuern/Regeln eines Betriebs von den lenkbaren Vorderrädern und den lenkbaren Hinterrädern. Ein gesamter effek- tiver Lenkwinkelwert kann basierend auf dem Vorderrad-Lenkwinkel, dem effektiven Hinterrad-Lenkwinkel und einem doppelten Ackermanngeometrie- Lenkwinkel wert bestimmt werden. Die DE 10 2008 045 618 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Sensoren eines Fahrzeugs. Dabei werden während einer Fahrt des Fahrzeugs Sensorpositionsdaten mittels eines zu kalibrierenden Sensors erfasst und Modellpositionsdaten ermittelt. Die Modellpositionsdaten werden mittels einer Fahrzustandsgröße des Fahrzeugs gebildet und einem Fahrzeugmodell zugeführt, wobei die Modellpositionsdaten zur Ermittlung einer Sensorposition des zu kalibrierenden Sensors herangezogen werden. Als Fahrzustandsgrößen können eine Fahrzeugposition, ein Lenkwinkel, ein Gierwinkel und/oder daraus ermittelte Größen erfasst werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Bestimmung einer relativen Position eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentan- Sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Position eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug eingenommenen Ausgangsposition umfasst mehrere, nachfolgend erläuterte Verfahrensschritte. Zunächst erfolgt ein Messen einer jeweiligen Radstellungsveränderung in Umfangsrichtung zwischen der Ausgangsposition und der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs für wenigstens zwei Räder des Kraft- fahrzeugs mittels einer jeweiligen Sensoreinrichtung. Die Radstellungsveränderungen der einzelnen Räder geben also an, wie weit oder um welchen Winkel das jeweilige Rad bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs von der Ausgangsposition in die aktuelle Position rotiert, gerollt oder abgerollt ist. Die Radstellungsveränderung kann beispielsweise mittels eines Radencoders bestimmt werden. Die jeweiligen Radstellungsveränderungen können auch für mehr als zwei Räder - insbesondere bei herkömmlichen Personenkraftwagen bevorzugt für vier oder alle Räder - gemessen werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt jeweils einzeln ein Bestimmen eines jeweiligen Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs aus jeder der gemessenen Radstellungsveränderungen mittels einer Berechnungseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten wird also für ein einzelnes Rad aus dessen Radstellungsveränderung ein Bewegungsvektor des Kraftfahrzeugs berechnet und dies wird getrennt oder unabhängig voneinander für jedes der Räder, deren Radstellungsveränderungen gemessen wurde, durchgeführt. Die Bestimmung der einzelnen Bewegungsvektoren kann dabei nacheinander aber auch parallel erfolgen, was beispielsweise abhängig sein kann von der konkreten Ausgestaltung und Rechenkapazität der Berechnungseinrich- tung. Beispielsweise können also für vier Räder des Kraftfahrzeugs jeweils unabhängig voneinander eine Radstellungsveränderung gemessen werden, sodass nunmehr auch vier einzelne, daraus berechnete Bewegungsvektoren des Kraftfahrzeugs vorliegen. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden diese bestimmten oder berechneten Bewegungsvektoren gemittelt. Alle zuvor einzeln vorliegenden Bewegungsvektoren für die jeweilige Bewegung des Kraftfahrzeugs aus der Ausgangsposition in die aktuelle Position werden also zu einem einzigen gemittelten Bewegungsvektor des Kraftfahrzeugs verrechnet. Der Bewe- gungsvektor ist hier eine vektorielle Größe, welche die Bewegung des Kraftfahrzeugs beschreibt oder charakterisiert. Der Bewegungsvektor kann beispielsweise eine x- und eine y-Komponente aufweisen, um eine Bewegung in einer Ebene zu beschreiben, in der sich das Kraftfahrzeug bewegt. Dabei kann ein vorbestimmtes Koordinatensystem als Referenz definiert und vor- gegeben sein. Das Referenzkoordinatensystem, das heißt also die Referenz- X- und die Referenz-y-Richtung, können dabei fest und von einer tatsächlichen aktuellen Ausrichtung oder Bewegung des Kraftfahrzeugs unabhängig sein. Es ist jedoch auch möglich, als Referenzrichtung beispielsweise eine vorherige Bewegungsrichtung oder Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs zu verwenden. Beispielsweise kann die Richtung derjenigen Bewegung, die das Kraftfahrzeug in die Ausgangsposition geführt hat, als Referenzrichtung für die Bewegung von der Ausgangsposition in die aktuelle Position dienen. Letztere kann dann als Referenzrichtung für eine nachfolgende Bewegung des Kraftfahrzeugs aus der aktuellen Position in eine zukünftige Position dienen, wodurch sich also ein iterativer oder verketteter Prozess ergibt. Eine weitere Möglichkeit kann es beispielsweise sein, eine jeweils bei der letzten Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs gegebene Ausrichtung als Referenzrichtung während des jeweils aktuellen Betriebs bis zu einem Abschalten des Kraftfahrzeugs zu verwenden.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Bestimmen der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs mittels der Berechnungseinrichtung durch Addition des ausgehend von der Referenzrichtung um einen jeweiligen Gierwinkel des Kraftfahrzeugs rotierten gemittelten Bewegungsvektors des Kraft- fahrzeugs zu der Ausgangsposition. Die Ausgangsposition dient also als Anfangspunkt oder Startpunkt für den Bewegungsvektor. Der Gierwinkel wird unter Verwendung einer von einem Gierratensensor des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gierrate bestimmt und gibt die Ausrichtung des Kraftfahr- zeugs an. Bevorzugt kann dabei eine Zeitspanne erfasst werden, welche für die Bewegung des Kraftfahrzeugs von der Ausgangsposition in die aktuelle Position benötigt wird. Der Gierwinkel kann dann bevorzugt durch Multiplikation dieser Zeitspanne mit der für diese Zeitspanne berechneten mittleren Gierrate bestimmt werden. Alternativ kann vorteilhaft auch ein jeweils aktuel- ler oder zuletzt bestimmter Wert der Gierrate verwendet werden, wodurch gegebenenfalls ein Berechnungs- oder Datenverarbeitungsaufwand minimiert werden kann. Ein daraus entstehen der theoretischer Fehler bei der Bestimmung der aktuellen Position kann vernachlässigt werden, da aufgrund der typischen Masse und Beschleunigung des Kraftfahrzeugs eine Änderung der Gierrate während der bevorzugt betrachteten Zeitspannen keinen signifikanten Einfluss hat. Die betrachteten Zeitspannen können insbesondere in der Größenordnung von 10 bis 100 ms liegen, jedenfalls aber kürzer als eine Sekunde sein. Der Gierwinkel kann auch direkt durch eine Integration der während der Zeitspanne gemessenen Gierrate bestimmt werden.
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die jeweilige aktuelle Position des Kraftfahrzeugs relativ zu oder ausgehend von der zuvor eingenommenen Ausgangsposition bestimmt werden. Die aktuelle Position kann dann ihrerseits wiederum als Ausgangsposition für eine weitere, nach- folgende Positionsbestimmung dienen. Auf diese Weise kann durch iterative oder wiederholte Anwendung des Verfahrens ein Weg des Kraftfahrzeugs schrittweise oder abschnittweise bestimmt oder verfolgt werden, wofür vorteilhaft insbesondere keine fahrzeugexternen Positionsbestimmungsmittel, wie beispielsweise ein satellitengestütztes Navigationssystem, notwendig sind oder verwendet werden müssen. Dadurch kann die aktuelle Position des Fahrzeugs vorteilhaft beispielsweise auch in Gebäuden, unter Tage oder allgemein in Situationen ohne verlässliche Datenverbindung zu fahrzeugexternen Einrichtungen bestimmt werden. Zudem kann die erzielbare Genauigkeit mit deutlich geringerem Aufwand eingestellt, insbesondere verbessert, werden als etwa bei der Verwendung eines satellitengestütztes Navigationssystems.
Durch die Verwendung der Radstellungsveränderungen, das heißt der entsprechenden Sensor- oder Messwerte oder Informationen für mehrere Rä- der, kann vorteilhaft eine Verbesserung der effektiven Auflösung und der Genauigkeit bei der Bestimmung des Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs und letztlich der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs erzielt werden. Beispielsweise können zur Bestimmung der Radstellungsveränderung günstige Radencoder verwendet werden, welche eine begrenzte Winkelauflösung aufweisen. Durch die Mittelung kann aufgrund von Stellungsunterschieden der jeweiligen Radencoder für die einzelnen Räder insgesamt bei Verwendung von N Randencodern eine bis zu N-fache Auflösung gegenüber der Verwendung eines einzelnen Radencoders erzielt werden. Beispielsweise kann die Verwendung von 4 Radencoder im Idealfall also die vierfache Auflösung oder Genauigkeit erzielt werden. Ein einzelner Radencoder kann beispielsweise eine ring- oder kreisförmige Zahnung mit beispielsweise 48 Zähnen und somit 96 Flanken aufweisen, welche mit dem jeweiligen Rad mitrotiert und anhand derer die Rotation des Rades erfasst wird.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen die verwendeten Begriffe „Rad" und „Räder" entsprechend ausgebildete Bodenkontaktelemente des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug also während einer Bewegung oder während einer Fahrt - insbesondere von der Ausgangsposi- tion in die aktuelle Position - entlang und auf einer Fahrbahn über das jeweilige Rad beziehungsweise über die jeweiligen Räder oder Bodenkontaktelemente an der Fahrbahn abgestützt, wobei das Rad beziehungsweise die Räder entlang und auf der Fahrbahn abrollen. In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann als Gierwinkel beim Bestimmen der aktuellen Position der mittlere Gierwinkel des Kraftfahrzeugs zwischen der Ausgangsposition und der aktuellen Position verwendet werden. Wenn sich das Kraftfahrzeug beispielsweise auf einem Kreisbogen bewegt, das heißt also eine Kurve fährt, so bewegt es sich tatsächlich in kontinuierlich wechselnden Richtungen. Durch die Verwendung des mittleren Gierwinkels, das heißt also der mittleren Richtung, Ausrichtung oder Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs während der Bewegung auf dem Kreisbogen zwischen der Ausgangsposition und der aktuellen Position kann vorteilhaft ein Fehler bei der Bestimmung der aktuellen Position gegenüber klassischen Ansätzen, welche beispielsweise die zuerst oder zuletzt erfasste Ausrichtung verwenden, reduziert werden.
Bevorzugt kann die aktuelle Position Pk+i werden als
Pk+1 = Pk + s■ R(5) , wobei Pk die Ausgangsposition, s den gemittelten Bewegungsvektor, R(5) eine Rotationsmatrix um den Winkel δ mit
δ = yawk + 0,5 ■ At■ yawrate
bezeichnen, yawrate die von dem Gierratensensor des Kraftfahrzeugs be- reitgestellte Gierrate angibt und der aktuelle Gierwinkel yawk, i des Kraftfahrzeugs in der aktuellen Position berechnet wird aus der Gierrate yawrate und einem in der Ausgangsposition vorliegenden Gierwinkel yawk als
yawk+i = yawk + yawrate ■ At
wobei At die während der Bewegung des Kraftfahrzeugs aus der Ausgangs- position in die aktuelle Position verstrichene Zeitspanne angibt.
Der gemittelten Bewegungsvektor s kann ein zweidimensionaler Vektor mit einem x- und einem y-Anteil sein gemäß s = (sx, sy). Die Rotationsmatrix oder Drehmatrix R kann für eine Rotation in einer Ebene gegeben sein als
Figure imgf000009_0001
Die mit fetter Formatierung dargestellten Größen Pk, Pk+i und s sind vektori- elle Größen.
Vorteilhaft ergibt sich somit ein Gleichungssystem, das keine Unstetigkeits- stelle hat und damit durchgehend und problemlos für alle Fahrmanöver eingesetzt werden kann. So treten beispielsweise keinerlei numerische Probleme bei sehr kleinen Gierraten auf. Damit ist das entsprechende Verfahren, insbesondere in der beschriebenen Implementierungsart, besonders geeignet beispielsweise zur Positionsbestimmung und Weg- oder Trajektorienver- folgung des Fahrzeugs bei autonomen oder teilautonomen Rangier- oder Parkmanövern. Die durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Positionsdaten können vorteilhaft einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Trajektorienfolgeregelung, bereitgestellt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass beim jeweiligen Bestimmen des Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs aus den einzelnen Radstellungsveränderungen ein jeweiliger Radlenkwinkel und/oder eine Ackermanngeometrie des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Mit anderen Worten können also beispielsweise von zusätzlichen oder separaten Lenkwinkelsensoren bereitgestellte Daten oder Messwerte sowie fahrzeugspezifische Daten beispielsweise bezüglich einer Größe, Anordnung und/oder Stellung jeweiliger Hebelarme einer Ackermannlenkung des Kraftfahrzeugs ausgewertet und berücksichtigt werden. Hierdurch kann eine Ge- nauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Bewegungsvektoren und damit letztlich auch bei der Bestimmung der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs erzielt werden. Es ist auch möglich, die die Radlenkwinkel und/oder die Ackermanngeometrie betreffenden Daten zur Plausibilisierung der übrigen Messwerte und/oder berechneten Größen zu verwenden. Eine derartige vergrößerte Datenbasis kann vorteilhaft zur Erhöhung der Sicherheit beitragen, was insbesondere für autonome oder teilautonome Fahrmanöver und/oder Assistenzsysteme des Kraftfahrzeugs besonders relevant und vorteilhaft ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass beim jeweiligen Bestimmen des Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs die einzelnen Radstellungsveränderungen in einen jeweiligen Bewegungsvektor eines fahrzeugeigenen Bezugspunktes umgerechnet werden, wobei für alle Radstellungsveränderungen derselbe Bezugspunkt verwendet wird. Damit ergeben sich aus den einzelnen Radstellungsveränderungen also jeweilige berechnete Bewegungen oder Bewegungsvektoren des fahrzeugeigenen und fahrzeugfesten Bezugspunktes als Bewegungen oder Bewegungsvektoren des Kraftfahrzeugs. Durch die Betrachtung eines einzigen Bezugspunk- tes oder durch den Bezug auf einen einzigen Bezugspunkt kann eine einfachere Berechnung und Modellierung der Bewegung des Kraftfahrzeugs und damit auch der Bestimmung der aktuellen Position realisiert oder implementiert werden. Beispielsweise kann als Bezugspunkt ein Mittelpunkt einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Durch die Verwendung eines derartigen festgelegten gemeinsamen Bezugspunktes kann auf besonders einfache Art und Weise eine Konsistenz und Vergleichbarkeit aller berechneten Daten sichergestellt werden. Dies gilt sowohl für verschiedene, dasselbe Kraftfahrzeug betreffende Daten als auch für Daten unterschiedlicher Kraftfahrzeuge.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass von dem Gierratensensor wenigstens alle 20 ms, bevorzugt alle 10 ms ein aktualisierter Wert der Gierrate bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann also der Gierratensensor eine Abtast- oder Messrate von wenigstens 50 Hz, bevorzugt von wenigstens 100 Hz, aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt Daten zur Verfügung stehen, die aktuell genug sind um eine ausreichende Genauigkeit bei der Bestimmung der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Insbesondere kann so eine für beliebige Fahrmanöver ausreichende Genauigkeit gewährleistet werden. In ent- sprechender Art und Weise kann bevorzugt auch durch die Sensoreinrichtung oder Sensoreinrichtungen beispielsweise bevorzugt wenigstens alle 20 ms oder alle 10 ms ein jeweils aktueller Wert der jeweiligen Radstellungsveränderung oder der jeweiligen Winkelstellung oder Rotation des jeweiligen Rades erfasst und bereitgestellt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Radstellungsveränderungen für Räder gemessen werden, die entlang einer Längserstreckung des Kraftfahrzeugs voneinander beabstandet angeordnet sind. Mit anderen Worten können also beispielsweise die jeweiligen Radstellungsveränderungen für wenigstens ein Vorderrad und ein Hinterrad des Kraftfahrzeugs gemessen werden. Für eine präzise Bestimmung der aktuellen Position kann es dabei besonders vorteilhaft sein, wenn Radstellungsveränderungen sowohl von wenigstens einem gelenkten Rad als auch von wenigstens einem ungelenkten Rad gemessen und verarbeitet oder verwendet werden, da hier - insbesondere bei einer Kurvenfahrt unterschiedliche
Bedingungen und Verhaltensweisen für die Räder vorliegen oder auftreten können. Die Räder, deren Radstellungsveränderungen gemessen werden, können also an unterschiedlichen Achsen angeordnet sein, wobei an der jeweiligen Position in Fahrzeuglängsrichtung eines Rades nur dieses eine Rad angeordnet sein kann oder aber mehrere Räder angeordnet sein können. Mit anderen Worten können also beispielsweise auch die jeweiligen Radstellungsveränderungen für alle oder eine beliebige Auswahl von Rädern eines dreirädrigen oder dreiradartigen Kraftfahrzeugs gemessen werden.
Ein erfindungsgemäßes Positionsbestimmungssystem für ein Kraftfahrzeug zum Bestimmen einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs relativ zu einer zuvor von dem Kraftfahrzeug eingenommenen Ausgangsposition umfasst wenigstens zwei Sensoreinrichtungen zum Messen einer jeweiligen Radstel- lungsveränderung in Umfangsrichtung von wenigstens zwei Rädern. Beispielsweise kann also für jedes Rad, dessen Radstellungsveränderung gemessen wird, eine eigene Sensoreinrichtung vorgesehen sein. Die Sensoreinrichtungen können jedoch auch als Teile einer einzigen größeren oder umfassenderen Sensorvorrichtung aufgefasst werden und ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Positionsbestimmungssystem umfasst zudem eine Berechnungseinrichtung und einen Gierratensensor und ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Die Berechnungseinrichtung kann insbesondere jeweilige Schnittstellen zum Empfang von Messwerten oder Sensordaten der Sensoreinrichtungen und des Gierratensensor aufweisen. Die Berechnungseinrichtung kann über entsprechende Datenverbindungen direkt oder indirekt mit den Sensoreinrichtungen und dem Gierratensensor verbunden sein. Die Übermittlung der Messwerte oder Sensordaten kann beispielsweise auch über ein Bordnetz, beispielsweise einen CAN- Bus erfolgen. Die Berechnungseinrichtung kann beispielsweise ein Steuergerät sein und einen Prozessor sowie eine Speichereinrichtung umfassen. Dass das Positionsbestimmungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, kann dabei beispielsweise bedeuten, dass in der Speichereinrichtung ein Programmcode abgelegt ist, welcher die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Verfahrens- und Berechnungsschritte codiert oder repräsentiert.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Positionsbestimmungssystems für ein Kraftfahrzeug zum Bestimmen einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug eingenommenen Ausgangsposition kann auch auf die zum Empfang der beschriebenen Messwerte oder Sensordaten bezüglich der Radstellungsveränderungen, der Gierrate und des Gierwinkels eingerichtete Berechnungseinrichtung beschränkt sein.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Positionsbestimmungssystems kann auf die Speichereinrichtung mit dem beschriebenen Programmcode beschränkt sein. In jedem Fall kann es vorgesehen sein, dass in der Speichereinrichtung fahrzeugspezifische Größen, wie beispielsweise Größenangaben zu dem Kraftfahrzeug oder zu Teilen des Kraftfahrzeugs, insbesondere zu den Rädern, gespeichert sind. Beispielsweise können auch Daten bezüglich eines Schlupfverhaltens der Räder gespeichert sein. Diese Daten können bei- spielsweise in einem Kennfeld hinterlegt sein. In dem Kennfeld können beispielsweise auch eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder ein Kurvenradius als weitere Größen oder Parameter enthalten sein.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Posi- tionsbestimmungssystem. Insbesondere weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug Sensoreinrichtungen zum Messen einer jeweiligen Radstellungsveränderung in Umfangsrichtung von wenigstens zwei Rädern sowie wenigstens einen Gierratensensor und eine Berechnungseinrichtung auf. Die bisher und im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Positionsbestimmungssystems und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie die entsprechenden jeweiligen Vorteile sind zumindest sinngemäß wechselseitig zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Positionsbestimmungssystem und/oder dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug austauschbar und übertragbar. Dies gilt auch für zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete oder verwendbare Bauteile und Einrichtungen. Darüber hinaus können bisher und im Folgenden beschriebe- ne einzelne Merkmale, Ausgestaltungen der Erfindung oder Teile davon auch einzeln und in beliebigen, hier nicht explizit einzeln beschriebenen, Kombinationen verwendet werden, um verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal für das erfindungsgemäße Positionsbestimmungssystems und das erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug beschrieben.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Draufsicht eines Kraftfahrzeugs in einer Ausgangsposition und einer aktuellen Position sowie ein als Referenz dienendes zweidimensionales Koordinatensystem.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Ausgangssituation 1 und eine aktuelle Situation 2, in denen jeweils ein Kraftfahrzeug 3 in einer bestimmten Stellung oder Ausrichtung dargestellt ist. Die Ausgangssituation 1 ist dabei als zeitlich vor der aktuellen Situation liegend zu verste- hen. Eine räumliche Relation zwischen der Ausgangssituation 1 und der aktuellen Situation 2, das heißt also auch zwischen den jeweiligen Stellungen oder Positionen des Kraftfahrzeugs 3, ist anhand eines Koordinatensystems mit einer x-Achse oder -Richtung und einer y-Achse oder -Richtung veranschaulicht.
Das Kraftfahrzeug 3 umfasst ein Positionsbestimmungssystem 4, mittels welchem eine jeweilige Position des Kraftfahrzeugs 3 bestimmbar ist. Die jeweilige Position des Kraftfahrzeugs 3 wird dabei durch eine jeweilige Posi- tion eines fahrzeugeigenen und fahrzeugfesten Bezugspunktes 5 beschrieben und angegeben. Vorliegend handelt es sich bei dem Bezugspunkt 5 um einen Mittelpunkt einer hier nicht dargestellten Hinterachse des Kraftfahrzeugs 3. Alternativ könnten aber auch beliebige andere fahrzeugfest definierbare Punkte, Positionen oder Bauteile als Bezugspunkt 5 verwendet werden.
Durch die Achsen des Koordinatensystems wird eine Ebene aufgespannt, in der sich das Kraftfahrzeug 3 bewegt beziehungsweise befindet. In der Ausgangssituation 1 befindet sich das Kraftfahrzeug 3 in einer Ausgangsposition, welche durch die Koordinaten x«, yk definiert ist. In dieser Ausgangsposition ist das Kraftfahrzeug 3 gemäß einer Ausgangsausrichtung 6 orientiert. Als Ausrichtung des Kraftfahrzeugs ist vorliegend eine Richtung einer Mittelachse in vorwärts gerichteter Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs 3 definiert. Prinzipiell sind hier alternativ auch andere Definitionen der jeweiligen Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 3 möglich, sofern diese in allen Maßnahmen und Berechnungen zur Positionsbestimmung konsistent behandelt werden. Vorliegend ist eine Referenzrichtung 7, welche hier der Richtung der x-Achse des Koordinatensystems entspricht, definiert und vorgegeben. Die jeweilige Ausrichtung, hier also die Ausgangsausrichtung 6, des Kraftfahrzeugs kann relativ zu der Referenzrichtung 7 durch Angabe eines Gierwinkels beschrieben werden. Für die Ausgangssituation 1 wird die Ausgangsausrichtung 6 also beispielsweise durch die Angabe eines Ausgangsgierwinkels 8 angegeben, welcher eine Abweichung der Ausgangsausrichtung 6 von der Referenzrichtung 7 angibt oder beschreibt.
Ausgehend von der Ausgangssituation 1 hat sich das Kraftfahrzeug 3 bewegt, sodass die aktuelle Situation 2 die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 3 darstellt. In der aktuellen Situation 2 ist die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 3 ebenfalls durch die aktuelle Position des Bezugspunktes 5 gegeben. In der aktuellen Situation 2 ist die aktuelle Position des Bezugspunktes 5 durch die Koordinaten χκ+ι , yk+i definiert. Zusätzlich zu der Positionsveränderung zwischen der Ausgangssituation 1 und der aktuellen Situation 2 hat bei der entsprechenden Bewegung des Kraftfahrzeugs 3 auch eine Veränderung der Ausrichtung des Kraftfahrzeugs 3 stattgefunden. In der aktuellen Situation 2 weist das Kraftfahrzeug 3 nunmehr eine aktuelle Ausrichtung 9 auf. Die aktuelle Ausrichtung 9 weicht um einen aktuellen Gierwinkel 1 0 von der Referenzrichtung 7 ab. Im vorliegenden Beispiel ist der aktuelle Gierwinkel 1 0 größer als der Ausgangsgierwinkel 8, was jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen ist und keineswegs allgemein so sein muss.
Für die Bestimmung der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs 3 verarbeitet das Positionsbestimmungssystem 4 von jeweiligen, hier nicht dargestellten, Sensoreinrichtungen des Kraftfahrzeugs 3 bereitgestellte Daten, welche eine jeweilige Radstellung in Umfangsrichtung für die vier Räder angeben.
Mittels einer Berechnungseinrichtung des Positionsbestimmungssystems 4 kann also aus diesen die jeweiligen Radstellungen betreffenden Sensordaten eine jeweilige Radstellungsveränderung der einzelnen Räder bei der Bewe- gung des Kraftfahrzeugs von der Ausgangsposition in die aktuelle Position bestimmt werden. Für jedes Rad einzeln wird dann die jeweilige Radstellungsveränderung, welche ein Maß für eine von dem Kraftfahrzeug 3 zurückgelegte Wegstrecke ist, in eine Bewegung des Bezugspunktes 5 umgerechnet. Dabei werden ein jeweiliger Radlenkwinkel und jeweilige Hebelarme entsprechend einer Ackermanngeometrie des Kraftfahrzeugs 3 oder einer Ackermannlenkung des Kraftfahrzeugs 3 berücksichtigt. Die hieraus als Ergebnis erhaltenen Bewegungen des Bezugspunktes 5 können sich beispielsweise aufgrund von Messungenauigkeiten und/oder relativ zueinander unterschiedlichen Stellungen der jeweiligen Sensoreinrichtungen oder der- gleichen voneinander unterscheiden. Um eine verbesserte Genauigkeit und Auflösung bei der Bestimmung der Positionsveränderung des Kraftfahrzeugs 3 zu erreichen, werden die - vorliegend beispielsweise vier - berechneten Bewegungen des Bezugspunktes 5 gemittelt. Durch die Mittelung ergibt sich eine einzige mittlere Bewegung oder ein einziger gemittelter Bewegungsvek- tor, welcher einen x- und einen y-Anteil haben kann.
Das Positionsbestimmungssystem 4 oder das Kraftfahrzeug 3 umfasst auch einen Gierratensensor, dessen Messwerte oder Sensordaten die Berechnungseinrichtung ebenfalls verarbeitet. Darüber hinaus wird auch eine Zeit- spanne At gemessen, welche für die Bewegung des Kraftfahrzeugs von der Ausgangsposition in die aktuelle Position benötigt wird oder benötigt worden ist. Mit den damit zur Verfügung stehenden Daten wird die aktuelle Position Pk+i = (xk+i , yk+i) berechnet als
Pk-,1 = Pk + s R(yawk + 0,5 ■ At■ yawrate) aus der Ausgangsposition Pk, dem mittleren Bewegungsvektor s und der Rotationsmatrix R, durch welche der mittlere Bewegungsvektor s hier um den Winkel (yawk + 0,5 ■ At ■ yawrate) rotiert wird. Darin geben yawk die Ausgangsausrichtung 6, At die bei der Bewegung von der Ausgangsposition in die aktuelle Position verstrichene Zeitspanne und yawrate die Gierrate an. Dabei kann als Gierrate yawrate etwa die in der aktuellen Position zuletzt gemessene Gierrate verwendet werden. Die aktuelle Ausrichtung 9 des Kraftfahrzeugs 3 kann berechnet werden als
yawk+i = yawk + yawrate ■ At
Anders als in der Figur dargestellt, können die aktuelle Position und die Ausgangsposition auch wesentlich näher beieinander liegen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, die jeweils aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 3 während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs 3 oder zumindest während einer bestimmten Betriebsart, wie beispielsweise während eines Parkmanövers, in regelmäßigen Zeitabständen von beispielsweise 20 ms zu bestimmen.
Insgesamt zeigt das beschriebene Ausführungsbeispiel, wie durch die Erfindung eine aktuelle Position eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug eingenommenen Ausgangsposition bestimmt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Position (χκ+ι, yk+i) eines Kraftfahrzeugs (3) relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug (3) eingenommenen Ausgangsposition (χκ, yk) mit den Verfahrensschritten:
- Messen einer jeweiligen Radstellungsveränderung in Umfangsrich- tung zwischen der Ausgangsposition (xk, yk) und der aktuellen Position (xk+i, yk+i) des Kraftfahrzeugs (3) für wenigstens zwei Räder des Kraftfahrzeugs (3) mittels einer jeweiligen Sensoreinrichtung,
- jeweils einzeln Bestimmen eines jeweiligen Beweg u n g svekto rs des Kraftfahrzeugs (3) aus jeder der Radstellungsveränderungen mittels einer Berechnungseinrichtung des Kraftfahrzeugs (3),
- Mitteln der bestimmten Bewegungsvektoren des Kraftfahrzeugs (3),
- Bestimmen der aktuellen Position (xk+i , yk+i) des Kraftfahrzeugs (3) mittels der Berechnungseinrichtung durch Addition des ausgehend von einer Referenzrichtung (7) um einen jeweiligen Gierwinkel des Kraftfahrzeugs (3) rotierten gemittelten Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs (3) zu der Ausgangsposition (xk, yk), wobei
- der Gierwinkel unter Verwendung einer von einem Gierratensensor des Kraftfahrzeugs (3) bereitgestellten Gierrate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Gierwinkel beim Bestimmen der aktuellen Position (xk+i , yk+i) der mittlere Gierwinkel des Kraftfahrzeugs (3) zwischen der Ausgangsposition (xk, yk) und der aktuellen Position (xk+i , yk+i) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die aktuelle Position Pk+i (xk+i, yk+i) berechnet wird als
Pk+i = Ρκ + s R(5)
wobei Pk die Ausgangsposition (xk, yk), s den gemittelten Bewegungsvektor, R(5) eine Rotationsmatrix um den Winkel δ = yawk + 0,5-At-yawrate bezeichnen, yawrate die von dem Gierratensensor des Kraftfahrzeugs (3) bereitgestellte Gierrate angibt, und
- der aktuelle Gierwinkel (10) yawk+i des Kraftfahrzeugs in der aktuellen Position (xk+i, yk+i) berechnet wird aus der Gierrate yawrate und einem in der Ausgangsposition (xk, yk) vorliegenden Gierwinkel (8) yawk als Yawk+i = yawk + yawrate-At ,
wobei At die während der Bewegung des Kraftfahrzeugs (3) aus der Ausgangsposition (xk, yk) in die aktuellen Position (xk+i , yk+i) verstrichene Zeitspanne angibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim jeweiligen Bestimmen des Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs (3) aus den einzelnen Radstellungsveränderungen ein jeweiliger Radlenkwinkel und/oder eine Ackermanngeometrie des Kraftfahrzeugs (3) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim jeweiligen Bestimmen des Bewegungsvektors des Kraftfahrzeugs (3) die einzelnen Radstellungsveränderungen in einen jeweiligen Bewegungsvektor eines fahrzeugeigenen Bezugspunktes (5) umgerechnet werden, wobei für alle Radstellungsveränderungen derselbe Bezugspunkt (5) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von dem Gierratensensor wenigstens alle 20 ms, bevorzugt alle 10 ms, ein aktualisierter Wert der Gierrate bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Radstellungsveränderungen für Räder gemessen werden, die entlang einer Längserstreckung des Kraftfahrzeugs (3) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Positionsbestimmungssystem (4) für ein Kraftfahrzeug (3) zum Bestimmen einer aktuellen Position (xk+i, yk+i) des Kraftfahrzeugs (3) relativ zu einer vorher von dem Kraftfahrzeug (3) eingenommenen Ausgangsposition (xk, yk), wobei das Positionsbestimmungssystem (4) wenigstens zwei Sensoreinrichtungen zum Messen einer jeweiligen Radstellungsveränderung in Umfangsrichtung von wenigstens zwei Rädern, eine Berechnungseinrichtung und einen Gierratensensor umfasst und zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden An- Sprüche eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug (3) mit einem Positionsbestimmungssystem (4) nach Anspruch 8.
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