WO2020148099A1 - Method for providing an integrity range of a parameter estimation - Google Patents

Method for providing an integrity range of a parameter estimation Download PDF

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WO2020148099A1
WO2020148099A1 PCT/EP2020/050019 EP2020050019W WO2020148099A1 WO 2020148099 A1 WO2020148099 A1 WO 2020148099A1 EP 2020050019 W EP2020050019 W EP 2020050019W WO 2020148099 A1 WO2020148099 A1 WO 2020148099A1
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WO
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integrity
motor vehicle
area
information
parameter
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Application number
PCT/EP2020/050019
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German (de)
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Thomas FRIEDERICHS
Jens Strobel
Michael Baus
Marco Limberger
Thomas Ulrich
Sebastian ROITH
Mohamed Ben Tahar
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/20Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network

Definitions

  • the invention relates to a method for providing an integrity area of a parameter estimate, a computer program, a machine-readable storage medium and a control device for a motor vehicle.
  • the invention is particularly suitable for use in autonomous driving.
  • the autonomous vehicle usually has sensors, such as inertial sensors, wheel sensors,
  • the vehicle can estimate its own position.
  • information about its (expected) estimation accuracy is also output for a determined own position.
  • the confidence of the determined own position can be represented by a so-called “Protection Level” (short: "PL").
  • the PL can describe a statistical error limit, the calculation of which is generally based on statistical considerations and, if necessary, additionally on a suitable coordination of the estimation algorithms.
  • a method for providing an integrity area of a parameter estimate is proposed, the integrity area describing the area in which an estimated parameter with a
  • the minimum probability is, the method comprising at least the following steps:
  • Steps a), b) and c) are carried out in particular in the order given.
  • the solution proposed here advantageously allows the integrity area to be made available depending on the direction, in particular depending on or in relation to the orientation or orientation of a motor vehicle (for which, for or in which the parameter estimation is carried out).
  • the alignment or orientation here means in particular the alignment and / or orientation in a global coordinate system. This is particularly noticeable
  • the integrity area describes the area in which an estimated
  • the estimated parameter (value) basically describes an (individual, in particular momentary) estimation result of the parameter estimation.
  • the integrity area describes the area in which a real or actual value of an estimated one Parameter with a minimum probability.
  • Integrity area can also be referred to as the so-called “protection level”.
  • the minimum probability is usually a predefined minimum probability.
  • The is preferably
  • Minimum probability 90% particularly preferably 95% or even 99%.
  • the range of integrity is preferably a protection level.
  • the protection level usually describes the (spatial, in particular two- or three-dimensional) area in which an estimated parameter (value) with a minimum probability (actually) lies.
  • the estimated parameter (value) basically describes an (individual, in particular momentary) estimation result of the parameter estimation. In other words, this means in particular that the protection level describes the area in which a real or actual value of an estimated parameter with a
  • the minimum probability is.
  • a protection level describes in particular a confidence interval or a (spatial) confidence range, in which the true value of an estimated parameter can be compared with a
  • the estimated value of the parameter is usually in the middle or the center of the confidence interval or confidence range.
  • the minimum probability with which a real or actual value of an estimated parameter is actually in a protection level is still much higher than with "usual" integrity areas.
  • the minimum probability here is usually over 99.99%, particularly preferably over 99.999% or even over 99.9999%.
  • the minimum probability at the protection level can also not be expressed in percent but in possible errors in a certain time interval.
  • a protection level can, for example, be defined so that the parameter in question is outside the protection level at most once every 10 years.
  • the protection level can be, for example, either as a unitless probability or as a rate, i.e. as
  • step a at least one piece of integrity information is ascertained, in particular via the parameter estimate or an estimated one
  • a covariance matrix or at least one value from a covariance matrix for the parameter estimation and / or from the parameter estimation can be determined.
  • values are read from a covariance matrix.
  • the covariance matrix can be determined, for example, by a filter model, such as a Kalman filter, and in this connection can result, for example, from the parameter estimation carried out using the filter model.
  • Sensor data of the sensors of the motor vehicle which are also mentioned here, can be supplied to the filter model as input data.
  • state-describing functions are fundamentally conceivable, in particular so-called “state observers”, for example extensive fuzzy methods or the like.
  • step b) the at least one piece of integrity information determined in step a) is evaluated.
  • a matrix such as a covariance matrix
  • the integrity area is provided by outputting at least two pieces of information that describe a non-rotationally invariant (geometric) shape.
  • the non-rotationally invariant (geometric) shape can be, for example, an ellipse, a rectangle, a diamond or the like. It is preferably an ellipse. If necessary, a rectangle can be derived from the ellipse.
  • the at least two pieces of information may e.g. are (support) vectors that span and / or (unambiguously) define the non-rotationally invariant (geometric) shape.
  • the ellipse can become an ellipsoid and the rectangle a cuboid.
  • a hyperellipsoid is also conceivable, for example.
  • the estimated parameter is a driving operation parameter of a motor vehicle.
  • the driving operation parameter is usually a safety-critical or safety-relevant parameter of the ferry operation a motor vehicle. It is preferably the
  • a driving operation parameter is used here in particular
  • the driving operation parameter helps at least to describe an own movement and / or own position of a motor vehicle.
  • the driving operation parameter can be, for example, an (own) position, an (own) speed, (own) acceleration or a position (or orientation) of the motor vehicle.
  • the driving operation parameter is preferably a self-position of the motor vehicle.
  • the range of integrity is also preferably determined in real time or
  • the method is preferably used to provide an integrity area that describes the integrity of an estimate of a vehicle's own position.
  • the method can (thus) for example provide a
  • Integrity range serve a position estimate of a vehicle position.
  • the integrity area can describe the area in which an estimated own position of a vehicle with a minimum probability (actually) lies. Alternatively or cumulatively to the estimation of the vehicle's own position, the method can also be used to estimate the
  • Own speed, orientation, own movement or the like of the vehicle can be used.
  • step a) the at least one piece of integrity information based on data from at least one sensor is determined, which is preferably arranged in or on a motor vehicle. The determination of the
  • Integrity information based at least also on GNSS (global navigation satellite system) data (and for example additional GNSS correction data or data comprising both GNSS position data and GNSS correction data) of a GNSS sensor of a motor vehicle.
  • the integrity information can be determined at least on the basis of data from an environment sensor of a motor vehicle.
  • the environment sensor can be, for example, a camera, a RADAR sensor, a LIDAR sensor and / or an ultrasonic sensor.
  • a covariance matrix be evaluated in step b).
  • the covariance matrix usually contains the uncertainties of the state parameters determined by the system, as well as their correlations with each other. These uncertainties (variances and covariances) form the so-called "second central moment in statistics" and represent the individual matrix elements. The resulting one
  • Covariance matrix is symmetrical and has as many rows as there are columns. In the case of a two-dimensional position determination, the
  • Covariance matrix also two-dimensional. That means it has two rows and two columns (a total of 4 matrix elements).
  • the covariance is preferably evaluated such that an ellipse is determined from it.
  • mathematical methods such as solving the eigenvalue problem of the matrix and setting up the characteristic polynomial of the matrix and zeroing this polynomial, the
  • the individual matrix elements are used as input parameters for this.
  • the eigenvalues then calculated represent the length of the two semiaxes of an ellipse, which initially only represents a pure error ellipse.
  • the associated eigenvectors of the matrix can be determined for the specific eigenvalues of the matrix. Using this
  • Eigenvectors can determine an angle that is the orientation of the ellipse within a defined coordinate system. So you can first evaluate the following output parameters from the covariance matrix: The eigenvalues of the matrix, the eigenvectors associated with the eigenvalues and / or the orientation angle with respect to a fixedly defined one
  • the factor by which it is “inflated” can be determined, for example, by means of quantile tables from the associated statistical probability distributions.
  • the at least two pieces of information output in step c) form an ellipse
  • this at least two pieces of information can be, for example, two eigenvectors.
  • the ellipse can be arranged so that the estimated parameter lies in its center. Furthermore, the ellipse can be oriented so that it lies in a horizontal plane.
  • the integrity area is preferably a horizontal integrity area.
  • the ellipse can also be an ellipse that lies in a horizontal plane.
  • a further or different non-rotation-invariant shape can also be determined, which is then provided in step c).
  • a box or a rectangle can be determined that surrounds or envelops the ellipse.
  • step c) at least one further item of information is output, which is an orientation angle of the non-rotation-invariant shape with respect to a
  • the orientation angle can be based in particular on the eigenvectors of the
  • Covariance matrix can be determined.
  • the non-rotationally invariant form is in one
  • a confidence area be provided as the integrity area.
  • the confidence range can be provided, for example, by scaling the integrity range.
  • the (geometric) shape provided in step c) generally describes and / or surrounds the area of integrity. This (geometric) shape can also be scaled (in particular enlarged), for example by
  • Confidence area In particular, as described above, a confidence ellipse can be provided in this way.
  • a computer program for performing a method presented here is proposed.
  • this relates in particular to a computer program (product) comprising commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out a method described here.
  • the machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
  • a control device for a motor vehicle is proposed, the control device for carrying out a here
  • control unit can Have memory on which a program for executing the method is stored. Furthermore, the control device can have a processor that can access the memory and execute the program.
  • the method serves to provide an integrity area 1, 11 of a parameter estimate, the integrity area describing the area in which an estimated parameter with a minimum probability lies.
  • step 110 at least one piece of integrity information is determined in accordance with step a).
  • step 120 the at least one piece of integrity information determined in step a) is evaluated in accordance with step b).
  • step 130 according to step c), the integrity area is provided by outputting at least two Information 2, 3, 12, 13, which describe a non-rotationally invariant form 5, 15.
  • FIG. 2 schematically shows an exemplary illustration of the method proposed here.
  • the reference symbols are used uniformly, so that reference can be made in full to the preceding explanations, in particular for FIG. 1.
  • FIG. 2 An integrity area 1 around a motor vehicle 30 is shown in FIG. 2.
  • This integrity area 1 has, for example, the shape of an ellipse 5.
  • This ellipse 5 lies here, for example, in a horizontal plane.
  • At least two pieces of information 2, 3 are available for clamping the ellipse 5.
  • the information 2 is here, for example, the main axis of the ellipse 5 and the information 3 is, for example, the minor axis 3 of the ellipse 5.
  • an orientation angle 4 of the ellipse 5, in particular the main axis 2 of the ellipse 5, relative to a motor vehicle coordinate system 31 of the motor vehicle 30 is determined and provided as information.
  • the non-rotationally invariant shape of the integrity area 1 thus allows it to be made available as a function of or in relation to the direction of travel 32 of the motor vehicle 30. This can contribute to improving the determination of the own position of motor vehicle 30, in particular when cornering. This represents, in particular, a noticeable improvement over areas of integrity which only describe a circle 40 over a radius 41.
  • FIG. 2 also illustrates a possible, further non-rotationally invariant form that describes the integrity area 11.
  • This is a box 15.
  • the box 15 can be described by way of example using two pieces of information 12, 13.
  • the information 12 exemplifies the (maximum) deviation along the direction of travel 32 and the information 13 exemplifies the (maximum) deviation transverse to the direction of travel 32.
  • FIG. 3 schematically shows a motor vehicle 30 with a control device 20 proposed here.
  • the control device 20 is set up to carry out a method presented here.
  • the motor vehicle 30 also has a sensor 33 which can transmit data to the control device 20.
  • the solution presented here can be summarized in particular as follows:
  • the so-called protection level is a critical factor for safety concepts in the field of autonomous driving.
  • the protection level describes a confidence range in which the actual position of an object whose position is to be determined is very likely. The possibility that the actual position is outside the protection level is extremely low. This high level of safety is essential for applications in the field of autonomous driving.
  • This determined presumed position is usually in the center of the protection level.
  • applications in the area e.g. the
  • Position determination in one level the protection level is usually described as a circle in one level.
  • a circle as a protection level has the advantage that it can be described with just one parameter (the radius).
  • the radius is not very precise.
  • the circle is just a very rough assumption of the uncertainty of the particular position.
  • much more precise assessments are often possible in certain directions in the plane.
  • the directions in which these more precise assessments are possible often coincide with the directions in which exact vehicle positions must be known for applications in autonomous driving. For example, it is very important for autonomous driving to know exactly what uncertainty exists when determining the position perpendicular to the direction of travel. An uncertainty in determining the position parallel to the direction of travel, on the other hand, is often more acceptable.
  • the available data often make it more precise in the direction perpendicular to the direction of travel
  • Coordinate system for example in a body coordinate system of the
  • Coordinate system is possible with a matrix transformation. This approach is not possible with the classic definition of the protection level (specified with a radius), for example used in the aerospace sector, and is also not necessary because it is circular or spherical
  • Integrity area can not be aligned.
  • Vehicle coordinate system arranged ellipse described. Then uncertainties in different spatial directions can be mapped well relative to the vehicle.
  • the protection level described here can therefore differentiate between a motor vehicle longitudinal direction uncertainty and a transverse direction uncertainty transverse to the vehicle longitudinal direction.
  • a further rotation can take place relative to the vehicle coordinate system, for example the
  • All - apart from one or more scaling factors - necessary parameters to describe the ellipse of the protection level can be from one
  • Covariance matrix with components in a diagonal axis of the matrix as well as further components linking these components can be found in the further cutouts of the matrix.
  • the components in the diagonal of the matrix primarily describe the extent of the elliptical protection level.
  • the other components in the cutouts of the matrix describe in particular the rotation of the ellipse.
  • the matrix can transform into a
  • Motor vehicle coordinate system are converted so that only the components in the axis diagonal exist (then called main components), the other components of the matrix becoming zero.

Abstract

The invention relates to a method for providing an integrity range (1, 1) of a parameter estimation, the integrity range describing the range in which an estimated parameter lies within a minimum probability. The method comprises at least the following steps: a) acquiring at least one piece of integrity information, b) evaluating the at least one piece of integrity information acquired in step a), and c) providing the integrity range by outputting at least two pieces of information (2, 3, 12, 13) that describe a non-rotation-invariant shape (5, 15).

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren zum Bereitstellen eines Integritätsbereichs einer Parameterschätzung Method for providing an integrity area of a parameter estimate
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Integritätsbereichs einer Parameterschätzung, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung ist insbesondere geeignet beim autonomen Fahren zur Anwendung zu kommen. The invention relates to a method for providing an integrity area of a parameter estimate, a computer program, a machine-readable storage medium and a control device for a motor vehicle. The invention is particularly suitable for use in autonomous driving.
Stand der Technik State of the art
Eine der wichtigsten Herausforderungen für ein autonomes Fahren ist die möglichst genaue und zuverlässige Bestimmung der Eigenposition des autonomen Fahrzeugs. Das autonome Fahrzeug verfügt in der Regel über Sensoren, wie beispielsweise Inertialsensoren, Radsensoren, One of the most important challenges for autonomous driving is the most accurate and reliable determination of the autonomous vehicle's own position. The autonomous vehicle usually has sensors, such as inertial sensors, wheel sensors,
Umgebungssensoren, GNSS-Sensoren, optische und/oder akustische Sensoren, mittels welcher das Fahrzeug seine Eigenposition schätzen kann. In diesem Zusammenhang ist es hilfreich, wenn zu einer ermittelten Eigenposition auch eine Information über deren (zu erwartende) Schätzgenauigkeit ausgegeben wird. In diesem Zusammenhang kann zum Beispiel die Konfidenz der ermittelten Eigenposition durch ein sogenanntes„Protection Level“ (kurz:„PL“) dargestellt werden. Das PL kann dabei eine statistische Fehlergrenze beschreiben, deren Berechnung in der Regel auf statistischen Überlegungen und ggf. zusätzlich auf einer geeigneten Abstimmung der Schätzalgorithmen basiert. Environment sensors, GNSS sensors, optical and / or acoustic sensors, by means of which the vehicle can estimate its own position. In this context, it is helpful if information about its (expected) estimation accuracy is also output for a determined own position. In this context, for example, the confidence of the determined own position can be represented by a so-called "Protection Level" (short: "PL"). The PL can describe a statistical error limit, the calculation of which is generally based on statistical considerations and, if necessary, additionally on a suitable coordination of the estimation algorithms.
Insbesondere in der Luftfahrt ist das Konzept der Bereitstellung des Protection Levels verbreitet. Die dabei entwickelten Lösungen sind jedoch auf den The concept of providing the protection level is particularly widespread in aviation. However, the solutions developed are based on the
Anwendungsbereich des autonomen Fahrens nicht ohne weiteres übertragbar. Insbesondere stellen zum Beispiel Häuserschluchten und deren Beeinflussung von Satellitensignalen Probleme dar, die bei Luftfahrtanwendungen nicht auftreten. Darüber hinaus spielt bei Luftfahrtanwendungen die Ausrichtung des Luftfahrzeugs (insbesondere die Ausrichtung des Luftfahrzeuges in einem globalen Koordinatensystem) für die Lokalisierung des Luftfahrzeugs in der Regel keine Rolle. Es sind daher verbesserte Methoden zur Berechnung eines möglichst zuverlässigen Protection Levels wünschenswert, die insbesondere auch in schwierigen Umgebungen, wie beispielsweise in städtischen Gebieten zuverlässige Ergebnisse liefern können. Application area of autonomous driving is not easily transferable. In particular, house canyons and their influence on satellite signals represent problems that do not occur in aviation applications. In addition, the orientation of the Aircraft (in particular the orientation of the aircraft in a global coordinate system) generally does not matter for the location of the aircraft. Improved methods for calculating a protection level that is as reliable as possible are therefore desirable, which can deliver reliable results especially in difficult environments, such as in urban areas.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Bereitstellen eines Integritätsbereichs einer Parameterschätzung, wobei der Integritätsbereich den Bereich beschreibt, in dem ein geschätzter Parameter mit einer Here, according to claim 1, a method for providing an integrity area of a parameter estimate is proposed, the integrity area describing the area in which an estimated parameter with a
Mindestwahrscheinlichkeit liegt, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: The minimum probability is, the method comprising at least the following steps:
a) Ermitteln mindestens einer Integritätsinformation, a) determining at least one piece of integrity information,
b) Auswerten der in Schritt a) ermittelten, mindestens einen b) evaluating the at least one determined in step a)
Integritätsinformation, Integrity information,
c) Bereitstellen des Integritätsbereichs durch Ausgeben von mindestens zwei Informationen, die eine nicht-rotationsinvariante Form beschreiben. c) Providing the integrity area by outputting at least two pieces of information that describe a non-rotation-invariant form.
Die Schritte a), b) und c) werden insbesondere in der angegebenen Reihenfolge nacheinander durchgeführt. Die hier vorgeschlagene Lösung erlaubt in vorteilhafter Weise, dass der Integritätsbereich richtungsabhängig, insbesondere in Abhängigkeit bzw. in Relation zu der Ausrichtung bzw. Orientierung eines Kraftfahrzeugs (für welches, zu dem oder in dem die Parameterschätzung durchgeführt wird) bereitzustellen. Mit der Ausrichtung bzw. der Orientierung ist hier insbesondere die Ausrichtung und/oder Orientierung in einem globalen Koordinatensystem gemeint. Dies bietet insbesondere eine merkliche Steps a), b) and c) are carried out in particular in the order given. The solution proposed here advantageously allows the integrity area to be made available depending on the direction, in particular depending on or in relation to the orientation or orientation of a motor vehicle (for which, for or in which the parameter estimation is carried out). The alignment or orientation here means in particular the alignment and / or orientation in a global coordinate system. This is particularly noticeable
Verbesserung gegenüber einem nur kreisförmig bereitgestellten Improvement over an only circular one
Integritätsbereich. Integrity area.
Der Integritätsbereich beschreibt den Bereich, in dem ein geschätzter The integrity area describes the area in which an estimated
Parameter(-wert) mit einer Mindestwahrscheinlichkeit (tatsächlich) liegt. Der geschätzte Parameter(-wert) beschreibt dabei grundsätzlich ein (einzelnes, insbesondere momentanes) Schätzergebnis der Parameterschätzung. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Integritätsbereich den Bereich beschreibt, in dem ein realer bzw. tatsächlicher Wert eines geschätzten Parameters mit einer Mindestwahrscheinlichkeit liegt. Ein solcher Parameter (value) with a minimum probability (actually). The estimated parameter (value) basically describes an (individual, in particular momentary) estimation result of the parameter estimation. In other words, this means in particular that the integrity area describes the area in which a real or actual value of an estimated one Parameter with a minimum probability. Such a
Integritätsbereich kann auch als sogenanntes„Protection Level“ bezeichnet werden. Integrity area can also be referred to as the so-called “protection level”.
Bei der Mindestwahrscheinlichkeit handelt es sich in der Regel um eine vordefinierte Mindestwahrscheinlichkeit. Bevorzugt beträgt die The minimum probability is usually a predefined minimum probability. The is preferably
Mindestwahrscheinlichkeit 90 %, besonders bevorzugt 95 % oder sogar 99 %. Minimum probability 90%, particularly preferably 95% or even 99%.
Vorzugsweise ist der Integritätsbereich ein Protection Level. Das Protection Level beschreibt dabei in der Regel den (räumlichen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen) Bereich, in dem ein geschätzter Parameter(-wert) mit einer Mindestwahrscheinlichkeit (tatsächlich) liegt. Der geschätzte Parameter(-wert) beschreibt dabei grundsätzlich ein (einzelnes, insbesondere momentanes) Schätzergebnis der Parameterschätzung. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass das Protection Level den Bereich beschreibt, in dem ein realer bzw. tatsächlicher Wert eines geschätzten Parameters mit einer The range of integrity is preferably a protection level. The protection level usually describes the (spatial, in particular two- or three-dimensional) area in which an estimated parameter (value) with a minimum probability (actually) lies. The estimated parameter (value) basically describes an (individual, in particular momentary) estimation result of the parameter estimation. In other words, this means in particular that the protection level describes the area in which a real or actual value of an estimated parameter with a
Mindestwahrscheinlichkeit liegt. The minimum probability is.
Mit noch anderen Worten ausgedrückt, beschreibt ein Protection Level insbesondere ein Konfidenzintervall oder einen (räumlichen) Konfidenzbereich, in dem sich der wahre Wert eines geschätzten Parameters mit einer In other words, a protection level describes in particular a confidence interval or a (spatial) confidence range, in which the true value of an estimated parameter can be compared with a
Mindestwahrscheinlichkeit befindet. Dabei befindet sich der geschätzte Wert des Parameters üblicherweise in der Mitte bzw. dem Zentrum des Konfidenzintervalls bzw. Konfidenzbereichs. Minimum probability. The estimated value of the parameter is usually in the middle or the center of the confidence interval or confidence range.
Die Mindestwahrscheinlichkeit mit der ein realer bzw. tatsächlicher Wert eines geschätzten Parameters tatsächlich in einem Protection Level liegt ist noch sehr viel höher als bei„üblichen“ Integritätsbereichen. Die Mindestwahrscheinlichkeit liegt hier üblicherweise über 99.99 %, besonders bevorzugt über 99.999 % oder sogar über 99.9999 %. Die Mindestwahrscheinlichkeit kann bei dem Protection- Level auch nicht in Prozent sondern in möglichen Fehlern in einem bestimmten Zeitintervall ausgedrückt werden. Ein Protection Level kann beispielsweise so definiert sein, dass der fragliche Parameter maximal einmal in 10 Jahren außerhalb des Protection-Levels liegt. Das Protection Level kann beispielsweise entweder als einheitslose Wahrscheinlichkeit oder als Rate, d.h. als The minimum probability with which a real or actual value of an estimated parameter is actually in a protection level is still much higher than with "usual" integrity areas. The minimum probability here is usually over 99.99%, particularly preferably over 99.999% or even over 99.9999%. The minimum probability at the protection level can also not be expressed in percent but in possible errors in a certain time interval. A protection level can, for example, be defined so that the parameter in question is outside the protection level at most once every 10 years. The protection level can be, for example, either as a unitless probability or as a rate, i.e. as
Fehlerauftrittswahrscheinlichkeit über einem Zeitintervall, ausgedrückt werden. In Schritt a) erfolgt ein Ermitteln mindestens einer Integritätsinformation, insbesondere über die Parameterschätzung bzw. zu einem geschätzten Error occurrence probability over a time interval can be expressed. In step a), at least one piece of integrity information is ascertained, in particular via the parameter estimate or an estimated one
Parameter. Dabei kann beispielsweise eine Kovarianzmatrix oder mindestens ein Wert aus einer Kovarianzmatrix zu der Parameterschätzung und/oder aus der Parameterschätzung bestimmt werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass Werte aus einer Kovarianzmatrix ausgelesen werden. Die Kovarianzmatrix kann beispielsweise von einem Filter-Modell, wie beispielsweise einem Kalman-Filter bestimmt werden und in diesem Zusammenhang zum Beispiel aus der mittels des Filter-Modells durchgeführten Parameterschätzung resultieren. Dem Filter-Modell können als Eingangsdaten Sensordaten der hier auch erwähnten Sensoren des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Als Alternative oder Ergänzung zu dem Filter-Modell sind grundsätzlich zustandsbeschreibende Funktionen denkbar, insbesondere so genannte„Zustandsbeobachter“, beispielsweiche umfassend Fuzzy-Methoden oder dergleichen. Parameter. For example, a covariance matrix or at least one value from a covariance matrix for the parameter estimation and / or from the parameter estimation can be determined. In this context, it is particularly conceivable that values are read from a covariance matrix. The covariance matrix can be determined, for example, by a filter model, such as a Kalman filter, and in this connection can result, for example, from the parameter estimation carried out using the filter model. Sensor data of the sensors of the motor vehicle, which are also mentioned here, can be supplied to the filter model as input data. As an alternative or supplement to the filter model, state-describing functions are fundamentally conceivable, in particular so-called “state observers”, for example extensive fuzzy methods or the like.
In Schritt b) erfolgt ein Auswerten der in Schritt a) ermittelten, mindestens einen Integritätsinformation. Hierzu können beispielsweise mathematische Methoden zur Auswertung einer Matrix, wie etwa einer Kovarianzmatrix zur Anwendung kommen. In step b), the at least one piece of integrity information determined in step a) is evaluated. For this purpose, for example, mathematical methods for evaluating a matrix, such as a covariance matrix, can be used.
In Schritt c) erfolgt ein Bereitstellen des Integritätsbereichs durch Ausgeben von mindestens zwei Informationen, die eine nicht-rotationsinvariante (geometrische) Form beschreiben. Bei der nicht-rotationsinvarianten (geometrischen) Form kann es sich beispielsweise um eine Ellipse, ein Rechteck, eine Raute oder dergleichen handeln. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Ellipse. Aus der Ellipse kann ggf. ein Rechteck abgeleitet werden. Bei den mindestens zwei Informationen kann es sich z.B. um (Stütz-) Vektoren handeln, welche die nicht rotationsinvariante (geometrische) Form aufspannen und/oder (eindeutig) definieren. Soll der Integritätsbereich dreidimensional bestimmt werden, kann aus der Ellipse ein Ellipsoid und aus dem Rechteck ein Quader werden. Im Falle einer mehrdimensionalen Darstellung ist beispielsweise auch ein Hyperellipsoid denkbar. In step c) the integrity area is provided by outputting at least two pieces of information that describe a non-rotationally invariant (geometric) shape. The non-rotationally invariant (geometric) shape can be, for example, an ellipse, a rectangle, a diamond or the like. It is preferably an ellipse. If necessary, a rectangle can be derived from the ellipse. The at least two pieces of information may e.g. are (support) vectors that span and / or (unambiguously) define the non-rotationally invariant (geometric) shape. If the integrity area is to be determined three-dimensionally, the ellipse can become an ellipsoid and the rectangle a cuboid. In the case of a multidimensional representation, a hyperellipsoid is also conceivable, for example.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass es sich bei dem geschätzten Parameter um einen Fahrbetriebsparameter eines Kraftfahrzeugs handelt. Bei dem Fahrbetriebsparameter handelt es sich in der Regel um einen sicherheitskritischen bzw. sicherheitsrelevanten Parameter des Fährbetriebs eines Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise handelt es sich bei dem According to an advantageous embodiment, it is proposed that the estimated parameter is a driving operation parameter of a motor vehicle. The driving operation parameter is usually a safety-critical or safety-relevant parameter of the ferry operation a motor vehicle. It is preferably the
Fahrbetriebsparameter um einen (sicherheitskritischen bzw. Driving operation parameters by a (safety-critical or
sicherheitsrelevanten) Parameter des Fährbetriebs eines zumindest teilweise automatisiert oder sogar autonom operierenden (bzw. betriebenen) safety-relevant) parameters of the ferry operation of an at least partially automated or even autonomously operating (or operated)
Kraftfahrzeugs. Motor vehicle.
Unter einem Fahrbetriebsparameter wird hier insbesondere ein solcher A driving operation parameter is used here in particular
Parameter verstanden, der dazu beiträgt den räumlichen Fährbetrieb eines Kraftfahrzeugs bzw. die Operation eines Kraftfahrzeugs im Raum zu Understand parameters that contribute to the spatial ferry operation of a motor vehicle or the operation of a motor vehicle in space
beschreiben. Insbesondere trägt der Fahrbetriebsparameter zumindest dazu bei eine Eigenbewegung und/oder Eigenposition eines Kraftfahrzeugs zu beschreiben. Bei dem Fahrbetriebsparameter kann es sich beispielsweise um eine (Eigen-) Position, eine (Eigen-)Geschwindigkeit, (Eigen-)Beschleunigung oder eine Lage (bzw. Orientierung) des Kraftfahrzeugs handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrbetriebsparameter um eine Eigenposition des Kraftfahrzeugs. describe. In particular, the driving operation parameter helps at least to describe an own movement and / or own position of a motor vehicle. The driving operation parameter can be, for example, an (own) position, an (own) speed, (own) acceleration or a position (or orientation) of the motor vehicle. The driving operation parameter is preferably a self-position of the motor vehicle.
Weiterhin bevorzugt wird der Integritätsbereich in Echtzeit ermittelt bzw. The range of integrity is also preferably determined in real time or
bereitgestellt. In diesem Zusammenhang kann der Integritätsbereich provided. In this context, the area of integrity
beispielswiese während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ermittelt und/oder bereitgestellt werden. for example, determined and / or provided while the motor vehicle is traveling.
Vorzugsweise dient das Verfahren zum Bereitstellen eines Integritätsbereichs, welcher die Integrität einer Schätzung einer Eigenposition eines Fahrzeugs beschreibt. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass es sich bei dem Parameter vorzugsweise um eine Eigenposition eines Fahrzeugs handelt. Das Verfahren kann (somit) beispielsweise zum Bereitstellen eines The method is preferably used to provide an integrity area that describes the integrity of an estimate of a vehicle's own position. In other words, this means in particular that the parameter is preferably an own position of a vehicle. The method can (thus) for example provide a
Integritätsbereichs einer Positionsschätzung einer Fahrzeugposition dienen. Dabei kann der Integritätsbereich den Bereich beschreiben, in dem eine geschätzte Eigenposition eines Fahrzeugs mit einer Mindestwahrscheinlichkeit (tatsächlich) liegt. Alternativ oder kumulativ zu der Schätzung der Eigenposition des Fahrzeugs kann das Verfahren auch zur Schätzung der Integrity range serve a position estimate of a vehicle position. The integrity area can describe the area in which an estimated own position of a vehicle with a minimum probability (actually) lies. Alternatively or cumulatively to the estimation of the vehicle's own position, the method can also be used to estimate the
Eigengeschwindigkeit, Orientierung, Eigenbewegung oder dergleichen des Fahrzeugs genutzt werden. Own speed, orientation, own movement or the like of the vehicle can be used.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt a) die mindestens einer Integritätsinformation auf Basis von Daten von mindestens einem Sensor ermittelt wird, der vorzugsweise in oder an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der According to a further advantageous embodiment, it is proposed that in step a) the at least one piece of integrity information based on data from at least one sensor is determined, which is preferably arranged in or on a motor vehicle. The determination of the
Integritätsinformation zumindest auch auf Basis von GNSS-(Globales- Navigations-Satelliten-System)Daten (sowie beispielsweise zusätzlichen GNSS- Korrekturdaten oder Daten, umfassend sowohl GNSS-Positionsdaten als auch GNSS-Korrekturdaten) eines GNSS-Sensors eines Kraftfahrzeugs. Alternativ oder kumulativ kann die Ermittlung der Integritätsinformation zumindest auch auf Basis von Daten eines Umfeld-Sensors eines Kraftfahrzeugs erfolgen. Bei dem Umfeld-Sensor kann es sich beispielsweise um eine Kamera, einen RADAR- Sensor, einen LIDAR-Sensor und/oder einen Ultraschallsensor handeln. Integrity information based at least also on GNSS (global navigation satellite system) data (and for example additional GNSS correction data or data comprising both GNSS position data and GNSS correction data) of a GNSS sensor of a motor vehicle. Alternatively or cumulatively, the integrity information can be determined at least on the basis of data from an environment sensor of a motor vehicle. The environment sensor can be, for example, a camera, a RADAR sensor, a LIDAR sensor and / or an ultrasonic sensor.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt b) eine Kovarianzmatrix ausgewertet wird. Die Kovarianzmatrix beinhaltet in der Regel die Unsicherheiten der vom System ermittelten Zustandsparameter, sowie deren Korrelationen untereinander. Diese Unsicherheiten (Varianzen und Kovarianzen) bilden das sogenannte„second central moment in statistics“ und repräsentieren die einzelnen Matrixelemente. Die somit entstandene According to a further advantageous embodiment, it is proposed that a covariance matrix be evaluated in step b). The covariance matrix usually contains the uncertainties of the state parameters determined by the system, as well as their correlations with each other. These uncertainties (variances and covariances) form the so-called "second central moment in statistics" and represent the individual matrix elements. The resulting one
Kovarianzmatrix ist symmetrisch und hat genauso viele Zeilen wie Spalten. Im Falle einer zweidimensionalen Positionsbestimmung ist daher die Covariance matrix is symmetrical and has as many rows as there are columns. In the case of a two-dimensional position determination, the
Kovarianzmatrix ebenso zweidimensional. Das heißt sie hat zwei Zeilen und zwei Spalten (insgesamt also 4 Matrixelemente). Die Inputparameter für die Matrix können beispielsweise die Unsicherheiten der Zustandsparameter selbst und/oder die Korrelationen untereinander, sprich Unsicherheiten zwischen den Zustandsparametern (= Zusammenhangsmaß für den Zusammenhang zweier Zustandsparameter) sein. Covariance matrix also two-dimensional. That means it has two rows and two columns (a total of 4 matrix elements). The input parameters for the matrix can be, for example, the uncertainties of the state parameters themselves and / or the correlations with one another, that is to say uncertainties between the state parameters (= relationship measure for the relationship between two state parameters).
Vorzugsweise wird die Kovarianz so ausgewertet, dass daraus eine Ellipse ermittelt wird. Mittels mathematischer Methoden, wie beispielsweise der Lösung des Eigenwertproblems der Matrix und dem Aufstellen des charakteristischen Polynoms der Matrix und Nullsetzen dieses Polynoms, lassen sich die The covariance is preferably evaluated such that an ellipse is determined from it. Using mathematical methods, such as solving the eigenvalue problem of the matrix and setting up the characteristic polynomial of the matrix and zeroing this polynomial, the
Eigenwerte der Matrix bestimmen. Hierfür werden die einzelnen Matrixelemente als Inputparameter verwendet. Die dann berechneten Eigenwerte repräsentieren die Länge der beiden Halbachsen einer Ellipse, die zunächst einmal nur eine reine Fehlerellipse darstellt. Zu den bestimmten Eigenwerten der Matrix lassen sich die zugehörigen Eigenvektoren der Matrix ermitteln. Mithilfe dieser Determine the eigenvalues of the matrix. The individual matrix elements are used as input parameters for this. The eigenvalues then calculated represent the length of the two semiaxes of an ellipse, which initially only represents a pure error ellipse. The associated eigenvectors of the matrix can be determined for the specific eigenvalues of the matrix. Using this
Eigenvektoren lässt sich ein Winkel bestimmen, der die Orientierung der Ellipse innerhalb eines definierten Koordinatensystems angibt. Somit kann man also zunächst die folgenden Output- Parameter aus der Kovarianzmatrix auswerten: Die Eigenwerte der Matrix, die zu den Eigenwerten zugehörigen Eigenvektoren und/oder den Orientierungswinkel in Bezug auf ein fest definiertes Eigenvectors can determine an angle that is the orientation of the ellipse within a defined coordinate system. So you can first evaluate the following output parameters from the covariance matrix: The eigenvalues of the matrix, the eigenvectors associated with the eigenvalues and / or the orientation angle with respect to a fixedly defined one
Koo rd i n aten syste m . Koo rd i n aten syste m.
Abgesehen vom Mittelpunkt der Ellipse (der hier vorzugsweise in den Mittelpunkt oder Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs gelegt werden kann) hat man damit nun alle Parameter, um eine Ellipse eindeutig zu beschreiben. Bis hierhin handelt es sich um eine sogenannte Fehlerellipse. Diese Fehlerellipse kann nun mittels eines Faktors (Skalar) aufgebläht/vergrößert werden, bis ein gewünschtes Vertrauensintervall bzw. Konfidenzintervall erreicht ist. Das heißt, dieser Faktor wird auf die Längen der Ellipsenhalbachsen angewendet. Die daraus Apart from the center point of the ellipse (which can preferably be placed here in the center point or center of gravity of the motor vehicle), you now have all the parameters for uniquely describing an ellipse. Up to this point it is a so-called error ellipse. This error ellipse can now be inflated / enlarged using a factor (scalar) until a desired confidence interval or confidence interval is reached. This means that this factor is applied to the lengths of the ellipse half axes. The one from it
resultierende Ellipse behält ihre Orientierung bei. Nur die Halbachsen werden entsprechend verlängert. Man spricht nun von einer Konfidenzellipse. Der Faktor, um den„aufgebläht“ wird, lässt sich beispielsweise mittels Quantil-Tabellen von zugehörigen statistischen Wahrscheinlichkeitsverteilungen ermitteln. resulting ellipse maintains its orientation. Only the semiaxes are extended accordingly. One now speaks of a confidence ellipse. The factor by which it is “inflated” can be determined, for example, by means of quantile tables from the associated statistical probability distributions.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die in Schritt c) ausgegebenen mindestens zwei Informationen eine Ellipse According to a further advantageous embodiment, it is proposed that the at least two pieces of information output in step c) form an ellipse
beschreiben. Wie vorstehend ausgeführt, kann es sich bei diesen mindestens zwei Informationen zum Beispiel um zwei Eigenvektoren handeln. Die Ellipse kann dabei so angeordnet sein, dass der geschätzte Parameter in deren Zentrum liegt. Weiterhin kann die Ellipse dabei so ausgerichtet sein, dass sie in einer horizontalen Ebene liegt. describe. As stated above, this at least two pieces of information can be, for example, two eigenvectors. The ellipse can be arranged so that the estimated parameter lies in its center. Furthermore, the ellipse can be oriented so that it lies in a horizontal plane.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Integritätsbereich um einen horizontalen Integritätsbereich. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Integritätsbereich einen Bereich betrifft, der in einer horizontalen Ebene liegt. Dementsprechend kann es sich bei der Ellipse auch um eine Ellipse handeln, die in einer horizontalen Ebene liegt. The integrity area is preferably a horizontal integrity area. In other words, this means in particular that the area of integrity relates to an area lying in a horizontal plane. Accordingly, the ellipse can also be an ellipse that lies in a horizontal plane.
Auf Basis der ggf. als Zwischenschritt ermittelten Ellipse kann darüber hinaus auch eine weitere bzw. andere nicht-rotationsinvariante Form ermittelt werden, die dann in Schritt c) bereitgestellt wird. Beispielswiese kann eine Box bzw. ein Rechteck ermittelt werden, welches die Ellipse umgibt bzw. einhüllt. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche, welches die Ellipse jedoch vollständig umgibt. On the basis of the ellipse possibly determined as an intermediate step, a further or different non-rotation-invariant shape can also be determined, which is then provided in step c). For example, a box or a rectangle can be determined that surrounds or envelops the ellipse. Here it is in particular a rectangle with the smallest possible area, but which completely surrounds the ellipse.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) mindestens eine weitere Information ausgegeben wird, die einen Orientierungswinkel der nicht-rotationsinvarianten Form in Bezug auf ein According to a further advantageous embodiment, it is proposed that in step c) at least one further item of information is output, which is an orientation angle of the non-rotation-invariant shape with respect to a
Kraftfahrzeug- Koordinatensystem beschreibt. Der Orientierungswinkel kann in diesem Zusammenhang insbesondere auf Basis der Eigenvektoren der Motor vehicle coordinate system describes. In this context, the orientation angle can be based in particular on the eigenvectors of the
Kovarianzmatrix ermittelt werden. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die nicht-rotationsinvariante Form in ein Covariance matrix can be determined. In this context in particular, it is particularly advantageous if the non-rotationally invariant form is in one
Kraftfahrzeug- Koordinatensystem transformiert wird. Motor vehicle coordinate system is transformed.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass als Integritätsbereich ein Konfidenzbereich bereitgestellt wird. Der Konfidenzbereich kann beispielsweise durch Skalieren des Integritätsbereichs bereitgestellt werden. Die in Schritt c) bereitgestellte (geometrische) Form beschreibt und/oder umließt in der Regel den Integritätsbereich. Diese (geometrische) Form kann auch skaliert (insbesondere vergrößert) werden, etwa um die According to a further advantageous embodiment, it is proposed that a confidence area be provided as the integrity area. The confidence range can be provided, for example, by scaling the integrity range. The (geometric) shape provided in step c) generally describes and / or surrounds the area of integrity. This (geometric) shape can also be scaled (in particular enlarged), for example by
Mindestwahrscheinlichkeit zu erhöhen oder auf einen bestimmten Wert einzustellen. Der so skalierte Integritätsbereich bildet dann einen Increase the minimum probability or set it to a certain value. The range of integrity thus scaled then forms one
Konfidenzbereich. Insbesondere kann, wie oben beschrieben, auf diese Weise eine Konfidenzellipse bereitgestellt werden. Confidence area. In particular, as described above, a confidence ellipse can be provided in this way.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens vorgeschlagen. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen. According to a further aspect, a computer program for performing a method presented here is proposed. In other words, this relates in particular to a computer program (product) comprising commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out a method described here.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das hier vorgeschlagene Computerprogramm According to a further aspect, a machine-readable storage medium is proposed on which the computer program proposed here
gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger. is saved. The machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines hier According to a further aspect, a control device for a motor vehicle is proposed, the control device for carrying out a here
vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist. Hierzu kann das Steuergerät einen Speicher aufweisen, auf dem ein Programm zur Durchführung des Verfahrens hinterlegt ist. Weiterhin kann das Steuergerät einen Prozessor aufweisen, das auf den Speicher zugreifen und das Programm ausführen kann. proposed procedure is established. For this purpose, the control unit can Have memory on which a program for executing the method is stored. Furthermore, the control device can have a processor that can access the memory and execute the program.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Speichermedium und/oder dem The details, features and advantageous refinements discussed in connection with the method can accordingly also apply to the computer program presented here, the storage medium and / or the
Steuergerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Control unit occur and vice versa. In this respect, the ones there
Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. Comments on the detailed characterization of the features are fully referenced.
Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden The solution presented here and its technical environment
nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch: explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and / or knowledge from other figures and / or the present description. It shows schematically:
Fig. 1: einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens, 1: a sequence of a method proposed here,
Fig. 2: eine beispielhafte Veranschaulichung des hier vorgeschlagenen 2: an exemplary illustration of what is proposed here
Verfahrens, Process,
Fig. 3: ein Kraftfahrzeug mit einem hier vorgeschlagenen Steuergerät. 3: a motor vehicle with a control unit proposed here.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum Bereitstellen eines Integritätsbereichs 1, 11 einer Parameterschätzung, wobei der Integritätsbereich den Bereich beschreibt, in dem ein geschätzter Parameter mit einer Mindestwahrscheinlichkeit liegt. 1 schematically shows a sequence of a method proposed here. The method serves to provide an integrity area 1, 11 of a parameter estimate, the integrity area describing the area in which an estimated parameter with a minimum probability lies.
Die mit den Blöcken 110, 120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) stellt sich in der Regel bei einem regulären Betriebsablauf ein. In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Ermitteln mindestens einer Integritätsinformation. In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Auswerten der in Schritt a) ermittelten, mindestens einen Integritätsinformation. In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Bereitstellen des Integritätsbereichs durch Ausgeben von mindestens zwei Informationen 2, 3, 12, 13, die eine nicht-rotationsinvariante Form 5, 15 beschreiben. The sequence of steps a), b) and c) shown with blocks 110, 120 and 130 generally arises in a normal operating sequence. In block 110, at least one piece of integrity information is determined in accordance with step a). In block 120, the at least one piece of integrity information determined in step a) is evaluated in accordance with step b). In block 130, according to step c), the integrity area is provided by outputting at least two Information 2, 3, 12, 13, which describe a non-rotationally invariant form 5, 15.
Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Veranschaulichung des hier vorgeschlagenen Verfahrens. Die Bezugszeichen werden einheitlich verwendet, sodass auf die vorhergehenden Erläuterungen, insbesondere zur Fig. 1 vollumfänglich Bezug genommen werden kann. 2 schematically shows an exemplary illustration of the method proposed here. The reference symbols are used uniformly, so that reference can be made in full to the preceding explanations, in particular for FIG. 1.
In Fig. 2 ist ein Integritätsbereich 1 um ein Kraftfahrzeug 30 gezeigt. Dieser Integritätsbereich 1 weist beispielhaft die Form einer Ellipse 5 auf. Diese Ellipse 5 liegt hier beispielhaft in einer horizontalen Ebene. Zum aufspannen der Ellipse 5 stehen mindestens zwei Informationen 2, 3 zur Verfügung. Bei der Information 2 handelt es sich hier beispielhaft um die Hauptachse der Ellipse 5 und bei der Information 3 beispielhaft um die Nebenachse 3 der Ellipse 5. An integrity area 1 around a motor vehicle 30 is shown in FIG. 2. This integrity area 1 has, for example, the shape of an ellipse 5. This ellipse 5 lies here, for example, in a horizontal plane. At least two pieces of information 2, 3 are available for clamping the ellipse 5. The information 2 is here, for example, the main axis of the ellipse 5 and the information 3 is, for example, the minor axis 3 of the ellipse 5.
Weiterhin wird ein Orientierungswinkel 4 der Ellipse 5, insbesondere der Hauptachse 2 der Ellipse 5 gegenüber einem Kraftfahrzeug- Koordinatensystem 31 des Kraftfahrzeugs 30 als Information ermittelt und bereitgestellt. Die nicht rotationsinvariante Form des Integritätsbereichs 1 erlaubt somit diesen in Abhängigkeit bzw. in Relation zur Fahrtrichtung 32 des Kraftfahrzeugs 30 bereitstellen zu können. Dies kann insbesondere bei Kurvenfahrten zu einer Verbesserung der Bestimmung der Eigenposition des Kraftfahrzeugs 30 beitragen. Dies stellt insbesondere eine merkliche Verbesserung gegenüber Integritätsbereichen dar, die lediglich über einen Radius 41 einen Kreis 40 beschreiben. Furthermore, an orientation angle 4 of the ellipse 5, in particular the main axis 2 of the ellipse 5, relative to a motor vehicle coordinate system 31 of the motor vehicle 30 is determined and provided as information. The non-rotationally invariant shape of the integrity area 1 thus allows it to be made available as a function of or in relation to the direction of travel 32 of the motor vehicle 30. This can contribute to improving the determination of the own position of motor vehicle 30, in particular when cornering. This represents, in particular, a noticeable improvement over areas of integrity which only describe a circle 40 over a radius 41.
In Fig. 2 ist darüber hinaus auch eine mögliche, weitere nicht-rotationsinvariante Form veranschaulicht, die den Integritätsbereich 11 beschreibt. Hierbei handelt es sich um eine Box 15. Die Box 15 kann beispielhaft durch zwei Informationen 12, 13 beschrieben werden. Die Information 12 stellt dabei beispielhaft die (maximale) Abweichung entlang der Fahrtrichtung 32 und die Information 13 beispielhaft die (maximale) Abweichung quer zur Fahrtrichtung 32 dar. FIG. 2 also illustrates a possible, further non-rotationally invariant form that describes the integrity area 11. This is a box 15. The box 15 can be described by way of example using two pieces of information 12, 13. The information 12 exemplifies the (maximum) deviation along the direction of travel 32 and the information 13 exemplifies the (maximum) deviation transverse to the direction of travel 32.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 30 mit einem hier vorgeschlagenen Steuergerät 20. Das Steuergerät 20 ist zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet. Das Kraftfahrzeug 30 weist ferner einen Sensor 33 auf, welcher dem Steuergerät 20 Daten übermitteln kann. Die hier vorgestellte Lösung kann mit anderen Worten insbesondere wie folgt zusammengefasst werden: Für Sicherheitskonzepte auf dem Gebiet des autonomen Fahrens ist das sogenannte Protection Level ein kritischer Faktor.3 schematically shows a motor vehicle 30 with a control device 20 proposed here. The control device 20 is set up to carry out a method presented here. The motor vehicle 30 also has a sensor 33 which can transmit data to the control device 20. In other words, the solution presented here can be summarized in particular as follows: The so-called protection level is a critical factor for safety concepts in the field of autonomous driving.
Das Protection Level beschreibt einen Konfidenzbereich in welchem die tatsächliche Position eines Objektes, dessen Position bestimmt werden soll, mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit liegt. Die Möglichkeit das die tatsächliche Position außerhalb des Protection Levels liegt ist außerordentlich gering. Diese hohe Sicherheit ist für Anwendungen im Bereich des autonomen Fahrens existentiell. The protection level describes a confidence range in which the actual position of an object whose position is to be determined is very likely. The possibility that the actual position is outside the protection level is extremely low. This high level of safety is essential for applications in the field of autonomous driving.
Diese ermittelte vermutete Position befindet sich üblicherweise im Zentrum des Protection Levels. Für Anwendungen in der Fläche (beispielsweise die This determined presumed position is usually in the center of the protection level. For applications in the area (e.g. the
Positionsbestimmung in einer Ebene) wird das Protection Level normalerweise als Kreis in einer Ebene beschrieben. Ein Kreis als Protection Level hat den Vorteil, dass dieser mit nur einem Parameter (dem Radius) beschrieben werden kann. Allerdings ist ein solches Protection Level nicht sehr exakt. Der Kreis ist nur eine sehr ungefähre Annahme der Unsicherheit der bestimmten Position. Tatsächlich sind aufgrund der verfügbaren Daten häufig in bestimmte Richtungen in der Ebene sehr viel genauere Einschätzungen möglich. Die Richtungen in denen diese genaueren Einschätzungen möglich sind, decken sich häufig mit den Richtungen, in denen genaue Fahrzeugpositionen für Anwendungen des autonomen Fahrens bekannt sein müssen. Beispielsweise ist für das autonome Fahren regelmäßig sehr wichtig, genau zu wissen welche Unsicherheit in der Positionsbestimmung senkrecht zur Fahrtrichtung existiert. Eine Unsicherheit in der Positionsbestimmung parallel zur Fahrrichtung ist demgegenüber häufig in größerem Maße hinnehmbar. Tatsächlich ermöglichen es die vorhandenen Daten häufig in Richtung senkrecht zur Fahrrichtung eine exaktere Position determination in one level) the protection level is usually described as a circle in one level. A circle as a protection level has the advantage that it can be described with just one parameter (the radius). However, such a protection level is not very precise. The circle is just a very rough assumption of the uncertainty of the particular position. In fact, based on the available data, much more precise assessments are often possible in certain directions in the plane. The directions in which these more precise assessments are possible often coincide with the directions in which exact vehicle positions must be known for applications in autonomous driving. For example, it is very important for autonomous driving to know exactly what uncertainty exists when determining the position perpendicular to the direction of travel. An uncertainty in determining the position parallel to the direction of travel, on the other hand, is often more acceptable. In fact, the available data often make it more precise in the direction perpendicular to the direction of travel
Positionsbestimmung zu gewährleisten. Dies wird beispielsweise anhand von Fahrbahnmarkierungen gewährleistet, die eine besonders genaue To ensure position determination. This is ensured, for example, on the basis of road markings which are particularly precise
Positionserkennung ermöglichen, wenn die Position der Fahrbahnmarkierungen selbst bekannt ist. In solchen Fällen lassen sich die tatsächlichen Genauigkeiten der Positionsbestimmung mit einem klassischen, kreisförmigen Protection Level aus technischen Gründen nicht abbilden. Hier beschrieben worden ist nun die Lösung, diese Unsicherheiten durch ein elliptisches Protection Level sehr viel besser abzubilden. Dies ist insbesondere für Sicherheitsaspekte im Bereich des hoch automatisierten oder autonomen Fahrens ausgesprochen relevant. Neben der Form des Protection Levels (Ellipse) können auch Eigenschaften wie die Raumrichtung in einem Koordinatensystem berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang soll das Protection Level Intervall in ein anderes Enable position detection if the position of the lane markings itself is known. In such cases, the actual accuracy of the position determination cannot be represented with a classic, circular protection level for technical reasons. The solution has now been described to map these uncertainties much better with an elliptical protection level. This is particularly relevant for safety aspects in the field of highly automated or autonomous driving. In addition to the shape of the protection level (ellipse), properties such as the spatial direction can also be taken into account in a coordinate system. In this context, the protection level interval should be in another
Koordinatensystem, beispielsweise in ein Körperkoordinatensystem des Coordinate system, for example in a body coordinate system of the
Kraftfahrzeuges angegeben werden. Eine Transformation des Protection Levels zwischen einem Fahrzeugkoordinatensystem und einem globalen Motor vehicle be specified. A transformation of the protection level between a vehicle coordinate system and a global one
Koordinatensystem ist mit einer Matrixtransformation möglich. Dieser Ansatz ist bei klassischer Definition des Protection Levels (angegeben mit einem Radius), zum Beispiel angewendet im Luft- und Raumfahrtbereich, nicht möglich und auch nicht erforderlich, weil ein kreisförmiger oder auch kugelförmiger Coordinate system is possible with a matrix transformation. This approach is not possible with the classic definition of the protection level (specified with a radius), for example used in the aerospace sector, and is also not necessary because it is circular or spherical
Integritätsbereich nicht ausgerichtet werden kann. Integrity area can not be aligned.
Wie beschrieben wird die tatsächliche Unsicherheit der Positionsbestimmung normalerweise besser mit der Form einer in einer Ausrichtung eines As described, the actual uncertainty of positioning is usually better with the shape of an in alignment
Fahrzeugkoordinatensystems angeordneten Ellipse beschrieben. Dann können Unsicherheiten in verschiedenen Raumrichtungen relativ zu dem Fahrzeug gut abgebildet werden. Das hier beschriebene Protection Level kann daher zwischen einer Kraftfahrzeug-Längsrichtung-Unsicherheit und einer Querrichtung- Unsicherheit quer zur Fahrzeuglängsrichtung unterscheiden. Insbesondere bei Kurvenfahrten eines Kraftfahrzeuges kann noch eine weitere Rotation relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem erfolgen, welche beispielsweise den Vehicle coordinate system arranged ellipse described. Then uncertainties in different spatial directions can be mapped well relative to the vehicle. The protection level described here can therefore differentiate between a motor vehicle longitudinal direction uncertainty and a transverse direction uncertainty transverse to the vehicle longitudinal direction. In particular, when a motor vehicle is cornering, a further rotation can take place relative to the vehicle coordinate system, for example the
Kurvenradius berücksichtigt. Curve radius considered.
Alle - bis auf einen oder mehrere Skalierungsfaktoren - notwendigen Parameter, um die Ellipse des Protection Levels zu beschreiben, können aus einer All - apart from one or more scaling factors - necessary parameters to describe the ellipse of the protection level can be from one
Kovarianzmatrix mit Komponenten in einer diagonalen Achse der Matrix sowie diese Komponenten verknüpfende weitere Komponenten in den weiteren Freistellen der Matrix entnommen werden. Die Komponenten in der Diagonalen der Matrix beschreiben - neben einem oder mehreren Skalierungsfaktoren - in erster Linie die Ausdehnung des Ellipsenförmigen Protection Levels. Die weiteren Komponenten in den Freistellen der Matrix beschreiben insbesondere die Drehung der Ellipse. Die Matrix kann in einer Transformation in ein Covariance matrix with components in a diagonal axis of the matrix as well as further components linking these components can be found in the further cutouts of the matrix. In addition to one or more scaling factors, the components in the diagonal of the matrix primarily describe the extent of the elliptical protection level. The other components in the cutouts of the matrix describe in particular the rotation of the ellipse. The matrix can transform into a
Kraftfahrzeug- Koordinatensystem so umgewandelt werden, dass nur noch die Komponenten in der Achsdiagonalen existieren (dann Hauptkomponenten genannt), wobei die weiteren Komponenten der Matrix zu Null werden. Motor vehicle coordinate system are converted so that only the components in the axis diagonal exist (then called main components), the other components of the matrix becoming zero.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Bereitstellen eines Integritätsbereichs (1, 11) einer 1. Method for providing an integrity area (1, 11) of a
Parameterschätzung, wobei der Integritätsbereich den Bereich beschreibt, in dem ein geschätzter Parameter mit einer Mindestwahrscheinlichkeit liegt, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: Parameter estimation, wherein the integrity range describes the range in which an estimated parameter with a minimum probability lies, the method comprising at least the following steps:
a) Ermitteln mindestens einer Integritätsinformation, a) determining at least one piece of integrity information,
b) Auswerten der in Schritt a) ermittelten, mindestens einen b) evaluating the at least one determined in step a)
Integritätsinformation, Integrity information,
c) Bereitstellen des Integritätsbereichs durch Ausgeben von mindestens zwei Informationen (2, 3, 12, 13), die eine nicht-rotationsinvariante Form (5, 15) beschreiben. c) Providing the integrity area by outputting at least two pieces of information (2, 3, 12, 13) that describe a non-rotationally invariant form (5, 15).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem geschätzten Parameter um einen Fahrbetriebsparameter eines Kraftfahrzeugs (30) handelt. 2. The method of claim 1, wherein the estimated parameter is a driving operation parameter of a motor vehicle (30).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt a) die mindestens einer Integritätsinformation auf Basis von Daten von mindestens einem Sensor (33) ermittelt wird, der vorzugsweise in oder an einem Kraftfahrzeug (30) angeordnet ist. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein in step a) the at least one integrity information is determined on the basis of data from at least one sensor (33), which is preferably arranged in or on a motor vehicle (30).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) eine Kovarianzmatrix ausgewertet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a covariance matrix is evaluated in step b).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Schritt c) ausgegebenen mindestens zwei Informationen eine Ellipse (5) beschreiben. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least two items of information output in step c) describe an ellipse (5).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) mindestens eine weitere Information ausgegeben wird, die einen 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step c) at least one additional information is output, the one
Orientierungswinkel (4) der nicht-rotationsinvarianten Form (5) in Bezug auf ein Kraftfahrzeug- Koordinatensystem (31) beschreibt. Describes the orientation angle (4) of the non-rotationally invariant form (5) in relation to a motor vehicle coordinate system (31).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein as
Integritätsbereich (1, 11) ein Konfidenzbereich bereitgestellt wird. Integrity area (1, 11) a confidence area is provided.
8. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7. 8. Computer program for performing a method according to one of claims 1 to 7.
9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist. 9. Machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 8 is stored.
10. Steuergerät (20) für ein Kraftfahrzeug (30), wobei das Steuergerät (20) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist. 10. Control device (20) for a motor vehicle (30), wherein the control device (20) is set up to carry out a method according to one of claims 1 to 7.
PCT/EP2020/050019 2019-01-16 2020-01-02 Method for providing an integrity range of a parameter estimation WO2020148099A1 (en)

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