WO2020224970A1 - Verfahren und vorrichtung zur lokalisierung eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2020224970A1
WO2020224970A1 PCT/EP2020/061241 EP2020061241W WO2020224970A1 WO 2020224970 A1 WO2020224970 A1 WO 2020224970A1 EP 2020061241 W EP2020061241 W EP 2020061241W WO 2020224970 A1 WO2020224970 A1 WO 2020224970A1
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landmarks
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sensor unit
roadway
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PCT/EP2020/061241
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Daimler AG
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/16—Pitch

Definitions

  • the invention relates to a method for localizing a vehicle, a device for localizing a vehicle, and a vehicle with such a device.
  • WO 2018/059735 A1 relates to a method for self-localizing a vehicle, in which images of the surroundings of the vehicle are captured by means of at least one image acquisition unit and image features are extracted from the images of the surroundings and features of the surroundings stored in a digital map of the surroundings are superimposed.
  • the object of the invention is to improve the location of a vehicle, that is to say the determination of a position of the vehicle.
  • Detected height profile of a roadway of the vehicle Be used to localize
  • Image features on the roadway recorded as landmarks and compared with landmarks stored in a digital map.
  • the captured and / or the stored landmarks are transformed into a common perspective.
  • the landmarks stored in the digital map are advantageously transformed into the perspective of the captured landmarks, that is to say into the perspective of the
  • the landmarks stored in the map become virtually projected onto the road.
  • Virtual means that the projected landmarks are only calculated.
  • the stored landmarks are therefore not calculated in a form in which they would be seen from the vehicle and are therefore comparable with the captured landmarks.
  • the captured landmarks can also be transformed into the perspective of the stored landmarks, that is, into the perspective of the digital map.
  • the perspective of the digital map is the perspective of a top view, i.e. a view from above.
  • the captured landmarks are virtually projected onto the level of the digital map.
  • the captured landmarks are therefore not calculated in a form in which they would have to be stored in the digital map and are thus comparable with the landmarks stored in the map.
  • model parameters of a parametric model of the height profile of the roadway and a parametric model of a vehicle inclination of the vehicle are determined in that an expected height profile of the roadway is determined from the parametric models of the height profile and the vehicle inclination and a difference from the expected one
  • the method according to the invention is preferably carried out with the following steps:
  • the vehicle can be a car, truck, bus, rail vehicle, or an aircraft.
  • the parametric model of the vehicle inclination is preferably defined in such a way that it describes a deflection of a longitudinal axis and transverse axis of the vehicle with respect to a reference plane, in particular a horizontal plane.
  • the parametric model of the vehicle inclination is preferably generated on the basis of a tangent function of a pitch angle of the vehicle about a transverse direction and a tangent function of a roll angle of the vehicle about a longitudinal direction.
  • the pitch angle and the roll angle are the model parameters of the parametric model of the vehicle inclination.
  • the longitudinal direction and the transverse direction are defined in particular in a coordinate system that moves with a center of gravity of the vehicle, the longitudinal direction and the transverse direction being in a horizontal plane and the longitudinal direction being with a yaw angle of the vehicle, i.e. azimuth relative to the earth, moved while the transverse direction remains perpendicular to the longitudinal direction.
  • the roll angle and the pitch angle of the vehicle are therefore each defined in particular with respect to this horizontal plane.
  • a multiplicity of measurement points from the first sensor data is preferably used in order to determine a respective height of the height profile at the measurement points on the roadway.
  • This multiplicity of respective heights is compared with a multiplicity of points on the expected height profile, so that a system of equations results, the difference between the recorded height profile and the expected height profile being reduced by minimization, and ideally becoming zero by adapting the model parameters accordingly will.
  • the expected height profile is generated from the parametric model of the height profile of the roadway and the parametric model of the vehicle inclination has the The background is that the parametric model is defined relative to the roadway, but the vehicle inclination, i.e. the pitch angle and the roll angle, have an influence on which height is actually recorded by the first sensor unit of a respective point on the roadway.
  • the theoretically expected height profile which indicates an expectation of the measurement from the first sensor unit, therefore takes this influence of the pitch angle and the roll angle into account. In this way, not only are the model parameters adjusted, but the roll angle and the pitch angle are also determined, so that the expected height profile and the height profile actually recorded are as possible
  • the image features on the roadway are in particular markings; those on the road
  • roads can have a surface that is curved or distorted or bent with respect to a reference ellipsoid of the earth.
  • the vehicle can have a pitch angle or a roll angle with respect to this reference ellipsoid, these position angles also being in the
  • the transformation of the captured and / or stored landmarks into a common perspective ensures that the captured and stored landmarks are comparable with each other (because the landmarks stored in the map are typically defined by looking at the surroundings from above, while the captured landmarks are the perspective of the vehicle, in particular from the perspective of the first or second sensor unit).
  • the comparison of the landmarks is corrected for errors that are caused by the curved surface of the roadway and also by the vehicle inclination (pitch angle and roll angle).
  • the captured landmarks can thus be assigned to the landmarks stored in the digital map with better accuracy, which advantageously enables the vehicle to be located more precisely with the aid of the landmarks stored in the digital map.
  • the first sensor unit is the same as the second sensor unit, ie the roadway and the landmarks become the same
  • a stereo camera unit is preferably used both for the first sensor unit and for the second sensor unit. This also advantageously enables the ascertaining of the detected height profile of the roadway on the basis of the first data and the comparison of the second data with the landmarks stored in the digital map by means of one and the same data set of first data and second data in one go. This is because if the first data are the same as the second data, an image data record from the stereo camera unit can be used for both purposes.
  • the parametric model of the height profile of the roadway comprises a parameterizable curve for the longitudinal direction and a parameterizable curve for the transverse direction.
  • the parameterizable curve for the longitudinal direction is a second order polynomial with two model parameters
  • the parameterizable curve for the transverse direction is a fourth order polynomial with four
  • the difference between the expected height profile and the recorded height profile is minimized in order to determine the model parameters using one of the following methods and methods:
  • a time series of the pitch angle and / or the roll angle is used to calibrate the first sensor unit and / or the second sensor unit.
  • At least one of the following is used for the first sensor unit and / or the second sensor unit:
  • Another aspect of the invention relates to a device for determining a position of a vehicle, comprising:
  • a first sensor unit of the vehicle wherein the first sensor unit is designed to detect a roadway in the vicinity of the vehicle
  • a computing unit which is designed to determine a detected height profile of the roadway on the basis of first data from the first sensor unit, and which is designed to determine model parameters of a parametric model of the height profile of the roadway and a parametric model of the vehicle inclination is implemented by minimizing a difference between an expected height profile and the detected height profile, the expected height profile being generated from the parametric models of the height profile and the vehicle inclination,
  • the computing unit is also designed to compare the captured landmarks with landmarks stored in a digital map, the captured and / or stored landmarks being converted into a common perspective to ensure the comparability of the landmarks, and the transformation based on the determined model parameters of the parametric models of the height profile and the vehicle inclination takes place, and the computing unit is designed to determine a position of the vehicle from the comparison of the landmarks.
  • Another aspect of the invention relates to a vehicle with a device as described above and below.
  • FIG. 1 schematically shows a method for determining a position of a vehicle according to an exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a roadway with a vehicle located thereon in relation to
  • Execution of the method according to the embodiment of FIG. 1, 3 shows a grid of measuring points on a roadway in relation to the execution of the method according to the exemplary embodiment in FIG. 1, and
  • Fig. 1 shows a method for determining a position of a vehicle 10, i. to localize the vehicle. Certain details of this method or the situation to which the method is applied can be seen from FIGS. 2 and 3, which also relate to the explanations of FIG. 1.
  • the detection S1 of a roadway in the surroundings of the vehicle 10 is carried out with a first sensor unit 3 of the vehicle 10 designed as a stereo camera unit.
  • a first sensor unit 3 of the vehicle 10 designed as a stereo camera unit.
  • Stereo camera unit 3 are supplied, the determination S2 of a detected
  • Elevation profile of the roadway This is done for a large number of measuring points from the image of the stereo camera unit 3, as shown in FIG. 3.
  • the roadway is curved around a center line of the roadway, so that markings on the right-hand side of the roadway appear distorted downwards.
  • the determination S3 of model parameters of a parametric model H xy of the height profile of the roadway and of model parameters of a vehicle inclination H e of vehicle 10 by minimizing a difference between an expected height profile H the and the detected height profile.
  • the expected height profile H the is obtained by summation from the parametric model H xy of the height profile of the roadway and from the
  • the parametric model of the height profile of the roadway consists of a polynomial H (x) of the second order with two model parameters e, f for the longitudinal direction x, and of a polynomial H (y) of the fourth order with four model parameters a, b, c, d for the
  • the parametric model of the vehicle inclination describes the inclination of the vehicle relative to a reference plane, for example relative to a horizontal plane. It is defined on the basis of a tangent function of a pitch angle of the vehicle about a transverse direction and a tangent function of a roll angle of the vehicle about a longitudinal direction as the quantity H e :
  • H e x * tan (pitch angle) + y * tan (roll angle).
  • the pitch angle and roll angle denote the model parameters of the parametric model of the vehicle inclination, x the coordinate in the longitudinal direction and y the coordinate in the transverse direction.
  • the expected height profile H t he is formed on the basis of the parametric models H xy , H e by summing the models:
  • n Hthe (Xl, yi) - Hsen (Xl, yi)
  • G2 Hthe (X2, y2) - Hsen (X2, y2)
  • G3 Hthe (X3, y3) - H S en (X3, y3)
  • Model parameters a, b, c, d, e, f, pitch angle and roll angle can be obtained.
  • a mathematical description of the current height profile and the current vehicle inclination is obtained.
  • the second data represent the landmarks recorded.
  • the comparison S5 of the second data, that is to say the captured landmarks, with landmarks stored in a digital map follows, the stored landmarks being transformed into the perspective of the captured landmarks before the comparison. The transformation takes place on the basis of the determined model parameters of the parametric models of the height profile and the vehicle inclination.
  • step S6 a position of the vehicle 10 is determined S6 from the comparison captured landmarks with the stored landmarks transformed into the same perspective. It is also conceivable that in step S5 the captured landmarks are transferred to the
  • step 6 the position is determined from the comparison of the transformed captured landmarks with the stored landmarks.
  • FIG. 2 shows the bent course of the road on which the captured landmarks appear bent downwards from the perspective of the stereo camera unit 3.
  • FIG. 3 shows a possible grid of measuring points for comparing the expected with the measured height profile and the orientation of the longitudinal direction x and the transverse direction y.
  • Fig. 4 shows a vehicle 10 with a device 1, the device 1 for
  • Determining a position of a vehicle 10 comprising:
  • a first sensor unit 3 of the vehicle 10 the first sensor unit 3 being designed to detect a roadway in the vicinity of the vehicle 10,
  • a computing unit 7 which is designed to determine a detected height profile of the road based on first data from the first sensor unit 3, and which is used to determine model parameters of a parametric model of the height profile of the road and a parametric model of the vehicle inclination by minimizing a difference an expected height profile and the detected height profile is performed, the expected height profile being generated from the parametric models of the height profile and the vehicle inclination,
  • a second sensor unit 5 which is designed to acquire second data on objects from the surroundings of the vehicle 10, which represent the landmarks acquired
  • the computing unit 7 is also designed to compare the captured landmarks with landmarks stored in a digital map, the captured or stored landmarks being converted into the same perspective to enable the landmarks to be compared by transformation, and the
  • the transformation takes place on the basis of the determined model parameters of the height profile and the vehicle inclination, and the computing unit 7 is designed to determine a position of the vehicle 10 from the comparison of the landmarks.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (10), bei dem ein Höhenprofil einer Fahrbahn des Fahrzeugs (10) erfasst wird und bei dem Bildmerkmale auf der Fahrbahn als Landmarken erfasst werden und mit in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken verglichen werden, wobei zum Vergleichen der Landmarken eine Transformation der erfassten und/oder hinterlegten Landmarken in eine gemeinsame Perspektive vorgenommen wird. Die Transformation wird dabei auf der Basis von Modellparametern eines parametrischen Modells des Höhenprofils der Fahrbahn und eines parametrischen Modells einer Fahrzeugneigung vorgenommen, wobei die Modellparameter ermittelt werden, indem ein erwartetes Höhenprofil der Fahrbahn aus den parametrischen Modellen des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung ermittelt wird und eine Differenz aus dem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil durch Variation Modellparameter der minimiert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lokalisierung eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zur Lokalisierung eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, sensorisch erfasste Daten über Objekte in der Umgebung eines Fahrzeugs mit den in einer digitalen Karte abgespeicherten
Informationen, welche Merkmale des Objekts selbst und zu dem jeweiligen Objekt zugeordnete Positionsinformationen aufweisen, zu vergleichen und einander zuzuordnen, um eine Position des Fahrzeugs mithilfe der digitalen Karte zu ermitteln. So betrifft die WO 2018/059735 A1 ein Verfahren zur Selbstlokalisierung eines Fahrzeugs, bei dem Umgebungsbilder des Fahrzeugs mittels zumindest einer Bilderfassungseinheit erfasst werden und Bildmerkmale aus den Umgebungsbildern extrahiert und in einer digitalen Umgebungskarte hinterlegten Umgebungsmerkmalen überlagert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Ortung eines Fahrzeugs, das heißt die Ermittlung einer Position des Fahrzeugs, zu verbessern.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs wird ein
Höhenprofil einer Fahrbahn des Fahrzeugs erfasst. Zur Lokalisierung werden
Bildmerkmale auf der Fahrbahn als Landmarken erfasst und mit in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken verglichen. Um die Landmarken vergleichbar zu gestalten werden, wird eine Transformation der erfassten und/oder der hinterlegten Landmarken in eine gemeinsame Perspektive vorgenommen.
Vorteilhafterweise werden die in der digitalen Karte hinterlegten Landmarken in die Perspektive der erfassten Landmarken transformiert, also in die Perspektive des
Fahrzeugs. Durch diese Transformation werden die in der Karte hinterlegten Landmarken virtuell auf die Fahrbahn projiziert. Virtuell bedeutet, dass die projizierten Landmarken lediglich berechnet werden. Durch die Projizierung werden die hinterlegten Landmarken werden somit in eine Form ungerechnet, wie sie vom Fahrzeug aus gesehen werden würden und sind mithin mit den erfassten Landmarken vergleichbar.
Alternativ können die erfassten Landmarken auch in die Perspektive der hinterlegten Landmarken transformiert werden, also in die Perspektive der digitalen Karte. Die Perspektive der digitalen Karte ist dabei die Perspektive einer Draufsicht, d.h. eine Ansicht von oben. Durch diese Transformation werden somit die erfassten Landmarken virtuell in die Ebene der digitalen Karte projiziert. Die erfassten Landmarken werden somit in eine Form ungerechnet, wie sie in der digitalen Karte zu hinterlegen wären und sind somit mit den in der Karte hinterlegten Landmarken vergleichbar.
Die Transformation der erfassten und/oder hinterlegten Landmarken wird
erfindungsgemäß auf der Basis von Modellparametern eines parametrischen Modells des Höhenprofils der Fahrbahn und eines parametrischen Modells einer Fahrzeugneigung des Fahrzeugs vorgenommen. Die Modellparameter werden dabei ermittelt, indem ein erwartetes Höhenprofil der Fahrbahn aus den parametrischen Modellen des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung ermittelt wird und eine Differenz aus dem erwarteten
Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil durch Variation Modellparameter der minimiert wird.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit folgenden Schritten ausgeführt:
- Erfassen der Fahrbahn in der Umgebung des Fahrzeugs mit einer ersten Sensoreinheit des Fahrzeugs,
- Ermitteln des erfassten Höhenprofils der Fahrbahn auf Basis von ersten Daten der ersten Sensoreinheit,
- Ermitteln der Modellparameter der parametrischen Modelle des Höhenprofils der Fahrbahn und der Fahrzeugneigung
- Erfassen von zweiten Daten, die die erfassten Landmarkenrepräsentieren, durch die erste Sensoreinheit oder durch eine zweite Sensoreinheit,
- Vergleichen der erfassten Landmarken mit den in der digitalen Karte hinterlegten Landmarken nach der T ransformation der erfassten und/oder hinterlegten Landmarken in die gemeinsame Perspektive, und - Ermitteln einer Position des Fahrzeugs aus dem Vergleich Landmarken.
Das Fahrzeug kann ein PKW, LKW, Bus, Schienenfahrzeug, oder ein Luftfahrzeug sein.
Vorzugsweise ist das parametrische Modell der Fahrzeugneigung derart definiert, dass es eine Auslenkung einer Längsachse und Querachse des Fahrzeugs bezüglich einer Referenzebene, insbesondere einer horizontalen Ebene, beschreibt.
Vorzugsweise wird wobei das parametrische Modell der Fahrzeugneigung auf Basis einer Tangensfunktion eines Nickwinkels des Fahrzeugs um eine Querrichtung und einer Tangensfunktion eines Rollwinkels des Fahrzeugs um eine Längsrichtung erzeugt. Der Nickwinkel und der Rollwinkel sind dabei die Modellparameter des parametrischen Modells der Fahrzeugneigung.
Die Längsrichtung und die Querrichtung sind insbesondere in einem Koordinatensystem definiert, das sich mit einem Schwerpunkt des Fahrzeugs mitbewegt, wobei sich die Längsrichtung und die Querrichtung in einer horizontalen Ebene befinden und sich die Längsrichtung mit einem Gierwinkel des Fahrzeugs, das heißt Azimut gegenüber der Erde, mitbewegt, während die Querrichtung senkrecht zur Längsrichtung bleibt. Der Rollwinkel sowie der Nickwinkel jeweils des Fahrzeugs sind daher jeweils insbesondere gegenüber dieser horizontalen Ebene definiert.
Beim Ermitteln der Modellparameter wird bevorzugt eine Vielzahl von Messpunkten aus den ersten Sensordaten verwendet, um eine jeweilige Höhe des Höhenprofils an den Messpunkten der Fahrbahn zu ermitteln. Diese Vielzahl von jeweiligen Höhen wird mit einer Vielzahl von Punkten auf dem erwarteten Höhenprofil verglichen, sodass sich ein Gleichungssystem ergibt, wobei die Differenz aus dem erfassten Höhenprofil und dem erwarteten Höhenprofil durch Minimierung verkleinert wird, und im Idealfall null wird, indem die Modellparameter entsprechend angepasst werden. Dies entspricht einer Suche nach solchen Modellparametern, für die die Differenz aus dem erfassten Höhenprofil und dem erwarteten Höhenprofil auf Grundlage der Vielzahl der betrachteten Messpunkte minimal wird.
Dass das erwartete Höhenprofil aus dem parametrischen Modell des Höhenprofils der Fahrbahn und dem parametrischen Modell der Fahrzeugneigung erzeugt wird, hat den Hintergrund, dass das parametrische Modell relativ zur Fahrbahn definiert ist, wobei die Fahrzeugneigung, also der Nickwinkel und der Rollwinkel, aber einen Einfluss darauf haben, welche Höhe von der ersten Sensoreinheit eines jeweiligen Punktes auf der Fahrbahn tatsächlich erfasst wird. Das theoretisch erwartete Höhenprofil, welches eine Erwartung der Messung aus der ersten Sensoreinheit angibt, berücksichtigt also diesen Einfluss des Nickwinkels und des Rollwinkels. So werden nicht nur die Modellparameter angepasst, sondern auch der Rollwinkel und der Nickwinkel ermittelt, sodass das erwartete Höhenprofil und das tatsächlich erfasste Höhenprofil möglichst
übereinstimmen.
Die Bildmerkmale auf der Fahrbahn sind insbesondere Markierungen; die auf der
Fahrbahn in der Umgebung des Fahrzeugs, aufgebracht sind, beispielsweise
Spurmarkierungen, Stopplinien, Richtungspfeile, Schriftzeichen etc. Denkbar ist es aber auch, dass andere auf der Fahrbahn vorhandene Merkmale erfasst werden und als erfasste Landmarken verwendet werden.
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass beim Orten einer Position des Fahrzeugs, d.h. beim Lokalisieren des Fahrzeugs, durch Vergleich der Landmarken berücksichtigt wird, dass Straßen nicht immer eben sind. Insbesondere können Straßen eine gegenüber einem Referenzellipsoid der Erde gekrümmte oder verzerrte oder verbogene Oberfläche aufweisen. Zusätzlich dazu kann durch die gefederte Lagerung des Fahrzeugs das Fahrzeug einen Nickwinkel oder auch einen Rollwinkel gegenüber diesem Referenzellipsoid aufweisen, wobei diese Lagewinkel ebenfalls in der
T ransformation mitberücksichtigt werden. Die Transformation der der erfassten und/oder hinterlegten Landmarken in eine gemeinsame Perspektive stellt sicher, dass die erfassten und hinterlegten Landmarken miteinander vergleichbar sind (denn die in der Karte hinterlegten Landmarken sind typischerweise durch Blick auf die Umgebung von oben definiert, während die erfassten Landmarken aus der Perspektive des Fahrzeugs, insbesondere aus der Perspektive der ersten bzw. zweiten Sensoreinheit erfasst werden). Der Vergleich der Landmarken wird insoweit um Fehler korrigiert, die durch die gekrümmte Oberfläche der Fahrbahn und auch durch die Fahrzeugneigung (Nickwinkel und Rollwinkel) bedingt sind. Die erfassten Landmarken können somit mit besserer Genauigkeit den in der digitalen Karte hinterlegt Landmarken zugeordnet werden, wodurch vorteilhaft eine genauere Ortung des Fahrzeugs mithilfe der in der digitalen Karte hinterlegten Landmarken möglich ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Sensoreinheit gleich der zweiten Sensoreinheit, d.h. die Fahrbahn und die Landmarken werden mit der gleichen
Sensoreinheit erfasst. Bevorzugt wird sowohl für die erste Sensoreinheit als auch für die zweite Sensoreinheit eine Stereokameraeinheit verwendet. Weiterhin vorteilhaft kann hierdurch das Ermitteln des erfassten Höhenprofils der Fahrbahn auf Basis der ersten Daten sowie das Vergleichen der zweiten Daten mit den in der digitalen Karte hinterlegten Landmarken durch ein und denselben Datensatz von ersten Daten und zweiten Daten in einem Aufwasch erfolgen. Sind nämlich die ersten Daten gleich den zweiten Daten, so kann ein Bilddatensatz der Stereokameraeinheit für beide Zwecke verwendet werden.
Dies weist den Vorteil auf, dass mit relativ wenig Sensordaten und mit relativ wenig Rechenaufwand das Verfahren ausgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das parametrische Modell des Höhenprofils der Fahrbahn eine parametrierbare Kurve für die Längsrichtung und eine parametrierbare Kurve für die Querrichtung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die parametrierbare Kurve für die Längsrichtung ein Polynom zweiter Ordnung mit zwei Modellparametern, und die parametrierbare Kurve für die Querrichtung ein Polynom vierter Ordnung mit vier
Modellparametern ist.
Das Polynom zweiter Ordnung wird bevorzugt dargestellt als: H(x)=ex2+fx, wobei e und f die Modellparameter des Polynoms für die Längsrichtung sind, welche ermittelt werden, wobei x eine Koordinate in der Längsrichtung ist.
Das Polynom vierter Ordnung wird bevorzugt dargestellt als: H(y)=ay4+by3+cy2+dy, wobei a, b, c und d die Modellparameter des Polynoms für die Querrichtung sind, welche ermittelt werden, wobei y eine Koordinate in der Querrichtung ist.
Das parametrische Modell der Fahrzeugneigung wird auf Basis der Tangensfunktion des Nickwinkels und der Tangensfunktion des Rollwinkels als Term He bevorzugt ausgedrückt durch: He = x * tan(Nickwinkel) + y * tan(Rollwinkel), wobei Nickwinkel und Rollwinkel die zu ermittelnden Modellparameter sind, x die Koordinate in der Längsrichtung und y die Koordinate der Querrichtung sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Minimieren der Differenz aus dem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil zum Ermitteln der Modellparameter mittels einer der folgenden Verfahren und Methoden:
- Gauß-Newton Verfahren,
- Levenberg-Marquard Verfahren,
- gradientenbasiertes Suchverfahren,
- quadratische Optimierung,
- Training eines neuronalen Netzes,
- genetischer oder Evolutionsalgorithmus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine Zeitreihe des Nickwinkels und/oder des Rollwinkels jeweils zur Kalibrierung der ersten Sensoreinheit und/oder der zweiten Sensoreinheit verwendet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird für die erste Sensoreinheit und/oder die zweite Sensoreinheit zumindest eine der folgenden verwendet:
- Lidareinheit,
- Radareinheit,
- Stereokameraeinheit,
- Ultraschallsensoreinheit.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs, aufweisend:
- eine erste Sensoreinheit des Fahrzeugs, wobei die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer Fahrbahn in einer Umgebung des Fahrzeugs ausgeführt ist,
- eine Recheneinheit, die zum Ermitteln eines erfassten Höhenprofils der Fahrbahn auf Basis von ersten Daten der ersten Sensoreinheit ausgeführt ist, und die zum Ermitteln von Modellparametern eines parametrischen Modells des Höhenprofils der Fahrbahn und eines parametrischen Modells der Fahrzeugneigung durch Minimieren einer Differenz aus einem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil ausgeführt ist, wobei das erwartete Höhenprofil aus den parametrischen Modellen des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung erzeugt ist,
- eine zweite Sensoreinheit, die zum Erfassen von zweiten Datenausgeführt ist, welche die erfassten Landmarken repräsentieren,
- wobei die Recheneinheit ferner zum Vergleichen der erfassten Landmarken mit in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken ausgeführt ist, wobei die erfassten und/oder hinterlegten Landmarken zur Gewährleistung der Vergleichbarkeit der Landmarken durch eine Transformation in eine gemeinsame Perspektive umgerechnet werden und wobei die T ransformation auf Basis der ermittelten Modellparameter der parametrischen Modelle des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung erfolgt, und wobei die Recheneinheit zum Ermitteln einer Position des Fahrzeugs aus dem Vergleich der Landmarken ausgeführt ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben.
Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine Fahrbahn mit einem darauf befindlichen Fahrzeug im Bezug zur
Ausführung des Verfahrens nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 , Fig. 3 ein Raster von Messpunkten auf einer Fahrbahn im Bezug zur Ausführung des Verfahrens nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 , und
Fig. 4 ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs 10, d.h. zur Lokalisierung des Fahrzeugs. Gewisse Details dieses Verfahrens bzw. der Situation, auf das Verfahren angewendet wird, sind aus der Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich, welche sich ebenfalls auf die Ausführungen der Fig. 1 beziehen.
Im ersten Schritt des Verfahrens erfolgt das Erfassen S1 einer Fahrbahn in einer Umgebung des Fahrzeugs 10 mit einer als Stereokameraeinheit ausgebildeten ersten Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 10. Auf Grundlage der ersten Daten, die von der
Stereokameraeinheit 3 geliefert werden, erfolgt das Ermitteln S2 eines erfassten
Höhenprofils der Fahrbahn. Dies geschieht für eine Vielzahl von Messpunkten aus dem Bild der Stereokameraeinheit 3, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Fahrbahn ist hierbei um eine Mittellinie der Fahrbahn gekrümmt, sodass Markierungen auf der rechten Seite der Fahrbahn nach unten verzerrt erscheinen. Für die Vielzahl der Messpunkte folgt das Ermitteln S3 von Modellparametern eines parametrischen Modells Hxy des Höhenprofils der Fahrbahn und von Modellparametern einer Fahrzeugneigung He des Fahrzeugs 10 durch Minimieren einer Differenz aus einem erwarteten Höhenprofil Hthe und dem erfassten Höhenprofil. Das erwartete Höhenprofil Hthe wird dabei durch Summation aus dem parametrischen Modell Hxy des Höhenprofils der Fahrbahn und aus dem
parametrischen Modell He der Fahrzeugneigung erzeugt:
Hthe = Hxy + He-
Das parametrische Modell des Höhenprofils der Fahrbahn setzt sich aus einem Polynom H(x) zweiter Ordnung mit zwei Modellparametern e, f für die Längsrichtung x, und aus einem Polynom H(y) vierter Ordnung mit vier Modellparametern a, b, c, d für die
Querrichtung y zusammen: H(y) = ay4 + by3 + cy2 + dy;
H(x) = ex2 + fx.
Das parametrische Modell der Fahrzeugneigung beschreibt die Neigung des Fahrzeugs relativ zu einer Referenzebene, beispielsweise relativ zu einer horizontalen Ebene. Es wird auf der Basis einer Tangensfunktion eines Nickwinkels des Fahrzeugs um eine Querrichtung und einer Tangensfunktion eines Rollwinkels des Fahrzeugs um eine Längsrichtung wie folgt als Größe He definiert:
He = x * tan(Nickwinkel) + y * tan(Rollwinkel).
Dabei bezeichnen Nickwinkel und Rollwinkel die Modellparameter des parametrischen Modells der Fahrzeugneigung, x die Koordinate in Längsrichtung und y die Koordinate in Querrichtung dar.
Das erwartete Höhenprofil Hthe wird auf Basis der parametrischen Modelle Hxy, He durch Summation der Modelle gebildet:
Hthe = Hxy + He = H(x) + H(y) + He.
Für eine Vielzahl von der Fahrbahn zugeordneten Punkten und den jeweiligen erfassten Höhen Hsen an einem jeweiligen Messpunkt des erfassten Höhenprofils wird daher erhalten: n = Hthe(Xl ,yi) - Hsen(Xl ,yi)
G2 = Hthe(X2,y2) - Hsen(X2,y2)
G3 = Hthe(X3,y3) - HSen(X3,y3)
Das Minimieren der Differenz aus dem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil, ausgedrückt durch die Residuen n, G2, rs, erfolgt zum Ermitteln der
Modellparameter mittels des Levenberg-Marquard Verfahrens, sodass die
Modellparameter a, b, c, d, e, f, Nickwinkel und Rollwinkel erhalten werden. Auf diese Weise erhält man eine mathematische Beschreibung des aktuellen Höhenprofils und der aktuellen Fahrzeugneigung Es folgen das Erfassen S4 von zweiten Daten zu Objekten aus der Umgebung des Fahrzeugs 10 durch die mit der ersten Sensoreinheit 3 übereinstimmenden zweiten Sensoreinheit 5, das heißt der Stereokameraeinheit. Die zweiten Daten repräsentieren die erfassten Landmarken. Weiterhin folgt das Vergleichen S5 der zweiten Daten, also der erfassten Landmarken, mit in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken, wobei die hinterlegten Landmarken vor dem Vergleichen in die Perspektive der erfassten Landmarken transformiert werden. Die Transformation erfolgt dabei auf Basis der ermittelten Modellparameter der parametrischen Modelle des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung. Ihr Zweck ist es, die hinterlegten Landmarken in eine Form zu bringen, in der sie mit den erfassten Landmarken vergleichbar sind. Schließlich erfolgt das Ermitteln S6 einer Position des Fahrzeugs 10 aus dem Vergleich erfassten Landmarken mit den in die gleiche Perspektive transformierten hinterlegten Landmarken.. Denkbar ist es auch, dass in Schritt S5 die erfassten Landmarken vor dem Vergleichen in die
Perspektive der hinterlegten Landmarken transformiert werden. Entsprechend wird dann in Schritt 6 die Position aus dem Vergleich der transformierten erfassten Landmarken mit den hinterlegten Landmarken ermittelt.
Fig. 2 zeigt ergänzend zur Fig. 1 den geknickten Verlauf der Straße, auf dem die erfassten Landmarken aus Sicht der Stereokameraeinheit 3 geknickt nach unten erscheinen.
Fig. 3 zeigt ein mögliches Raster von Messpunkten zum Vergleichen des erwarteten mit dem gemessenen Höhenprofil sowie die Orientierung der Längsrichtung x und der Querrichtung y.
Fig. 4 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einer Vorrichtung 1 , wobei die Vorrichtung 1 zum
Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs 10 dient, aufweisend:
- eine erste Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 10, wobei die erste Sensoreinheit 3 zum Erfassen einer Fahrbahn in einer Umgebung des Fahrzeugs 10 ausgeführt ist,
- eine Recheneinheit 7, die zum Ermitteln eines erfassten Höhenprofils der Fahrbahn auf Basis von ersten Daten der ersten Sensoreinheit 3 ausgeführt ist, und die zum Ermitteln von Modellparametern eines parametrischen Modells des Höhenprofils der Fahrbahn und eines parametrischen Modells der Fahrzeugneigung durch Minimieren einer Differenz aus einem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil ausgeführt ist, wobei das erwartete Höhenprofil aus den parametrischen Modellen des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung erzeugt ist,
- eine zweite Sensoreinheit 5, die zum Erfassen von zweiten Daten zu Objekten aus der Umgebung des Fahrzeugs 10 ausgeführt ist, welche die erfassten Landmarken repräsentieren,
wobei die Recheneinheit 7 ferner zum Vergleichen der erfassten Landmarken mit in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken ausgeführt ist, wobei die erfassten oder hinterlegten Landmarken zur Ermöglichung des Vergleichs der Landmarken durch eine T ransformation in die gleiche Perspektive umgerechnet werden und wobei die
T ransformation auf Basis der ermittelten Modellparameter des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung erfolgt, und wobei die Recheneinheit 7 zum Ermitteln einer Position des Fahrzeugs 10 aus dem Vergleich der Landmarken ausgeführt ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der
Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende
Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1. Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (10), bei dem ein Höhenprofil einer Fahrbahn des Fahrzeugs (10) erfasst wird und bei dem Bildmerkmale auf der Fahrbahn als Landmarken erfasst werden und mit in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken verglichen werden, wobei zum Vergleichen der
Landmarken eine Transformation der erfassten und/oder hinterlegten Landmarken in eine gemeinsame Perspektive vorgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Transformation auf der Basis von Modellparametern eines parametrischen Modells des Höhenprofils der Fahrbahn und eines parametrischen Modells einer Fahrzeugneigung vorgenommen, wobei die Modellparameter ermittelt werden, indem ein erwartetes Höhenprofil der Fahrbahn aus den parametrischen Modellen des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung ermittelt wird und eine Differenz aus dem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil durch Variation Modellparameter der minimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , mit den Schritten
- Erfassen (S1) der Fahrbahn in der Umgebung des Fahrzeugs (10) mit einer ersten Sensoreinheit (3) des Fahrzeugs (10),
- Ermitteln (S2) des erfassten Höhenprofils der Fahrbahn auf Basis von ersten Daten der ersten Sensoreinheit (3),
- Ermitteln (S3) der Modellparameter der parametrischen Modelle des Höhenprofils der Fahrbahn und der Fahrzeugneigung,
- Erfassen (S4) von zweiten Daten, die die erfassten Landmarken repräsentieren, durch die erste Sensoreinheit (3) oder durch eine zweite Sensoreinheit (5),
- Vergleichen (S5) der erfassten Landmarken mit den in der digitalen Karte hinterlegten Landmarken nach der Transformation der erfassten und/oder hinterlegten Landmarken in die gemeinsame Perspektive
- Ermitteln (S6) einer Position des Fahrzeugs (10) aus dem Vergleich der
Landmarken.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das parametrische Modell des Höhenprofils der Fahrbahn eine
parametrierbare Kurve für eine Längsrichtung (x) und eine parametrierbare Kurve für eine Querrichtung (y) umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3
wobei die parametrierbare Kurve für die Längsrichtung ein Polynom zweiter Ordnung mit zwei Modellparametern ist, und
wobei die parametrierbare Kurve für die Querrichtung ein Polynom vierter Ordnung mit vier Modellparametern ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das parametrische Modell der Fahrzeugneigung eine Auslenkung einer Längsachse und Querachse des Fahrzeugs (10) bezüglich einer Aufstandsfläche des Fahrzeugs (10) beschreibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei das parametrische Modell und der Fahrzeugneigung auf Basis einer Tangensfunktion eines Nickwinkels des Fahrzeugs (10) und einer Tangensfunktion eines Rollwinkels des Fahrzeugs (1) erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
wobei eine Zeitreihe des Nickwinkels und/oder des Rollwinkels jeweils zur Kalibrierung der ersten Sensoreinheit (3) und/oder der zweiten Sensoreinheit (5) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei für die erste Sensoreinheit (3) und/oder die zweite Sensoreinheit (5) zumindest eine der folgenden verwendet wird:
- Lidareinheit,
- Radareinheit,
- Stereokameraeinheit,
- Ultraschallsensoreinheit.
9. Vorrichtung (1) zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (10), aufweisend:
- eine erste Sensoreinheit (3) des Fahrzeugs (10), wobei die erste Sensoreinheit (3) zum Erfassen einer Fahrbahn in einer Umgebung des Fahrzeugs (10) ausgeführt ist,
- eine Recheneinheit (7), die zum Ermitteln eines erfassten Höhenprofils der Fahrbahn auf Basis von ersten Daten der ersten Sensoreinheit (3) ausgeführt ist, und die zum Ermitteln von Modellparametern eines parametrischen Modells des Höhenprofils der Fahrbahn und eines parametrischen Modells einer
Fahrzeugneigung des Fahrzeugs (10) durch Minimieren einer Differenz aus einem erwarteten Höhenprofil und dem erfassten Höhenprofil ausgeführt ist, wobei das erwartete Höhenprofil aus den parametrischen Modellen des Höhenprofils und der Fahrzeugneigung erzeugt ist,
- eine zweite Sensoreinheit (5), die zum Erfassen von zweiten Daten zu Objekten aus der Umgebung des Fahrzeugs (10) ausgeführt ist, wobei die zweiten Daten erfasste Landmarken repräsentieren,
- wobei die Recheneinheit (7) ferner zum Vergleichen der erfassten Landmarken in einer digitalen Karte hinterlegten Landmarken ausgeführt ist, wobei die erfassten und/oder hinterlegten Landmarken zur Gewährleistung der Vergleichbarkeit der Landmarken durch eine Transformation in eine gemeinsame Perspektive umgerechnet werden und wobei die Transformation auf Basis der ermittelten Modellparameter der parametrischen Modelle des Höhenprofils und der
Fahrzeugneigung erfolgt, und wobei die Recheneinheit (7) zum Ermitteln einer Position des Fahrzeugs (10) aus dem Vergleich der Landmarken ausgeführt ist.
10. Fahrzeug (10) mit einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 9.
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