DE102016006137A1

DE102016006137A1 - Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016006137A1
Application number: DE102016006137.5A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Ghanaat; Martin Haueis; Jochen Hipp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Haueis Martin Dr De
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (1), wobei eine aktuelle Fahrzeugposition (P(tx)) mittels eines satellitengestützten Navigationssystems ermittelt wird und ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition (P(tx)) in einer Koppelnavigation mittels Daten einer Inertialsensorik des Fahrzeugs (1) eine zukünftige prädizierte Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird eine Abweichung der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) von einer realen Fahrzeugposition ermittelt, wobei die Abweichung anhand eines Vergleichs von sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten (G1, G2) von ortsfesten Umgebungsobjekten und kartenbasiert ermittelten Geokoordinaten (G1', G2') der ortsfesten Umgebungsobjekte ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2011 119 762 A1 ist ein Positionsbestimmungs-System für ein Fahrzeug bekannt. Das Positionsbestimmungs-System umfasst eine digitale Karte, in der Daten über ortsspezifische Merkmale lokalisiert verzeichnet sind, eine Umfelderkennungsvorrichtung zur Erfassung der ortsspezifischen Merkmale in der Umgebung des Fahrzeugs und ein mit der digitalen Karte und der Umfelderkennungsvorrichtung gekoppeltes Lokalisierungsmodul, das eine Verarbeitungseinheit zum Abgleich der erfassten Daten und der in der digitalen Karte verzeichneten Daten über die ortsspezifischen Merkmale und zur Lokalisierung der Fahrzeugposition anhand der in der digitalen Karte lokalisiert verzeichneten ortsspezifischen Merkmale aufweist. Weiterhin umfasst das Positionsbestimmungs-System eine inertiale Messeinheit des Fahrzeugs für Fahrzeugbewegungsdaten, die mit dem Lokalisierungsmodul gekoppelt ist. Eine Verarbeitungseinheit des Lokalisierungsmoduls ist konfiguriert, eine Fahrzeugposition mittels der Fahrzeugbewegungsdaten basierend auf der anhand der ortsspezifischen Merkmale lokalisierten Position und einer mittels eines satellitengestützten Navigationssystems ermittelten Position zu bestimmen. Weiterhin wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs unter Verwendung eines solchen Systems beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In dem Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs wird eine aktuelle Fahrzeugposition mittels eines satellitengestützten Navigationssystems ermittelt und ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition wird in einer Koppelnavigation mittels Daten einer Inertialsensorik des Fahrzeugs eine zukünftige prädizierte Fahrzeugposition ermittelt.
Erfindungsgemäß wird eine Abweichung der prädizierten Fahrzeugposition von einer realen Fahrzeugposition ermittelt, wobei die Abweichung anhand eines Vergleichs von sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten von ortsfesten Umgebungsobjekten und kartenbasiert ermittelten Geokoordinaten der ortsfesten Umgebungsobjekte ermittelt wird.
Aufgrund einer solchen Ermittlung der Abweichung zwischen prädizierter und realer Fahrzeugposition, auch als Drift der Lokalisierung bezeichnet, ist in besonders vorteilhafter Weise eine Erhöhung einer Verfügbarkeit, Robustheit und Genauigkeit der Lokalisierung des Fahrzeugs möglich.
Insbesondere ist es möglich, die Drift der Inertialsensorik, insbesondere zumindest eines Gierratensensors und/oder von Raddrehzahlsensoren, und daraus folgend ermittelter Gierraten und/oder Raddrehzahlen zu bestimmen und zu kompensieren. Somit ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, eine eigene Position innerhalb der digitalen Karten für einen signifikant längeren Zeitraum nach einem Verlust eines Signals des satellitengestützten Navigationssystems zu bestimmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch eine Draufsicht auf eine Fahrbahn und ein auf der Fahrbahn befindliches Fahrzeug.
In der einzigen 1 sind in einer Draufsicht eine Fahrbahn FB und ein auf der Fahrbahn FB befindliches Fahrzeug 1 dargestellt.
Eine Lokalisierung eines Fahrzeugs 1 erfolgt üblicherweise mittels eines satellitengestützten Navigationssystems (englisch: global navigation satellite system, kurz: GNSS). Ist jedoch eine Sichtverbindung zwischen dem Fahrzeug 1 und Satelliten gestört, ist die Lokalisierung nicht durchführbar. Ein weiteres bekanntes Lokalisierungsverfahren ist die so genannte Koppelnavigation. Hierbei wird ein Bewegungszustand des Fahrzeugs 1, insbesondere eine Längsgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung und Gierrate, mittels einer Inertialsensorik, insbesondere einem Gierratensensor und Raddrehzahlsensoren, ermittelt. Mittels der Inertialsensorik ermittelte Daten werden verwendet, um anhand von Bewegungsgleichungen eine zukünftige Fahrzeugposition zu prädizieren, die das Fahrzeug 1 beim nächsten Zeitschritt einnehmen wird. Hierbei kann es jedoch aufgrund von Messungenauigkeiten der Inertialsensorik zu Prädiktionsfehlern kommen. Diese Prädiktionsfehler summieren sich über der Zeit, so dass die Gefahr besteht, dass die prädizierte Fahrzeugposition signifikant von einer realen Fahrzeugposition abweicht. Eine solche Abweichung wird als Drift der Lokalisierung bezeichnet und resultiert aus einer Drift der Inertialsensorik. Eine solche Drift resultiert beispielsweise bei den Raddrehzahlsensoren aus dem Umstand, dass aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen und unterschiedlicher Reifendrücke ein Radradius dynamisch und variabel ist.
Um die Genauigkeit bei der Lokalisierung des Fahrzeugs 1 zu erhöhen, wird die Abweichung von zwischen der prädizierten Fahrzeugposition und der realen Fahrzeugposition ermittelt und kompensiert.
Hierzu wird ausgehend von einer zuletzt mittels des satellitengestützten Navigationssystems zu einem Zeitpunkt tx ermittelten aktuellen Fahrzeugposition P(tx) in der Koppelnavigation mittels Daten der Inertialsensorik des Fahrzeugs 1, d. h. insbesondere mittels eines Gierratensensors und der Raddrehzahlsensoren, die zukünftige prädizierte Fahrzeugposition P(tx + ΔT) ermittelt, welche das Fahrzeug 1 nach einer vorgegebenen Zeitdauer ΔT voraussichtlich einnehmen wird.
Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer ΔT, also zu dem Zeitpunkt, zu dem sich das Fahrzeug 1 erwartungsgemäß an der prädizierten Fahrzeugposition P(tx + ΔT) befindet, werden laterale Abstände zu in der Umgebung des Fahrzeugs 1 befindlichen ortsfesten Umgebungsobjekten ermittelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden ein lateraler Abstand dr1 des Fahrzeugs 1 zu einer rechten Fahrspurmarkierung M1 und ein lateraler Abstand dr2 zu einer linken Fahrspurmarkierung M2 anhand mittels zumindest eines Umgebungssensors, beispielsweise mittels einer Kamera, eines Lidarsensors, mittels eines Radarsensors und/oder mittels eines Ultraschallsensors, erfasster Daten an der prädizierten Fahrzeugposition P(tx + ΔT) bestimmt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt in nicht näher dargestellter Weise eine Ermittlung eines lateralen Abstands zur Fahrspurmitte. Die Fahrspurmarkierungen M1, M2 sind dabei mittels des Umgebungssensors erfasste Fahrspurmarkierungen M1, M2.
In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich der Abstand zu anderen ortsfesten Umgebungsobjekten, beispielsweise Leitpfosten, Gebäuden, Leitplanken und weiteren Objekten, bestimmt werden.
Aus den erfassten lateralen Abständen dr1, dr2 und aus der prädizierten Fahrzeugposition P(tx + ΔT) werden Geokoordinaten G1, G2 der Umgebungsobjekte, d. h. vorliegend der Fahrspurmarkierungen M1, M2, bestimmt, welche im Folgenden als sensorbasiert ermittelte Geokoordinaten G1, G2 bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich werden auch longitudinale Abstände des Fahrzeugs 1 zu den Umgebungsobjekten, d. h. vorliegend den Fahrspurmarkierungen M1, M2, ermittelt und zur Bestimmung der sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten G1, G2 verwendet.
Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer ΔT werden zusätzlich an der prädizierten Fahrzeugposition P(tx + ΔT) Geokoordinaten G1', G2' von den ortsfesten Umgebungsobjekten, d. h. vorliegend der Fahrspurmarkierungen M1', M2' oder der Fahrspurmitte, aus einer hochgenauen digitalen Karte ermittelt. Das heißt, die Karte umfasst die Geokoordinaten G1', G2' der mittels der Umgebungssensorik erfassten ortsfesten Umgebungsobjekte. Oder in anderen Worten: Die Umgebungssensorik erkennt in der Umgebung des Fahrzeugs 1 Merkmale, welche in der digitalen Karte hinterlegt sind. Die so ermittelten Geokoordinaten G1', G2' werden im Folgenden als kartenbasiert ermittelte Geokoordinaten G1', G2' bezeichnet.
Anschließend wird ermittelt, wie groß eine Abweichung zwischen den sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten G1, G2 und den kartenbasiert ermittelten Geokoordinaten G1', G2' ist. Die so ermittelte Abweichung entspricht der gesuchten Drift der Lokalisierung, aus welcher die Drift der Inertialsensorik, d. h. insbesondere des zumindest einen Gierratensensors und der Raddrehzahlsensoren, ermittelt wird.
Auch ist es aufgrund des Vergleichs der sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten G1, G2 und den kartenbasiert ermittelten Geokoordinaten G1', G2' möglich, die reale Fahrzeugposition zu erfassen und somit das Fahrzeug 1 für einen sehr langen Zeitraum nach einer Störung der satellitengestützten Navigation innerhalb der digitalen Karte zu lokalisieren.
Anhand der ermittelten Abweichung, d. h. der Drift, der prädizierten Fahrzeugposition P(tx + ΔT) von der realen Fahrzeugposition wird weiterhin eine Kalibrierung der Inertialsensorik durchgeführt. Hierbei wird zurückgerechnet, wie die Signale der Inertialsensorik modifizieren werden müssten, um die Drift auf einen vorgegebenen Toleranzbereich zu reduzieren. Diese Korrektur wird dann bei zukünftigen Lokalisierungen des Fahrzeugs 1 durch Koppelnavigation auf die Signale der Inertialsensorik angewendet.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
dr1, dr2: lateraler Abstand
FB: Fahrbahn
G1, G2: Geokoordinate
G1', G2': Geokoordinate
M1, M2: Fahrspurmarkierung
M1', M2': Fahrspurmarkierung
P(tx): aktuelle Fahrzeugposition
P(tx + ΔT): prädizierte Fahrzeugposition
tx: Zeitpunkt
ΔT: Zeitdauer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011119762 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Lokalisierung eines Fahrzeugs (1), wobei – eine aktuelle Fahrzeugposition (P(tx)) mittels eines satellitengestützten Navigationssystems ermittelt wird und – ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition (P(tx)) in einer Koppelnavigation mittels Daten einer Inertialsensorik des Fahrzeugs (1) eine zukünftige prädizierte Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Abweichung der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) von einer realen Fahrzeugposition ermittelt wird, – wobei die Abweichung anhand eines Vergleichs von sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten (G1, G2) von ortsfesten Umgebungsobjekten (M1, M2) und kartenbasiert ermittelten Geokoordinaten (G1', G2') der ortsfesten Umgebungsobjekte ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein lateraler Abstand (dr1, dr2) und/oder longitudinaler Abstand des Fahrzeugs (1) zu zumindest einem Umgebungsobjekt anhand mittels zumindest eines Umgebungssensors erfasster Daten an der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) bestimmt wird, – wobei die Geokoordinaten (G1, G2) des zumindest einen Umgebungsobjekts aus der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) und dem an dieser Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) bestimmten lateralen Abstand (dr1, dr2) und/oder longitudinalen Abstand des Fahrzeugs (1) zu dem zumindest einen Umgebungsobjekt ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kartenbasiert ermittelten Geokoordinaten (G1, G2) an der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) aus einer digitalen Karte bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorbasiert ermittelten Geokoordinaten (G1, G2) an der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) anhand von Daten zumindest einer Kamera, zumindest eines Lidarsensors, zumindest eines Radarsensors und/oder zumindest eines Ultraschallsensors bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Abweichung der prädizierten Fahrzeugposition (P(tx + ΔT)) von der realen Fahrzeugposition eine Kalibrierung der Inertialsensorik durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Inertialsensorik zumindest ein Gierratensensor und/oder Raddrehzahlsensoren verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ortsfeste Umgebungsobjekte Fahrspurmarkierungen (M1, M2) verwendet werden.