DE19921437C2

DE19921437C2 - Method and device for determining the road geometry and the position of a vehicle on a road

Info

Publication number: DE19921437C2
Application number: DE1999121437
Authority: DE
Inventors: Werner Bernhard
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-05-08
Filing date: 1999-05-08
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-05-09
Also published as: DE19921437A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Straßengeometrie oder der Position eines Fahrzeuges auf einer Straße, wobei DOLLAR A - Wegdaten des Fahrzeuges ermittelt werden, DOLLAR A - Straßengeometriedaten ermittelt werden, DOLLAR A - durch Vergleich der Straßengeometriedaten mit den Wegdaten die Position des Fahrzeuges auf der Straße bestimmt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Straßengeometriedaten aus der Summe der X/Y-Koordinaten der Wegdaten und dem lateralen Versatz der Straßenmarkierung an der Stelle Y bestimmt werden und die neuen X/Y-Koordinaten als neue Straßengeometriedaten gespeichert werden.The invention relates to a method for determining the road geometry or the position of a vehicle on a road, wherein DOLLAR A - route data of the vehicle are determined, DOLLAR A - road geometry data are determined, DOLLAR A - by comparing the road geometry data with the route data the position of the vehicle the street is determined. DOLLAR A According to the invention, it is provided that the road geometry data are determined from the sum of the X / Y coordinates of the route data and the lateral offset of the road marking at point Y, and the new X / Y coordinates are stored as new road geometry data.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Straßengeometrie und/oder der Position eines Fahrzeuges auf einer Straße gemäß den gattungsbildenden Merkma len des Anspruchs 1.The invention relates to a method and an apparatus for Determination of the road geometry and / or the position of a Vehicle on a road according to the generic characteristics len of claim 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Straßen geometrie ist beispielsweise aus der WO 87/03718 A1 bekannt. Mit tels auf einem Fahrzeug angeordneter Video-Kamera wird in einem Winkel von 180° die Umgebung auf Video-Kassette aufgenommen. Hierbei werden auch Straßennamen und Hausnummern erfaßt. Die Daten werden hauptsächlich für spätere Navigationszwecke ermit telt und auf einer Video-Kassette als Datenträger gespeichert. Bei dieser Art die Straßengeometrie zu erfassen ist von Nach teil, daß die Vorrichtung eigentlich nur zur Erstellung von Straßendaten und Beiinformationen vorgesehen ist. Als Aufnahme einrichtung wird eine Videokamera auf einem Fahrzeug angeord net. Eine sofortige Auswertung und Benutzung der Daten erfolgt nicht. Es erfolgt keine Positionsbestimmung des Fahrzeuges auf der Straße während der Fahrt des Fahrzeuges.A generic device for determining a street Geometry is known, for example, from WO 87/03718 A1. With tels arranged on a vehicle is in a Angle of 180 ° recorded the environment on video cassette. Street names and house numbers are also recorded here. The Data is mainly collected for later navigation purposes telt and stored on a video cassette as a data carrier. In this way, the road geometry is to be recorded from after part that the device is actually only for creating Street data and additional information is provided. As a recording device, a video camera is arranged on a vehicle net. The data is immediately evaluated and used Not. There is no position determination of the vehicle the road while the vehicle is traveling.

In der DE 195 05 487 A1 wird eine gattungsgemäße Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen geografischen Fahrzeugposition of fenbart, die eine Empfangseinrichtung für Signale eines Satel litennavigationssystems aufweist, eine Recheneinrichtung zur Auswertung der Satellitensignale, einer Speichereinrichtung für eine digitalisierte Straßennetzkarte, einer Speichereinrichtung für Daten der geografischen Fahrzeugposition und mit einer Hilfssensorik zur Fortschreibung und/oder Verbesserung der Ge nauigkeit der aktuellen Fahrzeugposition auf der Basis von Meß werten, die unabhängig vom Satellitennavigationssystem erfaßt werden, wobei die Recheneinrichtung anhand vorgegebener Daten über charakteristische optische Merkmale, die in der digitalen Straßennetzkarte zusätzlich zu den geografischen Daten gespei chert oder aus diesen ableitbar sind, durch Vergleich mit den von dem optischen Sensor erfaßten Daten eine genaue Positions bestimmung vornimmt.DE 195 05 487 A1 describes a generic device to determine the current geographic vehicle position of fenbart, which is a receiving device for signals of a satellite lit navigation system, a computing device for Evaluation of the satellite signals, a storage device for a digitized road network map, a storage device for data of the geographic vehicle position and with a Auxiliary sensors for updating and / or improving the Ge accuracy of the current vehicle position based on measurement values recorded independently of the satellite navigation system be, the computing device based on predetermined data about characteristic optical features used in digital Road network map saved in addition to the geographic data or can be derived from these, by comparison with the data detected by the optical sensor an exact position makes determination.

Ebenso ist bei dieser Art der Bestimmung der aktuellen geogra fischen Fahrzeugposition wie in der DE 195 05 487 A1 offenbart von Nachteil, daß eine vorgegebene digitalisierte Karte und da zu abgespeicherte Merkmale zur Auswertung herangezogen werden. Diese Daten weisen oft große Mängel auf und sind daher nicht geeignet, um eine genaue Bestimmung der Fahrzeugposition zu er halten, um die nötige Genauigkeit beispielsweise für einen Spurwechselassistenten zu erhalten. Insbesondere kann so bei kurvigem Streckenverlauf keine Zuordnung eines Fahrzeuges auf die Fahrspur erfolgen. Dies wird aber für die Funktion insbe sondere eines Spurwechselassistenten benötigt.Likewise with this type of determination is the current geogra fish vehicle position as disclosed in DE 195 05 487 A1 disadvantageous that a given digitized map and there stored characteristics can be used for evaluation. These data often have major shortcomings and are therefore not suitable for a precise determination of the vehicle position hold to the necessary accuracy for example for a To get lane change assistants. In particular, so at curve route no assignment of a vehicle the lane take place. But this is especially important for the function a lane change assistant is required.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrich tung bereitzustellen, die es ermöglicht bei einem fahrenden Fahrzeug die Straßengeometriedaten und gleichzeitig die zurück gelegten Wegdaten des Fahrzeuges zu ermitteln, um so die Stra ßengeometriedaten genau zu bestimmen und damit die Position des Fahrzeuges sehr genau zu bestimmen.The object of the invention is a method and a Vorrich to provide equipment that makes it possible for a moving Vehicle the road geometry data and at the same time the back determined route data of the vehicle to determine the road to determine the exact geometry data and thus the position of the To determine the vehicle very precisely.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprü che 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprü che gekennzeichnet.According to the invention, the object is achieved by the features of the claims che 1 and 5 solved. Advantageous training and further education of the Subject of the invention are by the features of the dependent claims marked.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß bei der Fahrt die Straßengeometriedaten, insbesondere die Fahrspur, und gleichzeitig die zurückgelegten Wegdaten des Fahrzeuges ermittelt werden können. Es kann die Zuordnung des Fahrzeuges auf eine Fahrspur erfolgen. Durch Abspeicherung die ser ermittelten Daten wird eine genaue Straßenkarte erstellt, mit welcher es möglich ist auch bei einem folgenden Fahrzeug eine genaue Zuordnung auf eine Fahrspur anzugeben.A major advantage of these designs is that that when driving the road geometry data, especially the Lane, and at the same time the route data of the Vehicle can be determined. It can assign the Vehicle in a lane. By saving the based on the determined data, an exact street map is created, with which it is also possible for a following vehicle specify an exact assignment to a lane.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment in Ver binding explained in more detail with a figure description. It shows

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung der Ermittlung der Straßengeome trie, sowie Fig. 1 shows an overall representation of the determination of the street geometry, and

Fig. 2 eine Darstellung zur Ermittlung der Wegdaten. Fig. 2 is an illustration for determining the road data.

In Fig. I ist eine Gesamtdarstellung der Ermittlung der Stra ßengeometrie dargestellt. In A erfolgt eine abschnittsweise Er mittlung und Speicherung der Wegdaten des Fahrzeuges in X/Y- Koordinaten. In B erfolgt nur die Detektion der Linien, die sich seitlich vom Fahrzeug 0 befinden und Erkennung des Spur wechsels, Versatz des Weges des Fahrzeuges zur Straßengeometrie in X/Y-Koordinaten. In C wird dann die Straßengeometrie aus den Wegdaten des Fahrzeuges und dem Versatz der Straße zum Fahrzeug - insbesondere bei einem Spurwechsel - in X/Y-Koordinaten errech net. Die Straße 1 liegt in einem X/Y-Koordinatensystem. Das Fahrzeug 0 hat sich auf der strichpunktiert eingezeichneten Wegstrecke 2 bewegt. Diese Wegstrecke 2 wird mittels den Wegda ten beschrieben. Die Fahrspur 3, auf welcher sich das Fahrzeug 0 momentan bewegt, wird durch die gestrichelt gezeichneten Mar kierungslinien 4 begrenzt. Die ausgezogenen Markierungslinien 5 bilden den Fahrbahnrand. Das Fahrzeug 0 bewegt sich momentan auf der mittleren Fahrspur 3. Sowohl rechts als auch links da von befindet sich noch jeweils eine Fahrspur 3. Es ist eine Po sitionserfassungseinrichtung an dem Fahrzeug 0 angeordnet, das die Wegdaten des Fahrzeuges 0 und gleichzeitig die Straßengeo metriedaten ermittelt. Es erfolgt eine Speicherung der Weg- und Straßengeometriedaten über einen vorbestimmten Bereich. Die Po sitionserfassungeinrichtung bestimmt mit diesen Daten die Posi tion des Fahrzeuges 0 auf der Straße 1. Zuerst wird der Wegver lauf des Fahrzeuges 0 mit Hilfe der Kurvenradien zusammen mit der Wegstrecke 2 aufgezeichnet. Es erfolgt eine Umrechnung in X/Y-Koordinaten. Desweiteren erfolgt die Bestimmung der Lage des eigenen Fahrzeuges 0 zum Fahrbahnrand 5. Mit der Fahr spurerkennungseinrichtung wird die Position des eigenen Fahr zeuges 0 zur entsprechenden eigenen Fahrspur 3 ermittelt. Au ßerdem wird die Lage des Fahrzeuges 0 zu den weiteren Fahrspuren und zum Fahrbahnrand 5 ermittelt und ein Spurwechsel von einer Fahrspur zur anderen erkannt. Die Fahrspurerkennungseinrichtung erkennt die Markierungen 4 neben dem Fahrzeug 0. Die ermittelte Position des eigenen Fahrzeuges 0 zur Fahrspur 3 wird in X- Richtung zur entsprechenden X/Y-Koordinate addiert und der X- Versatz der Straßengeometrie aus dem Spurwechsel. Diese Positi onsdaten werden abschnittsweise in einer 2D-Tabelle gespei chert. Es erfolgt eine Markierungserkennung, wobei zwischen durchgezogener und gestrichelter Linie und einer Abbiegespur unterschieden werden kann. Die Ermittlung der Wegdaten erfolgt aus einem Weg-/Geschwindigkeitssignal und/oder Lenkwinkel- und/oder Raddrehzahlsensoren und/oder Gyrosensor und/oder sa tellitenunterstützt mittels GPS. Die abschnittsweise gespei cherten Positionsdaten und die Wegdaten mit den Koordinaten X/Y sind einander zuzuordnen. Die Straßengeometrie ergibt sich so mit aus der Summe aus den X/Y-Koordinaten der Weggeometrie und dem lateralen Versatz der Straßenmarkierung an der Stelle Y. Auch diese Straßendaten werden abschnittsweise in einer 2D- Tabelle gespeichert.In Fig. I is an overall view of the determination of the road ßengeometrie shown. In A, the route data of the vehicle is determined and stored in sections in X / Y coordinates. In B, only the lines that are to the side of vehicle 0 are detected and the lane change is recognized, the path of the vehicle to the road geometry is offset in X / Y coordinates. In C the road geometry is then calculated from the route data of the vehicle and the offset of the road to the vehicle - especially when changing lanes - in X / Y coordinates. Street 1 is in an X / Y coordinate system. The vehicle 0 has moved on the path 2 shown in broken lines. This route 2 is described by means of the Wegda th. The lane 3 , on which the vehicle 0 is currently moving, is delimited by the dashed drawing lines 4 . The solid marking lines 5 form the edge of the road. Vehicle 0 is currently moving in middle lane 3 . There is a lane 3 on both the right and left of there. A position detection device is arranged on the vehicle 0, which determines the route data of the vehicle 0 and, at the same time, the road geometry data. The path and road geometry data are stored over a predetermined area. With this data, the position detection device determines the position of vehicle 0 on road 1 . First the Wegver course of the vehicle 0 is recorded together with the route 2 using the curve radii. It is converted into X / Y coordinates. Furthermore, the position of one's own vehicle 0 relative to the edge of the road 5 is determined . With the lane detection device, the position of the own vehicle 0 to the corresponding own lane 3 is determined. In addition, the position of the vehicle 0 to the other lanes and to the edge of the lane 5 is determined and a lane change from one lane to another is recognized. The lane recognition device recognizes the markings 4 next to the vehicle 0. The determined position of the own vehicle 0 to the lane 3 is added in the X direction to the corresponding X / Y coordinate and the X offset of the road geometry from the lane change. This position data is saved section by section in a 2D table. Marking is carried out, a distinction being made between a solid and dashed line and a turning lane. The route data is determined from a route / speed signal and / or steering angle and / or wheel speed sensors and / or gyro sensor and / or satellite-supported using GPS. The position data stored in sections and the path data with the coordinates X / Y are to be assigned to one another. The road geometry thus results from the sum of the X / Y coordinates of the road geometry and the lateral offset of the road marking at point Y. This road data is also saved in sections in a 2D table.

In Fig. 2 sind Darstellungen zur Ermittlung der Wegdaten des Fahrzeuges gezeigt. Die Aufzeichnung des Wegverlaufs kann über die Kurvenradien zusammen mit der Wegstrecke erfolgen. Aus die sen Daten ist abschnittsweise der Betrag in Längs- und Quer richtung zu ermitteln. Es erfolgt eine Umrechnung in X/Y- Koordinaten. Mit diesen Wegdaten wird ein 2D-Modell aufgebaut, das beispielsweise in einer 2-dimensionalen Tabelle gespeichert wird. Der Koordinatenursprung liegt in der Mitte des Heckbe reichs des eigenen Fahrzeuges. Die X-Koordinate liegt quer zur Fahrtrichtung, die Y-Koordinate liegt in Längsrichtung. Die We ge W werden aus den Raddrehzahlen und dem Abrollumfang der Rei fen errechnet. Die Kurvenradien sind aus dem Lenkwinkel oder den unterschiedlichen Wegstrecken des linken 7 und rechten Ra des 6 zu errechnen. Nach jedem Streckenabschnitt und nach jeder Änderung des Kurvenradius ist der Betrag in Längs- und Quer richtung neu zu ermitteln. Die geometrische Ermittlung erfolgt wie folgt:
Rad-Drehzahl-Zähler RZ
D_R = Reifen-Durchmesser
mit den Bogenwegen:
S_li = r_li α = U_R RZ_li
S_re = r_re α = U_R RZ_re
U_R = π D_R = const.In FIG. 2, diagrams are shown for determining the route data of the vehicle. The path can be recorded via the curve radii together with the path. The amount in the longitudinal and transverse directions is to be determined in sections from this data. It is converted into X / Y coordinates. This path data is used to build a 2D model that is saved, for example, in a 2-dimensional table. The origin of the coordinates lies in the middle of the rear area of your own vehicle. The X coordinate is transverse to the direction of travel, the Y coordinate is longitudinal. The distances W are calculated from the wheel speeds and the rolling circumference of the tires. The curve radii are to be calculated from the steering angle or the different distances of the left 7 and right Ra of the 6 . After each section of the route and after every change in the curve radius, the amount in the longitudinal and transverse directions must be determined again. The geometric determination is carried out as follows:
Wheel speed counter RZ
D _R = tire diameter
with the arches:
S _li = r _li α = U _R RZ _li
S _re = r _re α = U _R RZ _re
U _R = π D _R = const.

Erfolgt dann für den Kurvenradius
This is done for the curve radius

r_li = Spur/(1 - RZ_re/Rz_li)
r _li = track / (1 - RZ _re / Rz _li )

und zur Weiterberechnung ergibt sich dann der mittlere Radius in der Fahrzeug-Mitte wie folgt: R_M = r_li - Spur/2
Für den Weg folgt: W = U_R(RZ_li + RZ_re)/2and for further calculation the average radius in the middle of the vehicle is as follows: R _M = r _li - lane / 2
For the way follows: W = U _R (RZ _li + RZ _re ) / 2

Der mittlere Heckbereich des Fahrzeuges 0 ist in dieser Ausfüh rungsform als Ursprung des Koordinatensystems gewählt. Die X/Y- Koordinaten müssen immer auf diesen neuen Ursprung umgerechnet werden:
The middle rear area of vehicle 0 is selected as the origin of the coordinate system in this embodiment. The X / Y coordinates must always be converted to this new origin:

x₁ = w₁sin(α1/2)
x ₁ = w ₁ sin (α1 / 2)

x₂ = x₁ + w₂sin(α₁ + α₂/2)
x ₂ = x ₁ + w ₂ sin (α ₁ + α _2/2)

x_n+1 = x_n + w_n+1sin(α_n + α_n+1/2)
x _{n + 1} = x _n + w _{n + 1} sin (α _n + α _{n +} 1/2)

y₁ = w₁cos(α₁/2)
y ₁ = w ₁ cos (α _1/2)

y₂ = y₁ + w₂cos(α₁ + α₂/2)
y ₂ = y ₁ + w ₂ cos (α ₁ + α _2/2)

y_n+1 = y_n + w_n+1cos(α_n + α_n+1/2)y _{n + 1} = y _n + w _{n + 1} cos (α _n + α _{n +} 1/2)

Der Ursprung kann aber auch als Festpunkt, beispielsweise der Startpunkt des Fahrzeuges 0 sein.The origin can also be used as a fixed point, for example the The starting point of the vehicle must be 0.

Die Aufzeichnung der Wegdaten und der Straßengeometrie kann für folgende Systeme Daten liefern:
The recording of route data and road geometry can provide data for the following systems:

- as a supplement to an electronic tachograph, at for example to reconstruct an accident;
- for documentation of a crash test and implementation white tere crash tests on the same route;
- to classify the driver with detection of a behavior tens change in the steering movements, for example, as a result fatigue occurring;
- to create a road map. In particular, at Routes of regular buses or routes to the workplace Maps are created. These coordinate values of the street need to be based on certain critical points and integra tion errors are corrected. Especially in the close range Geometry data obtained via wheel speed sensors is relatively ge more accurate than GPS data; the saved road map is too to track objects detected in the area in front of the Vehicle usable, e.g. B. in a distance control;
- for blind spot and rear area monitoring. It is with the up drawing of the road geometry the lane assignment of the detek objects in the corresponding lane also on one allows curvy road. The distinction is relevant between your own lane, the neighboring destination lane, in to be changed, third and further lanes, which are not relevant;
- to support automatic transverse control for detection NEN the beginning and completion of a lane change at one semi-autonomous vehicle.

Claims

1. Method for determining the road geometry data and the position of a vehicle (0) on a road ( 1 ), wherein

- Route data of the vehicle (0) are determined,
- road geometry data are determined,
the position of the vehicle (0) on the road ( 1 ) is determined by comparing the road geometry data with the road data,

characterized in that the road geometry data is determined from the sum of the X / Y coordinates of the route data and the lateral offset of the road marking at point Y and the new X / Y coordinates are stored as new road geometry data.

2. The method according to claim 1, characterized, that the road geometry data with the help of the vehicle (0) Brought optical sensors can be detected.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized, that the path data from a path / speed signal and / or Steering angle and / or wheel speed sensors and / or gyro sensors and / or satellite-assisted using GPS.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized, that the route data and the road geometry data over a pre given route can be saved.

5. Device for performing the method according to claims 1 to 4, characterized in that a lane identification device on the vehicle (0) is arranged to determine the road geometry data, the lateral markings ( 4 ) of the lane ( 3 ) and a lane change recognizes and forwards this data to an evaluation unit for evaluation and storage.