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WO2018065015A1 - Verfahren zur ermittlung einer orientierung eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur ermittlung einer orientierung eines fahrzeugs Download PDF

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WO2018065015A1
WO2018065015A1 PCT/DE2017/200084 DE2017200084W WO2018065015A1 WO 2018065015 A1 WO2018065015 A1 WO 2018065015A1 DE 2017200084 W DE2017200084 W DE 2017200084W WO 2018065015 A1 WO2018065015 A1 WO 2018065015A1
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WO
WIPO (PCT)
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vehicle
angle
determining
orientation
wheel
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2017/200084
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Zhenfu Chen
Georg Roll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Priority to DE112017005078.2T priority Critical patent/DE112017005078A5/de
Priority to US16/332,867 priority patent/US20190368878A1/en
Priority to CN201780061228.3A priority patent/CN109791049A/zh
Priority to EP17768971.8A priority patent/EP3523605A1/de
Publication of WO2018065015A1 publication Critical patent/WO2018065015A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/024—Other means for determination of steering angle without directly measuring it, e.g. deriving from wheel speeds on different sides of the car
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
    • G01C22/02—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers by conversion into electric waveforms and subsequent integration, e.g. using tachometer generator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G01C22/025—Differential odometers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F17/13—Differential equations

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an orientation of a vehicle relative to a spatially fixed coordinate system. Furthermore, the invention relates to a method based on this basis for determining a position of a vehicle, a method for determining an odometry of a vehicle and a corresponding control device of a vehicle.
  • Odometry is usually determined in two different ways. One of them is to constantly measure the vehicle's position and vehicle orientation by means of hardware (such as high-precision GPS devices or similar devices), which is very cost-intensive and susceptible to interference. The other way is to use a suitable mathematical model to calculate the vehicle position and vehicle orientation from the measured variables of the existing sensors.
  • the mathematical models are usually the driving speeds, accelerations and
  • the calculation of the odometry thus has the task of determining the vehicle position and the vehicle orientation in a spatially fixed coordinate system at an arbitrary point in time t.
  • the basics for this are explained below on the basis of Fig. 1 shown.
  • any fixed point P can be used in the vehicle as a reference point, wherein the unique coordinates (X P, Y P) in the spatially-fixed coordinate system x 0 - given to a 0 y 0
  • Time t Taufweis.
  • This reference point P can in principle be chosen arbitrarily.
  • a point P is selected on the longitudinal axis.
  • the vehicle orientation is represented by the angle ⁇ of the vehicle longitudinal axis to the Xo axis of the spatially fixed coordinate system, which is also referred to as the yaw angle.
  • the calculation of the odometry should determine the current values for X P , Y P and ⁇ as quickly and accurately as possible during vehicle movement.
  • a commonly used method is to determine the two coordinates (X P , Y P ) and the angle ⁇ by integrally calculating velocity components v x0 , v 0 and the yaw rate ⁇ .
  • the two velocity components v x0 , v 0 result from the velocity vector V P relative to the reference point P.
  • ⁇ is the angle between the velocity vector from the reference point P and the vehicle longitudinal axis or, in the vehicle coordinate system x-0-y, ⁇ is the angle of the velocity vector to the x-axis.
  • the yaw angle ⁇ is calculated from:
  • the object of the invention is therefore to provide a method by means of which a more accurate estimation of the position and / or orientation of a vehicle can be made, in particular during slow journeys or with comparatively little lateral movement dynamics.
  • the invention describes a method for determining an orientation of a vehicle relative to a spatially fixed coordinate system, comprising the steps: Determining a distance traveled at least one reference point of the vehicle and / or at least one wheel of the vehicle and
  • the invention is based on the idea not to integrate the vehicle orientation and thus also position, especially in slow driving not by noisy signals, in particular the yaw rate, over time, but to calculate from reliable and accurate measurements with a simple mathematical model. Not the time but the distance traveled is used as an independent variable.
  • a center between the wheels of the rear axle of the vehicle is used as a reference point.
  • the method preferably further comprises the steps:
  • the method preferably further comprises the steps:
  • the calculation of the orientation of the vehicle is preferably based on or using at least one of the following expressions:
  • the calculation of the orientation of the vehicle may preferably be based on or using at least one of the following expressions:
  • b f is a track width of the front axle
  • b r is a track width of the rear axle
  • dSi ... 4 is a respective distance covered by a respective wheel of the vehicle
  • ⁇ ⁇ is a mean turning angle of the front wheels.
  • wheel pulses of at least one wheel speed sensor associated with at least one wheel of the vehicle are particularly preferably used to determine the distance covered.
  • the determination of the distance traveled by the center of the rear axle of the vehicle takes place on the basis of or below
  • dS 3 , 4 describe a respective covered distance of a respective wheel of the rear axle of the vehicle.
  • the determination is made of the angles between a tangent of the distance traveled and a longitudinal axis of the vehicle or between a speed vector of the vehicle and a vehicle longitudinal axis using a steering wheel angle and / or a center angle of the front wheels and / or a behavior of a steering system and a direction signal.
  • the determination of the angle between a tangent of the distance traveled and a longitudinal axis of the vehicle or between a speed vector of the vehicle and a vehicle longitudinal axis is based on or using the following expression:
  • i L describes a steering ratio
  • the determination of the path curvature and / or the path radius of the distance covered is carried out using a mean steering angle of the front wheels.
  • the distance of the front axle to the rear axle can alternatively or in addition to be used.
  • the invention further relates to a method for determining a position of a vehicle relative to a spatially fixed coordinate system, comprising the step: Calculating the position of the vehicle using an orientation calculated by means of an embodiment of the method according to the invention for determining an orientation of the vehicle.
  • the method for determining a position of a vehicle further comprises the steps:
  • the calculation of the position of the vehicle takes place on the basis of or using at least one of the following expressions:
  • ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ describe the coordinates of a reference point (P) of the vehicle in the spatially fixed coordinate system ( ⁇ -0-yO). This is particularly advantageous when the center of the rear axle is used as a reference point, since in this case the angle ⁇ for the rear axle is always 0 and the coordinates of the center of the rear axle can be calculated in a particularly simple manner.
  • the invention further relates to a method for determining an odometry of a vehicle, comprising the steps:
  • the kinematic vehicle model preferably uses the number of wheel pulses (wheel ticks or wheel clicks) of the wheel speed sensors, the steering wheel angle or the behavior of the steering system and the direction signal.
  • the measured variables used, in particular steering wheel angle and wheel pulses, are advantageously comparatively accurate and reliable. Accordingly, the odometries calculated in this way are also very accurate and reliable as well as simple and therefore quick to calculate. Another advantage is that no additional hardware is needed.
  • the invention further relates to a control device of a vehicle, which is set up to carry out a method according to one of the preceding embodiments.
  • the specified device has a memory and a processor.
  • the specified method is stored in the form of a computer program in the memory and the processor is provided for carrying out the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.
  • a computer program comprises program code means for performing all the steps of one of the specified methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified devices.
  • a computer program product includes program code stored on a computer-readable medium and, when executed on a data processing device, performs one of the specified methods.
  • FIG. 1 shows a vehicle position (X P , Y P ) and vehicle orientation ⁇ in a space-fixed system ⁇ , ⁇ ,
  • FIG. 4 shows geometrical relationships for a front-axle-steered road vehicle for explaining an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 6 geometric relationships for a road vehicle with limited lateral dynamics and slip angles for explaining an embodiment of the method according to the invention. Based on the already explained bases for the calculation of the odometry according to the prior art with reference to FIG. 1, the method according to the invention is set forth below with reference to FIGS. 2 to 6, by means of which a more accurate calculation of the yaw angle ⁇ of the vehicle is realized, in particular also for slow journeys can.
  • Important parameters are for example:
  • Important movement variables are, for example, the four wheel speeds V 1 , V 2 , V i and V 4 , the yaw rate ⁇ and the steering wheel angle 8 SW . These motion quantities can be measured and provided directly by the four wheel sensors, the rotation rate sensor and the steering wheel sensor.
  • the reference point P of the vehicle has the velocity vector V p and travels a trajectory or odometry shown as a curved line to the reference point P with a path radius p or a path curvature K:
  • the yaw angle is not dependent on the time t, but a function of the path S.
  • the yaw angle ⁇ can be determined with the following
  • the path curvature K (S) should preferably be known as a function of the independent variable s as well as the distance traveled S at each point in time.
  • the yaw angle ⁇ can also be calculated by means of the relative movement of the two wheels of the same axis:
  • the accuracy of the calculated yaw angle ⁇ according to Eq. (5), (6), (7) and (8) depends mainly on the resolution and the accuracy of the individual measured paths S 1 to S 4 of the four wheels, which in particular consist of the respective wheel ticks of the wheels. speed sensors are derived, as will be described later.
  • the vehicle parameters and the steering wheel angle also affect the accuracy of the calculated yaw angle ⁇ .
  • all vehicle points have the common yaw angle ⁇ .
  • an arbitrary vehicle point P can be used for the solution, whose distance traveled S can be calculated as a function of time and whose path curvature K (S) and angle ⁇ (s) between the curve tangent and the vehicle longitudinal axis can be determined. Preferred embodiments for the calculation are shown in the further course of the description.
  • the coordinates (X P , Y P ) of the reference point P are also preferably calculated as functions of the independent variable s with the following equations in differential form:
  • the angle between the velocity vector V P of the reference point P and the vehicle longitudinal axis or its change is used. This can be determined according to a preferred embodiment as follows.
  • the mean steering angle S A of the front wheels which is also called the Ackermann angle, is a function of the steering wheel angle S sw , which can be measured relatively precisely with the steering wheel angle sensor and is available in most vehicles.
  • the separate steering angle S l of wheel 1 and S 2 of wheel 2 are also functions of the steering wheel angle S sw and known.
  • wheel 4 and the center C r of the rear axle is the speed vector always parallel to the vehicle longitudinal axis and thus the angle ß equal to 0.
  • the speed vector for wheel 1 and 2 wheel runs along the respective wheel planes, whereby the angle ß also known and equal to the steering angle S l for wheel 1 and the steering angle S 2 for wheel 2 is.
  • the relationship between the steering wheel angle S sw (not shown in FIG. 2) and the mean steering angle of the front wheels ⁇ ⁇ can be determined within a comparatively large range with a so-called steering ratio i L approximately by Eq. (13).
  • the speed vector has an angle ⁇ ⁇ to the vehicle longitudinal axis, whereby the angle ⁇ is always equal to the Ackermann angle ⁇ ⁇ :
  • the differential dS or the change of the travel S (t) is also used within a small time period ⁇ t, which can be calculated as follows:
  • the distance traveled S j (t) of the individual wheels can be measured with the example 4 wheel speed sensors for most road vehicles, which at any time the current number of wheel ticks Z ; (t) deliver as measurement results.
  • the longitudinal slip ⁇ can be estimated with a linear tire model and expressed in Eq. (15) with a
  • the distances traveled S ⁇ t) can be calculated very precisely for all wheels.
  • the distance traveled s r (t) can be derived from the two rear wheels:
  • the distance traveled S j (t) is determined from the two front wheels:
  • FIG. 4 results in a turning of the vehicle a rotation center M, and thus at least an imaginary right triangle MC r C f, wherein the angle of the triangle at the center of rotation M for the case shown in Fig. 4 case of a vehicle with steering the front wheels equals the Ackermann angle S A. If the center C r of the rear axle is used as reference point P, then the following path curvature results in a simple manner:
  • the center C f of the front axle has the following path curvature
  • the inventive method can also be used for vehicles with all-wheel steering.
  • the path curvatures or curve radii for the reference points are preferably calculated according to the geometric relationship illustrated in FIG. Where S R is the average turning angle of the rear wheels and normally has a defined relationship to the steering wheel angle S sw . Because of this, ⁇ A and S R are known. The 6 radii are only dependent on vehicle parameters b f , b r and / and the steering angles ⁇ A and S R.
  • the slip angle is proportional to the lateral force, which can be determined from the measured vehicle lateral acceleration.
  • the tire side stiffnesses C F and C R are vehicle parameters and, as a rule, constant. In such situations, the method according to the invention can also be used. In this case, the slip angles a F and a R are expediently taken into account in the calculation of the path radii.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung (ψ) eines Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem (x0-0-y0), umfassend die Schritte: - Ermitteln einer zurückgelegten Strecke (S, dS, ΔS) zumindest eines Referenzpunkts (P) des Fahrzeugs und/oder zumindest eines Rades des Fahrzeugs und - Berechnen der Orientierung (ψ) des Fahrzeugs unter Heranziehung der zurückgelegten Strecke (S, dS, ΔS). Weiterhin betrifft die Erfindung ein auf dieser Grundlage basierendes Verfahren zur Ermittlung einer Position (X P , Y P ) eines Fahrzeugs, ein Verfahren zur Ermittlung einer Odometrie eines Fahrzeugs sowie eine korrespondierende Steuervorrichtung eines Fahrzeugs.

Description

Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein auf dieser Grundlage basierendes Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs, ein Verfahren zur Ermittlung einer Odometrie eines Fahrzeugs sowie eine korrespondierende Steuervorrichtung eines Fahrzeugs.
Für automatisiertes Autofahren, automatisiertes Ein- & Ausparken oder Fahrassistentensysteme ist es wichtig, dass die aktuelle Position und der Verlauf des Ego-Fahrzeugs so genau wie möglich ermittelt werden können. Der Verlauf der Ego-Fahrzeugposition mit Fahrzeugorientierung über der Zeit wird normalerweise als Odometrie bezeichnet. Die schnelle und genaue Bestimmung der Odometrie ist für AD von großer Bedeutung. Die Bestimmung der Odometrie erfolgt üblicherweise über zwei verschiedene Wege. Einer davon ist, durch Hardware (wie hochgenaue GPS-Geräte oder ähnliche Geräte) die Fahrzeugposition und Fahrzeugorientierung ständig zu vermessen, was sehr kostenintensiv und störungsempfindlich ist. Der andere Weg besteht darin, mit einem passenden mathematischen Modell aus den Messgrößen von den vorhandenen Sensoren die Fahrzeugposition und Fahrzeugorien- tierung zu berechnen.
Bei den mathematischen Modellen werden üblicherweise die Fahrgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und
Giergeschwindigkeit verwendet, um die Fahrzeugposition und Fahrzeugorientierung zu bestimmen.
Die Berechnung der Odometrie hat also die Aufgabe, zu einem beliebigen Zeitpunkt t die Fahrzeugposition und die Fahrzeugorientierung in einem raumfesten Koordinatensystem zu bestimmen. Die Grundlagen hierfür werden nachfolgend anhand von Fig. 1 dargestellt. Zur Beschreibung der Fahrzeugposition kann ein beliebiger Festpunkt P im Fahrzeug als Referenzpunkt verwendet werden, welcher die eindeutigen Koordinaten (XP,YP) im raumfesten Koordinatensystem x0— 0—y0 zu einem gegebenen
Zeitpunkt t=Taufweist. Dieser Referenzpunkt P kann prinzipiell beliebig gewählt sein. In Fig. 1 ist beispielsgemäß ein Punkt P auf der Längsachse gewählt. Die Fahrzeugorientierung ist durch den Winkel ψ der Fahrzeuglängsachse zur Xo-Achse des raumfesten Koordinatensystems dargestellt, welcher auch als Gierwinkel bezeichnet wird. Die Berechnung der Odometrie soll die aktuellen Werte für XP,YP und ψ bei Fahrzeugbewegung möglichst schnell und genau bestimmen. Eine häufig benutze Methode besteht darin, durch Integralberechnung von Geschwindigkeitskomponenten vx0,v 0 und der Giergeschwindigkeit ψ die zwei Koordinaten (XP,YP) und den Winkel ψ zu bestimmen.
Die zwei Geschwindigkeitskomponenten vx0,v 0 ergeben sich aus dem Geschwindigkeitsvektor VP bezogen auf den Referenzpunkt P.
Figure imgf000004_0001
Dabei ist ß der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor vom Referenzpunkt P und der Fahrzeuglängsachse bzw. im Fahrzeugkoordinatensystem x-0-y ist ß der Winkel des Geschwindigkeitsvektors zur x-Achse. Danach ergeben sich die aktuellen Koordinaten aus :
Figure imgf000004_0002
Der Gierwinkel ψ wird berechnet aus:
Figure imgf000005_0001
Nachteilig daran ist, dass bei langsamen Fahrten die gemessene Giergeschwindigkeit ψ stark mit Rauschen überlagert ist. Damit ist der mit Gl. (3) berechnete Gierwinkel ψ für moderne Anwendungen zu ungenau. Der Gierwinkel ψ wird wiederum in Gl. (2) zur Berechnung der Position des Fahrzeugs im raumfesten Koordinatensystem erwendet. Dadurch ist die aus Gl. (2) berechnete Position ebenfalls zu ungenau. Weil die Odometrie aus den Messgrößen durch Integration über der Zeit berechnet wird, wird der Fehler zudem kumuliert. Damit kann die berechnete Odometrie von der realen Odometrie erheblich abweichen. Besonders für Fahraufgaben mit kleinen Geschwindigkeiten oder weniger
Fahrdynamik sind solche mathematischen Modelle nicht ausreichend genau genug.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren bereitzustellen mittels dem eine genauere Schätzung der Position und/oder Orientierung eines Fahrzeugs insbesondere bei langsamen Fahrten oder mit vergleichsweise wenig Querfahrdynamik vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem, umfassend die Schritte: - Ermitteln einer zurückgelegten Strecke zumindest eines Referenzpunkts des Fahrzeugs und/oder zumindest eines Rades des Fahrzeugs und
- Berechnen der Orientierung des Fahrzeugs unter Heranziehung der zurückgelegten Strecke.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Fahrzeugorientierung und somit auch Position insbesondere bei langsamen Fahrten nicht durch verrauschte Signale, im Besonderen der Giergeschwindigkeit, über der Zeit zu integrieren, sondern aus zuverlässigen und genauen Messgrößen mit einem einfachen mathematischen Modell zu berechnen. Dabei wird nicht die Zeit sondern der zurückgelegte Weg als unabhängige Variable benutzt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird, insbesondere im Falle eines Fahrzeugs mit einer Frontlenkung, ein Mittelpunkt zwischen den Rädern der Hinterachse des Fahrzeugs als Referenzpunkt verwendet wird. Daraus ergeben sich vorteilhafte Vereinfachungen bei den Berechnungen, welche daraus resultieren, dass die Tangente der Strecke mit der Fahrzeuglängsachse identisch ist.
Das Verfahren umfasst bevorzugt ferner die Schritte:
- Ermitteln eines Winkels zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke und einer Längsachse des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse und
- Berechnen der Orientierung des Fahrzeugs zusätzlich unter Heranziehung des Winkels.
Das Verfahren umfasst bevorzugt ferner die Schritte:
- Ermitteln einer Bahnkrümmung und/oder eines Bahnradius der zurückgelegten Strecke und - Berechnen der Orientierung des Fahrzeugs unter Heranziehung der Bahnkrümmung und/oder des Bahnradius.
Die Berechnung der Orientierung des Fahrzeugs erfolgt vorzugsweise auf der Grundlage oder unter Heranziehung zumindest eines der nachfolgenden Ausdrücke:
Figure imgf000007_0001
Alternativ oder in Ergänzung zu dieser Berechnung der Orientierung, kann die Berechnung der Orientierung des Fahrzeugs bevorzugt auf der Grundlage oder unter Heranziehung zumindest eines der nachfolgenden Ausdrücke erfolgen:
Figure imgf000007_0002
wobei bf eine Spurweite der Vorderachse, br eine Spurweite der Hinterachse, dSi...4 eine jeweilige zurückgelegte Strecke eines jeweiligen Rades des Fahrzeugs und δΛ einen Mitteleinschlagwinkel der Vorderräder beschreiben. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Mittelpunkt der Hinterachse als Referenzpunkt verwendet wird, da dann das Differential bzw. die Änderung der Strecke sich somit sowohl mit den zwei Raddrehzahlsensoren der Hinterräder als auch mit den zwei Raddrehzahlsensoren der Vorderräder berechnen lässt.
Erfindungsgemäß werden zur Bestimmung der zurückgelegten Strecke besonders bevorzugt Radpulse zumindest eines wenigstens einem Rad des Fahrzeugs zugeordneten Raddrehzahlsensors herangezogen. Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der zurückgelegten Strecke des Mittelpunkts der Hinterachse des Fahrzeugs auf der Grundlage oder unter
Heranziehung zumindest des nachfolgenden Ausdrucks:
Figure imgf000008_0001
wobei dS3,4 eine jeweilige zurückgelegte Strecke eines jeweiligen Rades der Hinterachse des Fahrzeugs beschreiben.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Bestimmung der Winkel zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke und einer Längsachse des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse unter Heranziehung eines Lenkradwinkels und/oder eines Mitteleinschlagwinkels der Vorderräder und/oder eines Verhaltens eines Lenkungssystems und eines Fahrtrichtungssignals.
Bevorzugt erfolgt die Bestimmung des Winkels zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke und einer Längsachse des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse auf der Grundlage oder unter Heranziehung des nachfolgenden Ausdrucks:
Figure imgf000008_0002
wobei iL eine Lenkungsübersetzung beschreibt.
Weiterbildungsgemäß erfolgt das Ermitteln der Bahnkrümmung und/oder des Bahnradius der zurückgelegten Strecke unter Heranziehung eines Mitteleinschlagwinkel der Vorderräder. Insbesondere kann alternativ oder in Ergänzung dazu auch der Abstand der Vorderachse zur Hinterachse herangezogen werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem, umfassend den Schritt: - Berechnen der Position des Fahrzeugs unter Heranziehung einer mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Orientierung des Fahrzeugs berechneten Orientierung.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs ferner die Schritte:
- Ermitteln eines Winkels zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke und einer Längsachse des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse und
- Berechnen der Position des Fahrzeugs zusätzlich unter Heranziehung des ermittelten Winkels. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs erfolgt die Berechnung der Position des Fahrzeugs auf der Grundlage oder unter Heranziehung zumindest eines der nachfolgenden Ausdrücke:
Figure imgf000009_0001
wobei Χρ,Υρ die Koordinaten eines Referenzpunkts (P) des Fahrzeugs im raumfesten Koordinatensystem (χΟ-0-yO) beschreiben. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Mittelpunkt der Hinterachse als Referenzpunkt verwendet wird, da in diesem Fall der Winkel ß für die Hinterachse immer gleich 0 ist und die Koordinaten des Mittelpunktes der Hinterachse sich in besonders einfacher Weise berechnen lassen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Ermittlung einer Odometrie eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Ermittlung einer Orientierung des Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Orientierung des Fahrzeugs und
- Ermittlung einer Position eines Fahrzeugs bezogen auf das raumfeste Koordinatensystem mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position des Fahrzeugs.
Dabei verwendet das kinematische Fahrzeugmodell bevorzugt die Anzahl der Radpulse (Wheel ticks oder Radticks) der Raddrehzahlsensoren, den Lenkradwinkel bzw. das Verhalten des Lenkungssystems und das Fahrtrichtungssignal. Die herangezogenen Messgrößen, insbesondere Lenkradwinkel und Radpulse, sind vorteilhafterweise vergleichsweise genau und zuverlässig. Demnach sind die solchermaßen berechneten Odometrien ebenfalls sehr genau und zuverlässig sowie in einfacher Weise und daher schnell zu berechnen. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine zusätzliche Hardware benötigt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ausführungsformen durchzuführen.
In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
In schematischer Darstellung zeigen:
Fig. 1 eine Fahrzeugposition (XP,YP) und Fahrzeugorientierung ψ in einem raumfesten System Χο,Υο,
Fig. 2 Fahrzeugparameter und Bewegungsgrößen,
Fig. 3 einen Zusammenhang zwischen Odometrie und Ge- schwindigkeitsvektor,
Fig. 4 geometrische Zusammenhänge für ein vorderachsge- lenktes Straßenfahrzeug zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 5 geometrische Zusammenhänge für ein Straßenfahrzeug mit Allradlenkung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 6 geometrische Zusammenhänge für ein Straßenfahrzeug mit limitierter Querdynamik und Schräglaufwinkeln zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens . Basierend auf den bereits erläuterten Grundlagen zur Berechnung der Odometrie gemäß dem Stand der Technik anhand der Figur 1, wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figuren 2 bis 6 dargelegt, mittels dem eine genauere Berechnung des Gierwinkels ψ des Fahrzeuges insbesondere auch für langsame Fahrten realisiert werden kann.
Zur Veranschaulichung sind zunächst in Fig. 2 übliche bedeutsame Parameter und Bewegungsgrößen eines Straßenfahrzeugs dargestellt. Wichtige Parameter sind beispielsweise:
- die Spurweite bf der Vorderachse,
- die Spurweite br der Hinterachse und
der Radstand / = l + lr
Wichtige Bewegungsgrößen sind beispielsweise die vier Radgeschwindigkeiten Vl,V2,Vi und V4 , die Giergeschwindigkeit ψ und der Lenkradwinkel 8SW . Diese Bewegungsgrößen können direkt von den vier Radsensoren, dem Drehratensensor und dem Lenkradsensor gemessen und bereitgestellt werden.
Gemäß Fig. 3 hat zum Zeitpunkt t=T der Referenzpunkt P des Fahrzeugs den Geschwindigkeitsvektor Vp und befährt eine als geschwungene Linie zum Referenzpunkt P dargestellte Bahnkurve oder Odometrie mit einem Bahnradius p oder einer Bahnkrümmung K :
Figure imgf000012_0001
Dabei ist S die Länge der Bahnkurve oder der vom Referenzpunkt P zurückgelegte Weg zum Zeitpunkt t. Aus Gl. (4) ergibt sich folgende Beziehung zwischen dem Weg S und dem Gierwinkel ψ des
Fahrzeugs bei Fahrten mit kleiner Querdynamik :
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0002
In Gl. (5) ist der Gierwinkel nicht abhängig von der Zeit t, sondern eine Funktion des Weges S.
Durch Berechnung des Integrals nach Gl. (5) und mit dem Weg S als unabhängige Variable lässt sich der Gierwinkel ψ mit folgender
Gleichung bestimmen:
Figure imgf000013_0003
Für die Lösung von Gl. (6) sollte vorzugsweise die Bahnkrümmung K(S) als eine Funktion der unabhängigen Variable s sowie der zurückgelegte Weg S zu jedem Zeitpunkt bekannt sein.
Alternativ oder in Ergänzung kann insbesondere für Fahrzeuge mit Frontlenkung der Gierwinkel ψ auch mittels der relativen Bewegung der beiden Räder derselben Achse berechnet werden:
Figure imgf000013_0004
Oder
Figure imgf000013_0005
Die Genauigkeit des berechneten Gierwinkels ψ nach Gl. (5) , (6) , (7) und (8) ist hauptsächlich abhängig von der Auflösung und der Genauigkeit der einzelnen gemessenen Wege Sl bis S4 der vier Räder, die insbesondere aus den jeweiligen Radticks der Rad- drehzahlsensoren abgeleitet werden, wie im weiteren Verlauf noch beschrieben werden wird. Auf der anderer Seite haben die Fahrzeugparameter und der Lenkradwinkel ebenfalls Einfluss auf die Genauigkeit des berechneten Gierwinkels ψ .
Wird das Fahrzeug als ein Starrkörper modelliert, haben alle Fahrzeugpunkte den gemeinsamen Gierwinkel ψ . Es kann zur Lösung prinzipiell ein beliebiger Fahrzeugpunkt P verwendet werden, dessen zurückgelegter Weg S als Funktion der Zeit berechenbar ist und dessen Bahnkrümmung K(S) sowie Winkel ß (s) zwischen der Kurventangente und der Fahrzeuglängsachse bestimmt werden kann. Bevorzugte Ausführungsbeispiele zur Berechnung werden im weiteren Verlauf der Beschreibung dargestellt.
Die Koordinaten (XP,YP) des Referenzpunkts P werden bevorzugt ebenfalls als Funktionen der unabhängigen Variable s mit folgenden Gleichungen in Differentialform berechnet:
Figure imgf000014_0001
Oder in Integralform
Figure imgf000014_0002
Für unterschiedliche Referenzpunkte ergeben sich unter- schiedliche Odometrien und unterschiedliche Weglängen S sowie unterschiedliche Koordinaten (XP,YP) . Wird in Gl. (5), (9) und (10) dem Differential dS ein Minus-Vorzeichen vorangestellt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise zur Berechnung beim Rückwärtsfahren des Fahrzeug herangezogen werden.
Bestimmung von Winkel ß
Zur Berechnung der Gleichungen (5), (6) und (9) bis (12), wird der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor VP des Referenzpunkts P und der Fahrzeuglängsachse bzw. dessen Änderung herangezogen. Dieser kann entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen bestimmt werden.
Bei einem üblichen Personenkraftwagen werden nur die Vorderräder zur Lenkung verwendet, das sogenannte vorderachsgelenkte Fahrzeug. Bei langsamen Fahrten oder kleiner Querfahrdynamik können die Schräglaufwinkel der einzelnen Räder vernachlässigt werden. Es ergibt sich in diesem Fall der in Fig. 4 dargestellte geometrische Zusammenhang. Der Mitteleinschlagwinkel SA der Vorderräder, welcher auch Ackermann-Winkel genannt wird, ist eine Funktion des Lenkradwinkels Ssw , welcher mit dem Lenkradwinkelsensor relativ präzise gemessen werden kann und in den meisten Fahrzeugen zur Verfügung steht.
Die separaten Einschlagwinkel Sl von Rad 1 und S2 von Rad 2 sind ebenfalls Funktionen vom Lenkradwinkel Ssw und bekannt. Für Rad
3, Rad 4 und den Mittelpunkt Cr der Hinterachse ist der Geschwindigkeitsvektor immer parallel zur Fahrzeuglängsachse und somit der Winkel ß gleich 0. Der Geschwindigkeitsvektor für Rad 1 und Rad 2 läuft entlang der jeweiligen Radebenen, womit der Winkel ß auch bekannt und gleich dem Einschlagwinkel Sl für Rad 1 und dem Einschlagwinkel S2 für Rad 2 ist. Der Zusammenhang zwischen dem Lenkradwinkel Ssw (nicht in Fig. 2 abgebildet) und dem Mitteleinschlagwinkel der Vorderräder δΑ kann innerhalb eines vergleichsweise großen Bereichs mit einer sogenannten Lenkungsübersetzung iL näherungsweise mittels Gl. (13) beschrieben werden. Für den Mittelpunkt C der Vorderachse hat der Geschwindigkeitsvektor einen Winkel δΑ zur Fahrzeuglängsachse, womit der Winkel ß ständig gleich dem Ackermann Winkel δΑ ist:
Figure imgf000016_0001
Bestimmung der Wegänderung dS bzw. AS
Zur Berechnung der Gleichungen (5) bis (12), wird zudem das Differential dS bzw. die Änderung des Wegs S(t) innerhalb eines kleinen Zeitabschnitts At herangezogen, was wie folgt berechnet werden kann:
Figure imgf000016_0002
Dabei können für die meisten Straßenfahrzeuge die zurückgelegten Wege Sj(t) der einzelnen Räder mit den beispielsweisen 4 Raddrehzahlsensoren gemessen werden, welche zu jeder Zeit die aktuelle Anzahl der Radticks Z;(t) als Messergebnisse liefern. Bei frei rollenden Fahrten (Fahrten ohne Längsschlupf) gibt es folgende Beziehung zwischen dem zurückgelegten Weg Sj(t) und den summierten Radticks Z;(t) :
Figure imgf000016_0003
Dabei ist i=l, 2, 3, 4 der Index für die 4 verschiedenen Räder, und B ist die Wegdifferenz zwischen 2 Pulsen und für jedes Rad üblicherweise konstant.
Für Räder unter Längsschlupf λ kann der Längsschlupf λ mit einem linearen Reifenmodell abgeschätzt und in Gl. (15) mit einer
Funktion entsprechend Gl. (16) berücksichtigt werden:
Figure imgf000017_0005
Figure imgf000017_0001
ist gleich 1 für frei rollende Räder, kleiner als 1 für
Figure imgf000017_0006
angetriebene Räder und größer als 1 für gebremste Räder. Weil der Längsschlupf λ nicht konstant bleibt, müssen die zurückgelegten Wege S^f) in kleine Schritte aufgeteilt, für jeden Schritt nach Gl. (17) berechnet und dann addiert werden:
Figure imgf000017_0002
Mit Gl. (15) bzw. (17) können die zurückgelegten Wege S^t) für alle Räder sehr genau berechnet werden. Für den Mittelpunkt Cr der Hinterachse lässt sich der zurückgelegte Weg Sr(t) aus den zwei Hinterrädern ableiten:
Figure imgf000017_0003
Für den Mittelpunkt C der Vorderachse wird der zurückgelegte Weg Sj(t) aus den zwei Vorderrädern bestimmt:
Figure imgf000017_0004
Bestimmung der Bahnkrümmung K(S)
Wie der Fig. 4 entnommen werden kann ergibt sich bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs ein Rotationszentrum M und somit zumindest ein gedachtes rechtwinkliges Dreieck MCrCf, wobei der Winkel des Dreiecks am Rotationszentrum M für den in Fig. 4 gezeigten Fall eines Fahrzeugs mit Lenkung der Fronträder gleich dem Ackermann Winkel SA ist. Falls der Mittelpunkt Cr der Hinterachse als Referenzpunkt P herangezogen wird, dann ergibt sich somit einfacher Weise folgende Bahnkrümmung:
Figure imgf000018_0002
Der Mittelpunkt Cf der Vorderachse hat folgende Bahnkrümmung
Figure imgf000018_0003
Die Bahnkrümmungen für Rad 1 bis Rad 4 ergeben sich aus ent- sprechender Vorgehensweise wie folgt:
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
und
Figure imgf000019_0002
Somit könnten alle oben betrachteten 6 Fahrzeugpunkte als Referenzpunkte für die Berechnung des Gierwinkels ψ bzw. für die Berechnung der Odometrien verwendet werden, falls alle 4 Radsensoren fehlerfrei arbeiten. Es ist jedoch vorteilhaft den Mittelpunkt Cr der Hinterachse als Referenzpunkt zu verwenden, um die Odometrie zu berechnen, da einerseits die Tangente der Odometrie immer mit der Fahrzeuglängsachse identisch ist und andererseits das Differential dS oder die Änderung des Wegs Sr(t) sich sowohl mit den zwei Sensoren der Hinterräder als auch mit den zwei Sensoren der Vorderräder berechnen lässt:
Figure imgf000019_0003
oder
Figure imgf000019_0004
Weil der Winkel ß für die Hinterachse immer gleich 0 ist, lassen sich die Koordinaten des Mittelpunktes Cr der Hinterachse gemäß Gl. (11) und (12) in besonders einfacher Weise berechnen:
Figure imgf000019_0005
Insbesondere beim Einparken oder Ausparken gibt es Situationen, in denen das Lenkrad im Stillstand betätigt wird und sich in Folge dessen der Einschlagwinkel SA und bei Allradfahrzeugen auch SR im Stillstand bei einer bestimmten Position S = SB stark ändert. Das bedeutet, dass sich die Bahnkrümmung K(S) in Gl. (5) und (6) bei s = SB sprungartig ändert und die Funktion K(S) von dem Weg s bei s = SB nicht kontinuierlich ist. Damit ist der Richtungswinkel θ = ψ + β des Geschwindigkeitsvektors vom Refe- renzpunkt P bei s = SB gegenüber der unabhängigen Variablen s nicht differenzierbar. Also existiert nicht.
Figure imgf000020_0001
Deswegen wird bei der Berechnung des Gierwinkels ψ nach Gl. (6) insbesondere bei einem Stillstand des Fahrzeugs dieser Punkt bevorzugt mit s = SB umgangen und das Integral für den Gierwinkel ψ mit S > SB abschnittweise [0, SB-) und (SB+,S] wie folgt berechnet :
Figure imgf000020_0002
Es ist ersichtlich, dass die Änderung des Lenkradwinkels im Stillstand keine sofortige Änderung des Gierwinkels ψ verursacht und der Gierwinkel ψ bei s = SB kontinuierlich gegenüber der unabhängigen Variable s bleibt.
Entsprechend einer weiteren Ausführung kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für Fahrzeuge mit Allradlenkung benutzt werden. Dafür werden vorzugsweise die Bahnkrümmungen oder Kurvenradien für die Referenzpunkte nach dem in Fig. 5 dargestellten geo- metrischen Zusammenhang berechnet. Dabei ist SR der Mittel- einschlagwinkel der Hinterräder und hat normalerweise eine definierte Beziehung zum Lenkradwinkel Ssw . Deswegen sind δA und SR bekannt. Die 6 Radien sind nur abhängig von Fahrzeugparametern bf, br und / sowie den Einschlagwinkeln δA und SR .
Im Falle eines Fahrzeugs, welches eine limitierte Querbeschleunigung aufweist, wie anhand von Fig . 6 veranschaulich, sind die Schräglaufwinkel zwar nicht vernachlässigbar, können jedoch mit einem linearen Reifenmodell noch immer relativ genau be- rechnet werden:
Figure imgf000021_0001
Dabei ist der Schräglaufwinkel proportional zu der Seitenkraft, welche aus der gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung bestimmt werden kann. Die Reifenseitensteifigkeiten CF und CR sind Fahrzeugparameter und in der Regel konstant. In solchen Situationen kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls benutzt werden. Dabei werden zweckmäßigerweise die Schräglaufwinkel aF und aR bei der Berechnung der Bahnradien berücksichtigt.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
Bezugszeichen
Figure imgf000023_0001

Claims

Patentansprüche / Patent Claims
1. Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung (ψ) eines Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem (xo-0-yo) , umfassend die Schritte:
- Ermitteln einer zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) zumindest eines Referenzpunkts (P) des Fahrzeugs und/oder zumindest eines Rades des Fahrzeugs und
- Berechnen der Orientierung (ψ) des Fahrzeugs unter
Heranziehung der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere im Falle eines Fahrzeugs mit einer Frontlenkung, ein Mittelpunkt (Cr) zwischen den Rädern der Hinterachse des Fahrzeugs als Referenzpunkt (P) verwendet wird .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner umfassend die Schritte:
- Ermitteln eines Winkels (ß) zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) und einer Längsachse (x) des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor (VP) des Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse (x) und
- Berechnen der Orientierung (ψ) des Fahrzeugs zusätzlich unter Heranziehung des Winkels (ß) .
4. Verfahren nach mindestens einem Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend die Schritte:
- Ermitteln einer Bahnkrümmung (κ) und/oder eines Bahnradius (p) der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) und
- Berechnen der Orientierung (ψ) des Fahrzeugs unter
Heranziehung der Bahnkrümmung (κ) und/oder des Bahnradius (p) ·
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Orientierung (ψ) des Fahrzeugs auf der Grundlage oder unter Heranziehung zumindest eines der nachfolgenden Ausdrücke erfolgt:
Figure imgf000025_0001
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Orientierung (ψ) des Fahrzeugs auf der Grundlage oder unter Heranziehung zumindest eines der nachfolgenden Ausdrücke erfolgt:
Figure imgf000025_0002
wobei bf eine Spurweite der Vorderachse, br eine Spurweite der Hinterachse, dSi eine jeweilige zurückgelegte Strecke eines jeweiligen Rades des Fahrzeugs und δΛ einen Mitteleinschlagwinkel der Vorderräder beschreiben.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der zurück gelegten Strecke (S,dS,AS) Radpulse zumindest eines we nigstens einem Rad des Fahrzeugs zugeordneten Raddrehzahlsensors herangezogen werden.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) des Mittelpunkts (Cr) der Hinterachse des Fahrzeugs auf der Grundlage oder unter Heranziehung zumindest des nachfolgenden Ausdrucks erfolgt
Figure imgf000026_0001
wobei dS3,4 eine jeweilige zurückgelegte Strecke eines jeweiligen Rades der Hinterachse des Fahrzeugs beschreiben.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Winkels (ß) zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) und einer Längsachse (x) des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor (VP) des Fahrzeugs und einer
Fahrzeuglängsachse (x) unter Heranziehung eines Lenkradwinkels (5sw) und/oder eines Mitteleinschlagwinkels der Vorderräder (δΑ) und/oder eines Verhaltens eines Lenkungssystems und eines Fahrtrichtungssignals erfolgt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Winkels (ß) zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) und einer Längsachse (x) des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor (VP) des Fahrzeugs und einer
Fahrzeuglängsachse (x) auf der Grundlage oder unter
Heranziehung des nachfolgenden Ausdrucks erfolgt:
Figure imgf000026_0002
wobei iL eine Lenkungsübersetzung beschreibt.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Bahnkrümmung (K) und/oder des Bahnradius (p) der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) unter Heranziehung eines Mitteleinschlagwinkel (δΑ) der Vorderräder erfolgt .
12. Verfahren zur Ermittlung einer Position (XP,YP) eines Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem (xo-0-yo) , umfassend den Schritt:
- Berechnen der Position (XP,YP) des Fahrzeugs unter
Heranziehung einer mittels eines Verfahrens gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 berechneten Orientierung (ψ) des Fahrzeugs.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner umfassend die Schritte:
- Ermitteln eines Winkels (ß) zwischen einer Tangente der zurückgelegten Strecke (S,dS,AS) und einer Längsachse (x) des Fahrzeugs oder zwischen einem Geschwindigkeitsvektor (VP) des Fahrzeugs und einer Fahrzeuglängsachse (x) und
- Berechnen der Position (XP,YP) des Fahrzeugs zusätzlich unter Heranziehung des ermittelten Winkels (ß) .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Position (xp,Yp) des Fahrzeugs auf der Grundlage oder unter Heranziehung zu- mindest eines der nachfolgenden Ausdrücke erfolgt:
Figure imgf000027_0001
wobei XP,YP die Koordinaten eines Referenzpunkts (P) des Fahrzeugs im raumfesten Koordinatensystem (χΟ-0-yO) be- schreiben.
15. Verfahren zur Ermittlung einer Odometrie eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Ermittlung einer Orientierung (ψ) des Fahrzeugs bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem (χΟ-0-yO) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 und Ermittlung einer Position (XP,YP) eines Fahrzeugs bezogen auf das raumfeste Koordinatensystem (χΟ-0-yO) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14.
16. Steuervorrichtung eines Fahrzeugs umfassend einen Speicher und einen Prozessor, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist ein wenigstens ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ansprüche auszuführen, wobei das Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen ist, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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