DE102011112404B4

DE102011112404B4 - Verfahren zum Bestimmen der Position eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011112404B4
Application number: DE201110112404
Authority: DE
Inventors: Claudia Niemeyer; Christina Gackstatter
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-09-03
Filing date: 2011-09-03
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2031-09-04
Also published as: DE102011112404A1; WO2013029742A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Kraftfahrzeugs (10) durch a) Erfassen zumindest eines Objekts (14) in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs (10), b) Ermitteln der Position des Objekts (14) anhand einer digitalen Landkarte, c) Ermitteln eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug (10) und dem Objekt (14), d) zusätzliches Ermitteln einer Lageinformation des Objekts (14) in Bezug zu dem Kraftfahrzeug (10) durch Berücksichtigung eines ermittelten Lenkwinkels durch Kartenabgleich und e) Bestimmen der Position des Kraftfahrzeugs (10) anhand der Position des Objekts (14), des ermittelten Abstands und der ermittelten Lageinformation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Kraftfahrzeugs. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Eine möglichst exakte Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs ist für Navigationssysteme und Fahrerassistenzsysteme von großer Bedeutung. Zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs werden üblicherweise Satellitenortungssysteme wie GPS verwendet. Hierbei können allerdings Messtoleranzen bis zu 20 Metern auftreten. Mit Hilfe eines Kartenabgleichs (Map Matching), bei dem die gemessene Position mittels einer digitalen Karte abgeglichen wird, kann die Positionsbestimmung eines Kraftfahrzeugs verbessert werden. Hierbei werden Informationen über die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Zusätzlich wird berücksichtigt, dass sich das Kraftfahrzeug nur auf vorgegebenen Straßen bewegen kann. Bei der satellitengestützten Navigation treten vor allem Fehler bezüglich der Längspositionierung des Kraftfahrzeugs auf. Diese entstehen üblicherweise bei langen Fahrten auf geraden Strecken.
Die DE 10 2009 045 326 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufbau einer Datenbank zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs mit Hilfe von natürlichen Landmarken. Vor dem Erreichen einer Landmarke werden Bilder der Umgebung des Fahrzeugs aufgenommen und aus den Umgebungsbildern zumindest zwei natürliche Landmarken bestimmt. Hierbei wird die aktuelle Position des Fahrzeugs beispielsweise mit einem satellitengestützten Ortungssystem erfasst und die aktuelle Position des Fahrzeugs zusammen mit den Landmarken in einer digitalen Straßenkarte verglichen.
Aus der DE 10 2009 008 959 A1 ist ein Fahrzeugsystem zur Navigation und/oder Fahrerassistenz bekannt. Das Fahrzeugsystem umfasst ein Positionsmodul mit dem die Position des Fahrzeugs anhand eines Satellitensensors und zumindest eines Umfeldsensors des Fahrzeugs bestimmt wird, um die Positionsbestimmung zu verbessern. Die Position des Fahrzeugs kann auch an eine digitale Karte einer Navigationseinheit übermittelt werden und somit für ein Fahrerassistenzsystem genutzt werden.
Die DE 10 2009 045 709 A1 betrifft eine Positionsbestimmungseinrichtung für ein Fahrzeug, bei der die Position des Fahrzeugs mit einem Satellitennavigationsempfänger ermittelt wird. In einem Folgeschritt wird die ermittelte Position des Fahrzeugs validiert. Zur Validierung werden auch Positionsdaten genutzt, die mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation an die Positionsbestimmungseinrichtung übertragen werden.
Aus der EP 1 134 549 A2 ist ein Navigationssystem bekannt, bei dem Bildinformationen der Umgebung verwendet werden, in denen markante Objekte in der Umgebung erkannt werden. Diese so erkannten Objekte können auch mit Karteninformationen einer digitalen Karte verglichen werden.
Die US 2007/0208507 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Kraftfahrzeugs, mit der ein Objekt im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst wird, die Position des Objekts anhand einer digitalen Karte erfasst wird und der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt mittels einer Stereokamera oder einem Radarsensor bestimmt wird. Schließlich wird die Position des Kraftfahrzeugs anhand der Position des Objekts und des ermittelten Abstands bestimmt.
Die WO 2009/098154 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem zumindest ein Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs mit einem Sensor erfasst wird, wobei der Sensor anhand der Position und der Orientierung des Kraftfahrzeugs, die mit einem Satelliten gestützten Positionsbestimmungssystem bestimmt werden, kalibriert wird. Zudem wird das Messergebnis anhand einer Datenbank mit digitalen Karten oder Bildern abgeglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Weg aufzuzeigen, wie die Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs auf einfache Weise verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Kraftfahrzeugs umfasst die folgenden Schritte:

a) Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs,
b) Ermitteln der Position des Objekts anhand einer digitalen Landkarte,
c) Ermitteln eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt,
d) zusätzliches Ermitteln einer Lageinformation des Objekts in Bezug zu dem Kraftfahrzeug durch Berücksichtigung eines ermittelten Lenkwinkels durch Kartenabgleich und
e) Bestimmen der Position des Kraftfahrzeugs anhand der Position des Objekts, des ermittelten Abstands und der ermittelten Lageinformation.

Zunächst wird ein Objekt erfasst, dessen Position in einer entsprechenden digitalen Landkarte bzw. Straßenkarte hinterlegt ist. Der Abstand von dem Kraftfahrzeug zu diesem Objekt kann z. B. mit einer Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Anhand dieses Abstands und der Information aus der digitalen Landkarte kann die Position des Kraftfahrzeugs genauer bestimmt werden, als dies beispielsweise mit einem Satellitenortungssystem möglich ist. Hierbei können auch mehrere Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst werden und somit der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt noch genauer bestimmt werden. Durch diese genauere Information kann eine verbesserte Navigation des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden. Zudem können Fahrerassistenzsysteme, die eine Information über die Position des Kraftfahrzeugs benötigen, zuverlässiger betrieben werden.
Zudem wird bei Durchführung des Verfahrens im Schritt c) eine Lageinformation des Objekts in Bezug zu dem Kraftfahrzeug bestimmt. Hierbei kann die Lage des Objekts zu dem Kraftfahrzeug bezüglich zweier Raumrichtungen erfasst werden. Zur Bestimmung der relativen Lage des Objekts zu dem Kraftfahrzeug können zusätzlich zu der digitalen Landkarte auch Information von Fahrzeugsensoren genutzt werden. Vorliegend wird der Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Zudem kann beispielsweise die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Dabei erfolgt auch ein entsprechender Kartenabgleich. Somit kann zusätzlich zum Abstand auch eine Lageinformation des Objekts in Bezug zu dem Kraftfahrzeug ermittelt werden und die Position des Kraftfahrzeugs noch genauer bestimmt werden.
In einer Ausführungsform wird die Position des Kraftfahrzeugs auch mit einem Satellitenortungssystem bestimmt und diese Position wird anhand der in Schritt e) bestimmten Position verifiziert und/oder korrigiert. Da bei der mit einem Satellitenortungssystem ermittelten Position des Kraftfahrzeugs üblicherweise Messtoleranzen im Bereich von bis zu 20 Metern auftreten können, kann die Position des Kraftfahrzeugs anhand der Position, die anhand der Position des Objekts und des ermittelten Abstands bestimmt wurde, korrigiert werden. Somit kann die Position des Kraftfahrzeugs zuverlässig bestimmt werden und eine zuverlässigere Navigation des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.
Die mit dem Satellitenortungssystem ermittelte Position kann auch zum Identifizieren des Objekts genutzt werden. Hierbei kann anhand der Position ein entsprechender Bereich in der digitalen Landkarte nach dort gespeicherten Objekten durchsucht werden. Somit kann anhand der Positionsinformation des Satellitenortungssystems das erfasste Objekt eindeutig bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Objekt ein Verkehrszeichen, eine Verkehrsanlage, ein Gebäude oder eine Fahrbahn erfasst. Als Objekt werden üblicherweise nicht bewegliche Objekte bzw. Landmarken erfasst. Als Verkehrsanlagen können Ampeln, Straßenleuchten oder dergleichen erfasst werden. Zudem können auch Tunnel, Brücken oder andere Gebäude erfasst werden. Solche Objekte sind flächendeckend vorhanden und somit kann die Position anhand dieser Objekte zuverlässig bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine Sensoreinrichtung zum Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs, eine Erfassungseinrichtung zum Ermitteln eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt, eine Speichereinrichtung, auf der eine digitale Landkarte hinterlegt ist, eine Steuereinrichtung zum Ermitteln der Position des Objekts anhand der digitalen Landkarte und einen Sensor zum Erfassen eines Lenkwinkels, wobei die Steuereinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, eine Lageinformation des Objekts in Bezug zu dem Kraftfahrzeug durch Berücksichtigung eines ermittelten Lenkwinkels durch Kartenabgleich zu ermitteln und die Position des Kraftfahrzeugs anhand der Position des Objekts, des ermittelten Abstands und der ermittelten Lageinformation zu bestimmen.
Die zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Weiterbildungen sind in analoger Weise die des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
In einer Ausführungsform umfasst die Sensoreinrichtung eine Kamera. Eine Kamera oder eine andere optische Sensoreinrichtung ist üblicherweise in einem Kraftfahrzeug – beispielsweise als Teil eines Fahrerassistenzsystems – vorhanden. Daher entstehen keine zusätzlichen Kosten für den Einbau und zudem kann Bauraum eingespart werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Bildverarbeitungsprogramm in einem Speicher der Erfassungseinrichtung abgelegt und die Erfassungseinrichtung bringt dieses zum Ermitteln des Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zum Ablauf. So kann z. B. anhand der Abmessungen des erfassten Objekts mittels eines Bildverarbeitungsprogramms der Abstand zu dem Objekt ermittelt werden. Zu diesem Zweck können entsprechende Eigenschaften der Objekte in der digitalen Landkarte oder in einem anderen Datenspeicher abgelegt sein. Als Erfassungseinrichtung kann auch die Kamera der Sensoreinrichtung oder beispielsweise zwei Kameras genutzt werden. Somit kann auf einfache Weise der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt mit einer hohen Messgenauigkeit bestimmt werden.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung mit einem Datenbus mit der Erfassungseinrichtung gekoppelt. Auch die Sensoreinrichtung und entsprechende Datenspeicher können mit dem Datenbus verbunden sein. Somit können die Daten mit Informationen über Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt besonders einfach an die Steuereinrichtung übermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, in dessen Umfeld sich ein Objekt befindet.
Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 10 befindet sich auf einer Fahrbahn 12. Im Umfeld des Kraftfahrzeugs 10 befindet sich ein Objekt 14, das vorliegend nur schematisch dargestellt ist. Das Objekt 14 ist bevorzugt nicht beweglich. Das Objekt 14 kann beispielsweise ein Verkehrszeichen, eine Ampel, eine Straßenleuchte, ein Tunnel, eine Brücke, ein Gebäude oder eine andere Landmarke sein.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Sensoreinrichtung 16, mit der das Objekt 14 im Umfeld des Kraftfahrzeugs 10 erfasst wird. Die Sensoreinrichtung 16 ist ein optischer Sensor, beispielsweise eine Kamera. Überdies umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Erfassungseinrichtung 18, mit der ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und dem Objekt 14 ermittelt werden kann. Die Erfassungseinrichtung 18 kann ein Abstandsensor sein, der ein optisches oder elektromagnetisches Signal aussendet und die Laufzeit des von dem Objekt 14 reflektierten Signals bestimmt und daraus den Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und dem Objekt 14 berechnet. Als Erfassungseinrichtung 18 kann auch eine Kamera, beispielsweise die Kamera der Sensoreinrichtung 16 verwendet werden. Auf einem Speicher der Erfassungseinrichtung 18 ist ein entsprechendes Bildverarbeitungsprogramm abgelegt. Zum Ermitteln des Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und dem Objekt 14 wird dieses von der Erfassungseinrichtung 18 zum Ablauf gebracht.
Des Weiteren umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Speichereinrichtung 20, auf der eine digitale Landkarte hinterlegt ist. Auf dieser digitalen Landkarte bzw. Straßenkarte sind auch die Objekte 14 und deren Position gespeichert. In der Speichereinrichtung 20 oder in einem anderen Speicher sind auch Informationen über die Eigenschaften der Objekte 14 abgelegt. Solche Informationen können die Abmessungen des Objekts 14 beinhalten.
Von der Sensoreinrichtung 16 wird das Objekt 14 im Umfeld des Kraftfahrzeugs 10 erfasst. Nach dem Erfassen des Objekts 14 wird von der Sensoreinrichtung 16 ein Signal an eine Steuereinrichtung 22 des Kraftfahrzeugs 10 übermittelt. Daraufhin wird die Erfassungseinrichtung 18, mit der der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und dem Objekt 14 ermittelt wird, von der Steuereinrichtung 22 aktiviert. Die Erfassungseinrichtung 18 ist auch dazu ausgebildet, die relative Lage des Kraftfahrzeugs 10 bezüglich des Objekts 14 zu ermitteln. Hierzu kann auch die Geschwindigkeit oder der Lenkeinschlag des Kraftfahrzeugs 10 berücksichtig werden, welche mit entsprechenden Sensoren des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt werden. Von der Erfassungseinrichtung 18 werden Daten, die Informationen bezüglich des Abstands bzw. der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und dem Objekt 14 beinhalten, an die Steuereinrichtung 22 übermittelt.
Die Steuereinrichtung 22 greift auf die Speichereinrichtung 20 zu und ermittelt das erfasste Objekt 14 in der digitalen Landkarte. In der digitalen Landkarte ist auch die Position des Objekts 14 gespeichert. Von der Steuereinrichtung 22 wird anhand der Position des Objekts 14 und anhand des ermittelten Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und dem Objekt 14 die Position des Kraftfahrzeugs 10 bestimmt.
Die Sensoreinrichtung 16, die Erfassungseinrichtung 18, die Speichereinrichtung 20 und die Steuereinrichtung 22 sind mit einem Datenbus 24 verbunden. Der Datenbus 24 kann beispielsweise ein CAN-Bus des Kraftfahrzeugs 10 sein. Der Datenbus 24 kann auch eine andere als die in der Fig. dargestellte Topologie aufweisen.
Das mittels der Sensoreinrichtung 16 erfasste Objekt wird auch eindeutig identifiziert. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 22 auch ein Positionssignal des Kraftfahrzeugs 10 von einem Satellitenortungssystem wie GPS oder dergleichen empfangen. Anhand dieser Positionsinformation können mit der Steuereinrichtung 22 die Objekte 14 im Umfeld des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt werden, die in einem entsprechenden Ausschnitt bzw. Bereich der digitalen Landkarte gespeichert sind. Durch einen entsprechenden Abgleich der Daten zwischen der Sensoreinrichtung 16 und der Steuereinrichtung 22 kann das Objekt 14 eindeutig bestimmt werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Kraftfahrzeugs (10) durch a) Erfassen zumindest eines Objekts (14) in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs (10), b) Ermitteln der Position des Objekts (14) anhand einer digitalen Landkarte, c) Ermitteln eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug (10) und dem Objekt (14), d) zusätzliches Ermitteln einer Lageinformation des Objekts (14) in Bezug zu dem Kraftfahrzeug (10) durch Berücksichtigung eines ermittelten Lenkwinkels durch Kartenabgleich und e) Bestimmen der Position des Kraftfahrzeugs (10) anhand der Position des Objekts (14), des ermittelten Abstands und der ermittelten Lageinformation.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Kraftfahrzeugs (10) auch mit einem Satellitenortungssystem bestimmt wird und diese Position anhand der in Schritt e) bestimmten Position verifiziert und/oder korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Objekt (14) ein Verkehrszeichen, eine Verkehrsanlage, ein Gebäude oder eine Fahrbahn erfasst wird.
Kraftfahrzeug (10) mit – einer Sensoreinrichtung (16) zum Erfassen zumindest eines Objekts (14) in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs (10), – einer Erfassungseinrichtung (18) zum Ermitteln eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug (10) und dem Objekt (14), – einer Speichereinrichtung (20), auf der eine digitale Landkarte hinterlegt ist, und – einer Steuereinrichtung (22) zum Ermitteln der Position des Objekts (14) anhand der digitalen Landkarte, gekennzeichnet durch – einen Sensor zum Erfassen eines Lenkwinkels, wobei – die Steuereinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, eine Lageinformation des Objekts (14) in Bezug zu dem Kraftfahrzeug (10) durch Berücksichtigung eines ermittelten Lenkwinkels durch Kartenabgleich zu ermitteln und die Position des Kraftfahrzeugs (10) anhand der Position des Objekts (14), des ermittelten Abstands und der ermittelten Lageinformation zu bestimmen.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (16) eine Kamera umfasst.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildverarbeitungsprogramm in einem Speicher der Erfassungseinrichtung (18) abgelegt ist und die Erfassungseinrichtung (18) dieses zum Ermitteln des Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug (10) und dem Objekt (14) zum Ablauf bringt.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (22) mit einem Datenbus (24) mit der Erfassungseinrichtung (18) gekoppelt ist.