DE102013016282A1 - Method for determining a self-motion of a vehicle - Google Patents

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Markus Schütz
Jens Klappstein
Jürgen Dickmann
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs (1), wobei eine Umgebung des Fahrzeugs (1) mittels zumindest eines Radarsensors (2, 3, 4, 5) erfasst wird und anhand von mittels des Radarsensors (2, 3, 4, 5) erfassten Daten radiale Relativgeschwindigkeiten (vr, vr1 bis vr7) von in der Umgebung erfassten Objekten (O1 bis On) ermittelt werden. Aus einem Verlauf der radialen Relativgeschwindigkeiten (vr, vr1 bis vr7) werden in Abhängigkeit eines Betrachtungswinkels (θ, θ–3 bis θ+3 ) des Radarsensors (2, 3, 4, 5) im zweidimensionalen Raum eine absolute Geschwindigkeit (v) und eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (1) ermittelt. Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs (1) unter Verwendung von einer einzelnen Radarmessung eine euklidische Transformation des Fahrzeugs (1) im zweidimensionalen Raum bestimmt.The invention relates to a method for determining a proper movement of a vehicle (1), wherein an environment of the vehicle (1) by means of at least one radar sensor (2, 3, 4, 5) is detected and by means of the radar sensor (2, 3, 4 , 5) relative radial velocities (vr, vr1 to vr7) of objects detected in the environment (O1 to On) are determined. From a progression of the radial relative speeds (vr, vr1 to vr7), an absolute velocity (v) and (b) in two-dimensional space are determined as a function of a viewing angle (θ, θ-3 to θ + 3) of the radar sensor (2, 3, 4, 5) a movement direction of the vehicle (1) determined. According to the invention, a Euclidean transformation of the vehicle (1) in two-dimensional space is determined for determining the proper motion of the vehicle (1) using a single radar measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs, wobei eine Umgebung des Fahrzeugs mittels zumindest eines Radarsensors erfasst wird und anhand von mittels des Radarsensors erfassten Daten radiale Relativgeschwindigkeiten von in der Umgebung erfassten Objekten ermittelt werden, wobei aus einem Verlauf der radialen Relativgeschwindigkeiten in Abhängigkeit eines Betrachtungswinkels des Radarsensors im zweidimensionalen Raum eine absolute Geschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ermittelt werden.The invention relates to a method for determining an intrinsic motion of a vehicle, wherein an environment of the vehicle is detected by means of at least one radar sensor and radial relative velocities of objects detected in the environment are determined on the basis of data detected by the radar sensor, wherein a progression of the relative radial velocities in Dependence of a viewing angle of the radar sensor in two-dimensional space, an absolute speed and a direction of movement of the vehicle are determined.

Aus der DE 10 2010 015 723 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Bewegung eines Straßenfahrzeugs bekannt. Bei dem Verfahren werden Messwerte zu einer Relativbewegung zwischen einer im Fahrzeug befestigten Empfangseinheit und Objekten in der Fahrzeugumgebung in einem Winkelbereich winkelabhängig erfasst. Ein Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs wird relativ zu den Objekten der Fahrzeugumgebung dadurch berechnet, dass eine Winkelfunktion ermittelt wird, die mittels einer Ausgleichsrechnung an die winkelabhängigen Messwerte zu der Relativbewegung ermittelt wird. Dabei wird aus dem berechneten Geschwindigkeitsvektor des Straßenfahrzeugs relativ zu den Objekten der Fahrzeugumgebung eine präzisierte relative Position des Fahrzeugs bestimmt. Die im Straßenfahrzeug befestigte Empfangseinheit benutzt zwei oder mehrere so nacheinander bestimmte Positionen als Messpunkte für eine Ortungstechnik mit synthetischer Apertur. Die Ortungstechnik funktioniert nach dem so genannten SAR-Prinzip.From the DE 10 2010 015 723 A1 For example, a method and apparatus for detecting movement of a road vehicle are known. In the method, measured values relating to a relative movement between a receiving unit mounted in the vehicle and objects in the vehicle surroundings are detected in an angular range as a function of the angle. A velocity vector of the vehicle is calculated relative to the objects of the vehicle environment by determining an angular function which is determined by means of a compensation calculation for the angle-dependent measured values relative to the relative movement. In this case, a more precise relative position of the vehicle is determined from the calculated velocity vector of the road vehicle relative to the objects of the vehicle environment. The receiving unit mounted in the road vehicle uses two or more positions determined in succession as measuring points for a synthetic aperture locating technique. The locating technique works according to the so-called SAR principle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for determining an intrinsic motion of a vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by a method having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In dem Verfahren zur Bestimmung einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs wird eine Umgebung des Fahrzeugs mittels zumindest eines Radarsensors erfasst und anhand von mittels des Radarsensors erfassten Daten werden radiale Relativgeschwindigkeiten von in der Umgebung erfassten Objekten ermittelt. Aus einem Verlauf der radialen Relativgeschwindigkeiten werden in Abhängigkeit eines Betrachtungswinkels des Radarsensors im zweidimensionalen Raum eine absolute Geschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ermittelt.In the method for determining a self-motion of a vehicle, an environment of the vehicle is detected by means of at least one radar sensor, and based on data acquired by the radar sensor, relative radial speeds of objects detected in the surroundings are determined. From a course of the radial relative speeds, an absolute speed and a direction of movement of the vehicle are determined as a function of a viewing angle of the radar sensor in two-dimensional space.

Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs unter Verwendung von einer einzelnen Radarmessung eine euklidische Transformation des Fahrzeugs im zweidimensionalen Raum bestimmt.According to the invention, a Euclidean transformation of the vehicle in two-dimensional space is determined for determining the intrinsic motion of the vehicle using a single radar measurement.

Dies ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung der Eigenbewegung des Fahrzeugs im dreidimensionalen Raum bzw. eine zuverlässige Bestimmung der Eigenbewegung des Fahrzeugs mit drei Freiheitsgraden. Bei einer Verwendung von zumindest zwei Radarsensoren zur Durchführung der Radarmessung kann die Bestimmung in besonders vorteilhafter Weise ohne Modellannahmen des Fahrzeugs oder die Kenntnis weiterer Fahrzeugdaten, wie beispielsweise ein Lenkwinkel des Fahrzeugs, erfolgen. Auch ist keine Historie von Messwerten erforderlich, so dass die Ermittelung der absoluten Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und die Bestimmung der euklidischen Transformation in einem gemeinsamen Zeitschritt erfolgen können. Weiterhin ist das Verfahren in besonders vorteilhafter Weise auf Rohdaten des zumindest einen Radarsensors anwendbar, so dass ein Clustering, eine Objektbildung und eine Merkmalsextraktion nicht erforderlich sind. Schon in den Rohdaten erfolgt eine direkte Trennung von stehenden und bewegten Objekten. Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgebildet, dass zur Ermittlung der radialen Relativgeschwindigkeiten der Objekte die mittels des Radarsensors gemessene Dopplerfrequenz direkt verwendet wird. Somit werden nicht zwei zeitliche Einzelmessungen benötigt, welche in aufwändiger Weise assoziiert werden müssen.This allows a reliable determination of the intrinsic motion of the vehicle in three-dimensional space or a reliable determination of the vehicle's own motion with three degrees of freedom. When using at least two radar sensors for carrying out the radar measurement, the determination can take place in a particularly advantageous manner without model assumptions of the vehicle or the knowledge of further vehicle data, such as a steering angle of the vehicle. Also, no history of measured values is required, so that the determination of the absolute speed and direction of movement of the vehicle and the determination of the Euclidean transformation can take place in a common time step. Furthermore, the method is applicable in a particularly advantageous manner to raw data of the at least one radar sensor, so that clustering, object formation and feature extraction are not required. Even in the raw data, there is a direct separation of stationary and moving objects. The method according to the invention is also designed such that the Doppler frequency measured by means of the radar sensor is used directly to determine the relative radial speeds of the objects. Thus, two individual time measurements are not needed, which must be associated in a complex manner.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Fahrzeug, welches sich geradlinig in Blickrichtung eines am Fahrzeug angeordneten Radarsensors bewegt, 1 schematically a vehicle which moves in a straight line in the direction of a vehicle-mounted radar sensor,

2 schematisch mittels des Radarsensors gemäß 1 erfasste stehende Objekte sowie deren Relativgeschwindigkeit und radiale Relativgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines Betrachtungswinkels des Radarsensors, 2 schematically by means of the radar sensor according to 1 detected stationary objects as well as their relative speed and radial relative speed as a function of a viewing angle of the radar sensor,

3 schematisch ein Fahrzeug, welches sich nicht-geradlinig im Erfassungsbereich eines am Fahrzeug angeordneten Radarsensors bewegt, 3 schematically a vehicle, which moves non-rectilinearly in the detection range of a vehicle-mounted radar sensor,

4 schematisch mittels des Radarsensors gemäß 1 erfasste stehende Objekte sowie deren Relativgeschwindigkeit und radiale Relativgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines Betrachtungswinkels des Radarsensors, 4 schematically by means of the radar sensor according to 1 captured standing objects and their Relative speed and radial relative speed as a function of a viewing angle of the radar sensor,

5 schematisch alle Rückstreusignale einer einzelnen Radarmessung in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels des Radarsensors und die Ermittlung ein cosinusförmigen Geschwindigkeitsverlaufs, 5 schematically all the backscatter signals of a single radar measurement as a function of the viewing angle of the radar sensor and the determination of a cosinusoidal velocity curve,

6 schematisch bei der Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs verwendetes Modell, 6 schematically used in determining the self-motion of the vehicle model,

7 schematisch ein Fahrzeug mit einem Radarsensor, 7 schematically a vehicle with a radar sensor,

8 schematisch ein Verlauf von Messgrößen zur Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs gemäß 7 mit dem Modell gemäß 6, 8th schematically a course of measures for determining the proper motion of the vehicle according to 7 according to the model 6 .

9 schematisch ein Fahrzeug mit zwei an einer Fahrzeugfront angeordneten Radarsensoren, 9 schematically a vehicle with two arranged on a vehicle front radar sensors,

10 schematisch das Fahrzeug gemäß 9 und ein ermittelter Momentanpol, 10 schematically the vehicle according to 9 and a determined instantaneous pole,

11 schematisch ein Fahrzeug mit einem an einer Fahrzeugfront und einem an einem Fahrzeugheck angeordneten Radarsensor und ein ermittelter Momentanpol, und 11 schematically a vehicle with a vehicle front and a rear end disposed on a radar sensor and a detected instantaneous, and

12 schematisch ein Fahrzeug mit zwei an einer Fahrzeugfront und zwei an einem Fahrzeugheck angeordneten Radarsensoren und ein ermittelter Momentanpol. 12 schematically a vehicle with two on a vehicle front and two arranged on a vehicle rear radar sensors and a determined instantaneous pole.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einem Referenzpunkt S dargestellt, welches sich geradlinig in Blickrichtung eines am Fahrzeug 1 angeordneten Radarsensors 2 mit einer Geschwindigkeit v bewegt. Mittels des Radarsensors 2 wird eine Umgebung des Fahrzeugs 1 erfasst.In 1 is a vehicle 1 shown with a reference point S, which is rectilinear in the direction of a vehicle 1 arranged radar sensor 2 moved at a speed v. By means of the radar sensor 2 becomes an environment of the vehicle 1 detected.

2 zeigt mittels des Radarsensors 2 in einem jeweiligen Betrachtungswinkel θ–3 bis θ+3 des Radarsensors 2 erfasste stehende Objekte O1 bis O7 in einem Koordinatensystem des Radarsensors 2 mit den Richtungsachsen x, y bei einer geradlinigen Bewegung des Fahrzeugs 1 gemäß 1. 2 shows by means of the radar sensor 2 in a respective viewing angle θ -3 to θ +3 of the radar sensor 2 detected stationary objects O1 to O7 in a coordinate system of the radar sensor 2 with the direction axes x, y in a rectilinear motion of the vehicle 1 according to 1 ,

Aufgrund der Bewegung des Radarsensors 2 mit der Geschwindigkeit v bewegen sich die stehenden Objekte O1 bis O7 jeweils mit einer Relativgeschwindigkeit v3 bis v9 auf den Radarsensor 2 zu. Anhand von mittels des Radarsensors 2 erfassten Daten werden radiale Geschwindigkeitsanteile dieser Relativgeschwindigkeiten v3 bis v9 als radiale Relativgeschwindigkeiten vr1 bis vr7 der in der Umgebung erfassten Objekte O1 bis O7 ermittelt. Abhängig vom Betrachtungswinkel θ des Radarsensors 2 ändert sich die gemessene radiale Relativgeschwindigkeit vr und ergibt einen cosinusförmigen Geschwindigkeitsverlauf V.Due to the movement of the radar sensor 2 At the speed v, the stationary objects O1 to O7 each move at a relative speed v3 to v9 to the radar sensor 2 to. By means of the radar sensor 2 Data collected are radial velocity components of these relative velocities v3 to v9 determined as radial relative velocities v r 1 to v r 7 of the detected objects in the environment O1 to O7. Depending on the viewing angle θ of the radar sensor 2 the measured relative radial velocity v r changes and results in a cosinusoidal velocity V.

Durch das Bestimmen der in 7 und 8 näher dargestellten Amplitude vmess dieses Geschwindigkeitsverlaufs V wird die Eigengeschwindigkeit des Radarsensors 2, d. h. die Geschwindigkeit v, bestimmt. Somit entspricht die Geschwindigkeit v des Radarsensors 2 und damit des Fahrzeugs 1 der radialen Relativgeschwindigkeit vr4 des Objekts O4.By determining the in 7 and 8th Amplitude v mess of this velocity profile V, which is shown in greater detail, is the intrinsic velocity of the radar sensor 2 , ie the velocity v, determined. Thus, the speed v of the radar sensor corresponds 2 and thus the vehicle 1 the radial relative velocity v r 4 of the object O4.

Weiterhin entspricht die jeweilige, in den 6 bis 8 näher dargestellte Phasenverschiebung des Geschwindigkeitsvektors, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel der radialen Relativgeschwindigkeit vr4 des Objekts O4, einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1. Somit werden aus dem Geschwindigkeitsverlauf V im zweidimensionalen Raum die absolute Geschwindigkeit v und die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1 ermittelt.Furthermore corresponds to the respective, in the 6 to 8th phase shift of the velocity vector , that is shown in more detail, that is, in the illustrated embodiment, the radial relative velocity v r 4 of the object O4, a direction of movement of the vehicle 1 , Thus, the velocity V in two-dimensional space becomes the absolute velocity v and the direction of movement of the vehicle 1 determined.

In 3 ist das Fahrzeug 1 dargestellt, welches sich im Unterschied zu 1 nicht-geradlinig im Erfassungsbereich des am Fahrzeug 1 angeordneten Radarsensors 2 bewegt.In 3 is the vehicle 1 shown, which in contrast to 1 non-rectilinear in the detection area of the vehicle 1 arranged radar sensor 2 emotional.

Dabei dreht sich das Fahrzeug 1 in einer Kurve, so dass zusätzlich zu der geradlinigen gestrichelt dargestellten Komponente der Bewegung eine Geschwindigkeit v infolge der Drehbewegung in Richtung des Betrachtungswinkels θ–2 des Radarsensors 2 entsteht.This turns the vehicle 1 in a curve such that in addition to the rectilinear component of the movement shown in dashed lines, a velocity v due to the rotational movement in the direction of the viewing angle θ -2 of the radar sensor 2 arises.

4 zeigt mittels des Radarsensors 2 im jeweiligen Betrachtungswinkel θ–3 bis θ+3 des Radarsensors 2 erfasste stehende Objekte O1 bis O7 im Koordinatensystem des Radarsensors 2 mit den Richtungsachsen x, y bei einer nicht-geradlinigen Bewegung des Fahrzeugs 1 gemäß 3. 4 shows by means of the radar sensor 2 in the respective viewing angle θ -3 to θ +3 of the radar sensor 2 detected stationary objects O1 to O7 in the coordinate system of the radar sensor 2 with the direction axes x, y in a non-rectilinear motion of the vehicle 1 according to 3 ,

Der Cosinus der radialen Relativgeschwindigkeit vr verschiebt sich dabei soweit, bis die zusammengesetzte Geschwindigkeit v parallel zur im Betrachtungswinkel θ–2 verlaufenden Betrachtungsrichtung des Radarsensors 2 ist.The cosine of the radial relative velocity v r shifts so far until the composite velocity v parallel to the viewing direction of the radar sensor extending in the viewing angle θ -2 2 is.

Somit entspricht die Geschwindigkeit v des Radarsensors 2 und damit des Fahrzeugs 1 der radialen Relativgeschwindigkeit vr2 des Objekts O2. Die Phasenverschiebung β der radialen Relativgeschwindigkeit vr2 des Objekts O2 entspricht der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1.Thus, the speed v of the radar sensor corresponds 2 and thus the vehicle 1 the radial relative velocity v r 2 of the object O2. The phase shift β of the radial relative velocity v r 2 of the object O2 corresponds to the direction of movement of the vehicle 1 ,

In 5 sind alle Rückstreusignale RS1 bis RSn einer einzelnen Radarmessung in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels θ des Radarsensors 2 dargestellt.In 5 all backscatter signals RS1 to RSn of a single radar measurement are dependent the viewing angle θ of the radar sensor 2 shown.

Zur Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors eines Radarsensors 2, d. h. zur Bestimmung der absoluten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1, und zur Trennung zwischen stehenden und bewegten Objekten O1 bis On werden die gemessenen radialen Relativgeschwindigkeiten vr aller ungelabelten Rückstreusignale RS1 bis RSn, d. h. aller stehenden und bewegten Objekte O1 bis On, über den Betrachtungswinkel θ des Radarsensors 2 aufgetragen.To determine the velocity vector of a radar sensor 2 ie for determining the absolute velocity v of the vehicle 1 , and for the separation between stationary and moving objects O1 to On, the measured relative radial velocities v r of all unlabeled backscatter signals RS1 to RSn, ie of all stationary and moving objects O1 to On, over the viewing angle θ of the radar sensor 2 applied.

Mittels eines robusten Algorithmus, beispielsweise dem so genannten RANSAC-Algorithmus, wird der Cosinus cos, ein so genannter Cosinus-Fit, bestimmt. Mittels eines derartigen robusten Algorithmus ist es in besonders vorteilhafter Weise auch möglich, den Cosinus cos zu bestimmen, wenn mehr so genannte, durch bewegte Objekte O1 bis On gebildete Outlier als so genannte, durch stehende Objekte O1 bis On gebildete Inlier erfasst werden. Durch Bildung des Cosinus cos und der Unterscheidung zwischen Inliern, welche innerhalb eines Korridors auf dem Cosinus cos liegen, und Outliern, welche abseits des Korridors des Cosinus cos liegen, wird zwischen stehenden und bewegten Objekten O1 bis On unterschieden.By means of a robust algorithm, for example the so-called RANSAC algorithm, the cosine cos, a so-called cosine fit, is determined. By means of such a robust algorithm, it is also possible in a particularly advantageous manner to determine the cosine cos when more so-called outsiders formed by moving objects O1 to On are detected as so-called inliers formed by stationary objects O1 to On. By forming the cosine cos and distinguishing between internals lying within a corridor on the cosine cos and outliners lying outside the corridor of the cosine cos, a distinction is made between stationary and moving objects O1 to On.

Des Weiteren werden die Amplitude vmess und die Phasenverschiebung β des Cosinus cos gemäß folgender Gleichung bestimmt: vr = vmess·cos(θ + β). (1) Furthermore, the amplitude v mess and the phase shift β of the cosine cos are determined according to the following equation: v r = v meas · cos (θ + β). (1)

Die Amplitude vmess entspricht dabei der absoluten Geschwindigkeit v des Radarsensors 2 und somit des Fahrzeugs 1 und die Phasenverschiebung β dem Winkel des Geschwindigkeitsvektors in Bezug auf die Blickrichtung des Radarsensors 2.The amplitude v mess corresponds to the absolute velocity v of the radar sensor 2 and thus the vehicle 1 and the phase shift β the angle of the velocity vector with respect to the viewing direction of the radar sensor 2 ,

Diese Zusammenhänge zeigen die 6 bis 8, wobei die Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 mit einem Radarsensor 2 anhand des so genannten Ackermann-Modells, welches ein Einspurmodell des Fahrzeugs 1 darstellt, ermittelt wird.These connections show the 6 to 8th , where the self-motion of the vehicle 1 with a radar sensor 2 based on the so-called Ackermann model, which is a one-track model of the vehicle 1 represents, is determined.

Aufgrund der Ermittlung der absoluten Geschwindigkeit v ist in einem Punkt des Fahrzeugs 1, vorliegend im Referenzpunkt S desselben, die Geschwindigkeitskomponente bekannt.Due to the determination of the absolute velocity v is in one point of the vehicle 1 , in the present reference point S thereof, the velocity component known.

Allerdings sind bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs 1 drei Parameter zu bestimmen, so dass es sich um ein unterbestimmtes System handelt und nur unter Verwendung eines Modells auf die Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 geschlossen werden kann.However, when cornering the vehicle 1 determine three parameters, so that it is a sub-determined system and only using a model on the self-motion of the vehicle 1 can be closed.

Das in 6 dargestellte Ackermann-Modell zeigt ein Einspurmodell des Fahrzeugs 1 mit einer Spur SP, wobei das Fahrzeug 1 an seiner Vorderachse VA und Hinterachse HA jeweils ein Rad mit einer zugehörigen Geschwindigkeit vVA, vHA aufweist. Zwischen einem Mittelpunkt MPVA der Vorderachse VA und einem Mittelpunkt MPHA der Hinterachse HA ist eine Gesamtlänge lges ausgebildet. Die Gesamtlänge lges setzt sich dabei aus einer ersten Länge lVA zwischen dem Referenzpunkt S des Fahrzeugs 1 und dem Mittelpunkt MPVA der Vorderachse VA und einer zweiten Länge lHA zwischen dem Referenzpunkt S des Fahrzeugs 1 und dem Mittelpunkt MPHA der Hinterachse HA zusammen.This in 6 illustrated Ackermann model shows a single-track model of the vehicle 1 with a track SP, where the vehicle 1 at its front axle VA and rear axle HA each have a wheel with an associated speed v VA , v HA . A total length l ges is formed between a center MP VA of the front axle VA and a center MP HA of the rear axle HA. The total length l ges is made up of a first length l VA between the reference point S of the vehicle 1 and the center MP VA of the front axle VA and a second length l HA between the reference point S of the vehicle 1 and the center MP HA of the rear axle HA together.

Bei dem Ackermann-Modell wird ein geometrischer Zusammenhang zwischen einem Lenkwinkel δA des Fahrzeugs 1 und einem Kurvenradius ρM einer vom Fahrzeug 1 befahrenen Fahrzeugbahn hergestellt. Das Ackermann-Modell sagt dabei aus, dass bei Kurvenfahrten des Fahrzeugs 1 mit vernachlässigbaren Seitenkräften auf dessen Räder angenommen werden kann, dass sich der Mittelpunkt MPHA der Hinterachse HA in Richtung der Fahrzeuglängsachse bewegt. Unter der Annahme des kräftefreien Abrollens der Räder gilt für das Fahrzeug 1, dass sich verlängert gedachte Hinterachse HA und Vorderachse VA bei einem Lenkwinkel δA von δA ≠ 0 in einem Punkt treffen, welcher zugleich einen Momentanpol MP der sich bei diesem Lenkwinkel δA einstellenden Fahrzeugbewegung bildet.In the Ackermann model, a geometric relationship between a steering angle δ A of the vehicle 1 and a turning radius ρ M of one of the vehicle 1 manufactured vehicle track produced. The Ackermann model says that when cornering the vehicle 1 can be assumed with negligible lateral forces on the wheels that the center MP HA of the rear axle HA moves in the direction of the vehicle longitudinal axis. Assuming the force-free rolling of the wheels applies to the vehicle 1 in that the imaginary rear axle HA and front axle VA meet at a steering angle δ A of δ A ≠ 0 at a point which at the same time forms a momentum pole MP of the vehicle movement occurring at this steering angle δ A.

Somit wird ein Parameter, nämlich der so genannte Schräglaufwinkel, zu Null gesetzt. Das heißt, der Momentanpol MP liegt auf der Verlängerung der Hinterachse HA. Die zwei weiteren zu bestimmenden Parameter sind eine Geschwindigkeit vego in diesem Punkt, d. h. im Mittelpunkt MPHA der Hinterachse HA und die Gierrate φ'ego. Ist eine Einbauposition des Radarsensors 2, welche sich aus einer vertikalen Abstandskomponente l und einer horizontalen Abstandskomponente b ergibt, bekannt und ist die die Blickrichtung des Radarsensors 2, welche sich aus der Phasenverschiebung β ergibt, bekannt, werden anhand einer Radarmessung der Amplitude vmess und eines Winkels γ die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 in Form der Geschwindigkeit vego und die Gierrate φ'ego gemäß folgender Gleichungen bestimmt: vego = vmess·(cos(γ – β) – sin(γ – β)· b / l), (2) φ'ego = vmess· sin(γ – β) / l. (3) Thus, one parameter, namely the so-called slip angle, is set to zero. That is, the instantaneous MP is on the extension of the rear axle HA. The two other parameters to be determined are a speed v ego at this point, ie at the center MP HA of the rear axle HA and the yaw rate φ ' ego . Is a mounting position of the radar sensor 2 , which results from a vertical distance component l and a horizontal distance component b, is known and is the viewing direction of the radar sensor 2 , which results from the phase shift β, known, are based on a radar measurement of the amplitude v mess and an angle γ the intrinsic speed of the vehicle 1 in the form of the velocity v ego and the yaw rate φ ' ego determined according to the following equations: v ego = v mess * (cos (γ-β) -sin (γ-β) * b / l), (2) φ ' ego = v mess • sin (γ - β) / l. (3)

Die 9 und 10 zeigen ein Fahrzeug 1 mit zwei an einer Fahrzeugfront angeordneten Radarsensoren 2, 3, wobei ein erster Radarsensor 2 den Koordinatenursprung des Koordinatensystems der Radarsensoren 2, 3 bildet und an der Koordinate S1(0, 0) angeordnet ist. Der weitere Radarsensor 3 ist an der Koordinate S2(x2, y2) angeordnet.The 9 and 10 show a vehicle 1 with two radar sensors arranged on a vehicle front 2 . 3 , wherein a first radar sensor 2 the origin of the coordinate system of the radar sensors 2 . 3 forms and at the coordinate S 1 (0, 0) is arranged. The additional radar sensor 3 is arranged at the coordinate S 2 (x 2 , y 2) .

Beide Radarsensoren 2, 3 schätzen in einer einzelnen Radarmessung ihre Eigenbewegung gemäß der Beschreibung zu den 1 bis 5. Beide Radarsensoren 2, 3 sind an den Koordinaten S1(0, 0), S2(x2, y2) angeordnet. Alternativ sind auch Anordnungen an beliebigen anderen Positionen am Fahrzeug 1 möglich. Both radar sensors 2 . 3 estimate their proper motion in a single radar measurement as described in the 1 to 5 , Both radar sensors 2 . 3 are arranged at the coordinates S1 (0, 0), S 2 (x 2 , y 2 ). Alternatively, arrangements at any other positions on the vehicle 1 possible.

Mittels der Radarsensoren 2, 3 werden die Objekte O1 bis On in der Umgebung des Fahrzeugs 1 erfasst, wobei kein Überschneiden der Erfassungsbereiche der Radarsensoren 2, 3 erforderlich ist.By means of radar sensors 2 . 3 The objects O1 to On are in the environment of the vehicle 1 detected, with no overlapping of the detection ranges of the radar sensors 2 . 3 is required.

Aus den beiden Geschwindigkeitsvektoren an den jeweiligen Koordinaten S1(0, 0), S2(x2, y2) der Radarsensoren 2, 3 wird anschließend der Momentanpol MP mit seiner Koordinate (xMP, yMP) und die Gierrate φ'ego des Fahrzeugs 1 um den Momentanpol MP bestimmt. Hierzu wird wiederum der Schnittpunkt der senkrecht auf den Geschwindigkeitsvektoren stehenden Geraden gesucht.From the two velocity vectors at the respective coordinates S 1 (0, 0), S 2 (x 2 , y 2 ) of the radar sensors 2 . 3 Subsequently, the instantaneous pole MP is determined by its coordinate (x MP , y MP ) and the yaw rate φ ' ego of the vehicle 1 about the instantaneous pole MP. For this purpose again the intersection of the straight lines perpendicular to the velocity vectors is searched.

Die Bestimmung des Momentanpols MP des Fahrzeugs 1 entspricht dabei der Bestimmung einer beliebigen euklidischen Transformation des Fahrzeugs 1 in einem zweidimensionalen Raum ohne eine Modellannahme des Fahrzeugs 1. Der Momentanpol MP ist nur eine mögliche Beschreibung der Bewegung des Fahrzeugs 1 und wird hier zur Herleitung verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Schräglaufwinkel, die Gierrate φ'ego und die absolute Geschwindigkeit vego in einem Punkt des Fahrzeugs 1 bestimmt werden.The determination of the instantaneous pole MP of the vehicle 1 corresponds to the determination of any Euclidean transformation of the vehicle 1 in a two-dimensional space without a model assumption of the vehicle 1 , The instantaneous pole MP is just one possible description of the movement of the vehicle 1 and is used here for derivation. Alternatively or additionally, it is possible that the slip angle, the yaw rate φ ' ego and the absolute velocity v ego in a point of the vehicle 1 be determined.

Dabei haben ein Abstand zwischen den Radarsensoren 2, 3 oder die Orientierung derselben keinen Einfluss auf die Lösbarkeit des Systems, müssen jedoch bekannt sein. Je größer der Abstand zwischen den beiden Radarsensoren 2, 3, desto größer ist jedoch die Genauigkeit bei einer begrenzten Geschwindigkeits- und Winkelauflösung. Aus dem berechneten Momentanpol MP und den Bewegungsgeschwindigkeiten der Radarsensoren 2, 3 wird die Gierrate φ'ego bestimmt.Thereby have a distance between the radar sensors 2 . 3 or their orientation does not affect the solubility of the system, but must be known. The greater the distance between the two radar sensors 2 . 3 However, the greater the accuracy with a limited speed and angular resolution. From the calculated instantaneous pole MP and the velocities of the radar sensors 2 . 3 the yaw rate φ ' ego is determined.

In 11 ist ein Fahrzeug 1 mit einem an der Fahrzeugfront und einem am Fahrzeugheck angeordneten Radarsensor 2, 3 und dem ermittelten Momentanpol MP dargestellt, wobei der Abstand zwischen den Radarsensoren 2, 3 gegenüber der Anordnung gemäß 10 vergrößert ist.In 11 is a vehicle 1 with a radar sensor arranged at the front of the vehicle and at the rear of the vehicle 2 . 3 and the determined instantaneous pole MP, wherein the distance between the radar sensors 2 . 3 relative to the arrangement according to 10 is enlarged.

Somit tritt ein größerer Schnittwinkel zwischen den Senkrechten zur Bewegungsrichtung auf, so dass die Genauigkeit bei der Ermittlung des Momentanpols MP gegenüber der Anordnung gemäß 10 verbessert werden kann.Thus, a larger intersection angle between the perpendicular to the direction of movement occurs, so that the accuracy in the determination of the instantaneous pole MP with respect to the arrangement according to FIG 10 can be improved.

12 zeigt ein Fahrzeug 1 mit jeweils zwei an der Fahrzeugfront angeordneten Radarsensoren 2, 3 und zwei am Fahrzeugheck angeordneten Radarsensoren 4, 5 und dem ermittelten Momentanpol MP. 12 shows a vehicle 1 each with two arranged on the front of the vehicle radar sensors 2 . 3 and two radar sensors arranged at the rear of the vehicle 4 . 5 and the determined instantaneous pole MP.

Aufgrund der gegenüber den Anordnungen gemäß den 10 und 11 erhöhten Anzahl der Radarsensoren 2 bis 5 ist eine weiter verbesserte Bestimmung des Momentanpols MP realisierbar. Somit kann in Abhängigkeit von Abweichungen ermittelter Momentanpole MP mehrerer Radarsensoren 2 bis 5 eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden.Due to the opposite to the arrangements according to the 10 and 11 increased number of radar sensors 2 to 5 is a further improved determination of the instantaneous pole MP feasible. Thus, depending on deviations of determined instantaneous poles MP, several radar sensors can be used 2 to 5 a plausibility check will be carried out.

Somit tritt ein größerer Schnittwinkel zwischen den Senkrechten zur Bewegungsrichtung auf, so dass die Genauigkeit bei der Ermittlung des Momentanpols MP gegenüber der Anordnung gemäß 10 verbessert werden kann.Thus, a larger intersection angle between the perpendicular to the direction of movement occurs, so that the accuracy in the determination of the instantaneous pole MP with respect to the arrangement according to FIG 10 can be improved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeugvehicle
22
Radarsensorradar sensor
33
Radarsensorradar sensor
44
Radarsensorradar sensor
55
Radarsensorradar sensor
bb
horizontale Abstandskomponentehorizontal distance component
coscos
Cosinuscosine
HAHA
Hinterachserear axle
ll
vertikale Abstandskomponentevertical distance component
lges l ges
Gesamtlängeoverall length
lHA HA
Längelength
lVA VA
Längelength
MPMP
Momentanpolinstantaneous
MPHA MP HA
MittelpunktFocus
MPVA MP VA
MittelpunktFocus
O1 bis OnO1 to On
Objektobject
RS1 bis RSnRS1 to RSn
RückstreusignalBackscatter signal
SS
Referenzpunktreference point
S1(0, 0)S 1 (0, 0)
Koordinatecoordinate
S2(x2, y2)S 2 (x 2 , y 2 )
Koordinatecoordinate
SPSP
Spurtrack
vv
Geschwindigkeitspeed
VV
Geschwindigkeitsverlaufspeed curve
VAVA
VorderachseFront
v1 bis v7v1 to v7
Relativgeschwindigkeitrelative speed
vHA v HA
Geschwindigkeitspeed
vego ego
Geschwindigkeitspeed
vmess v mess
Amplitudeamplitude
vr v r
radiale Relativgeschwindigkeitradial relative speed
Vr1 bis vr7V r 1 to v r 7
radiale Relativgeschwindigkeitradial relative speed
vVA VA
Geschwindigkeitspeed
(xMP, yMP)(x MP , y MP )
Koordinatecoordinate
xx
Richtungsachsedirection axis
yy
Richtungsachsedirection axis
ββ
Phasenverschiebungphase shift
δA δ A
Lenkwinkelsteering angle
γγ
Winkelangle
θ θ
Betrachtungswinkelviewing angle
θ–3 bis θ+3 θ -3 to θ +3
Betrachtungswinkelviewing angle
ρM ρ M
Kurvenradiusturning radius
φ'ego φ ' ego
Gierrateyaw rate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010015723 A1 [0002] DE 102010015723 A1 [0002]

Claims (5)

Verfahren zur Bestimmung einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs (1), – wobei eine Umgebung des Fahrzeugs (1) mittels zumindest eines Radarsensors (2, 3, 4, 5) erfasst wird und – anhand von mittels des Radarsensors (2, 3, 4, 5) erfassten Daten radiale Relativgeschwindigkeiten (vr, vr1 bis vr7) von in der Umgebung erfassten Objekten (O1 bis On) ermittelt werden, – wobei aus einem Verlauf der radialen Relativgeschwindigkeiten (vr, vr1 bis vr7) in Abhängigkeit eines Betrachtungswinkels (θ, θ–3 bis θ+3) des Radarsensors (2, 3, 4, 5) im zweidimensionalen Raum eine absolute Geschwindigkeit (v) und eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (1) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs (1) unter Verwendung von einer einzelnen Radarmessung eine euklidische Transformation des Fahrzeugs (1) im zweidimensionalen Raum bestimmt wird.Method for determining a self-motion of a vehicle ( 1 ), - where an environment of the vehicle ( 1 ) by means of at least one radar sensor ( 2 . 3 . 4 . 5 ) and - by means of the radar sensor ( 2 . 3 . 4 . 5 ) are detected radial relative velocities (v r , v r 1 to v r 7) of objects detected in the environment (O1 to On), - wherein from a course of radial relative velocities (v r , v r 1 to v r 7 ) as a function of a viewing angle (θ, θ -3 to θ + 3 ) of the radar sensor ( 2 . 3 . 4 . 5 ) in two-dimensional space an absolute speed (v) and a direction of movement of the vehicle ( 1 ), characterized in that for determining the proper motion of the vehicle ( 1 ) using a single radar measurement, a Euclidean transformation of the vehicle ( 1 ) in two-dimensional space. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der euklidischen Transformation ein Momentanpol (MP), ein Schräglaufwinkel, eine Gierrate (φ'ego) und/oder absolute Geschwindigkeiten (v) zumindest eines Punkts des Fahrzeugs (1) bestimmt werden.Method according to claim 1, characterized in that in the determination of the Euclidean transformation a momentary pole (MP), a slip angle, a yaw rate (φ ' ego ) and / or absolute speeds (v) of at least one point of the vehicle ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der absoluten Geschwindigkeit (v) und Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (1) und die Bestimmung der euklidischen Transformation in einem gemeinsamen Zeitschritt erfolgen.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the determination of the absolute velocity (v) and direction of movement of the vehicle ( 1 ) and the determination of the Euclidean transformation in a common time step. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der radialen Relativgeschwindigkeiten (vr, vr1 bis vr7) alle Rückstreusignale einer einzelnen Radarmessung in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels (θ, θ–3 bis θ+3) des Radarsensors (2, 3, 4, 5) ausgewertet und ein cosinus- oder sinusförmiger Geschwindigkeitsverlauf (V) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the radial relative speeds (v r , v r 1 to v r 7) all backscatter signals of a single Radarmessung function of the viewing angle (θ, θ -3 to θ +3 ) of the Radar sensor ( 2 . 3 . 4 . 5 ) and a cosine or sinusoidal velocity profile (V) is generated. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Amplitude (vmess) des Geschwindigkeitsverlaufs (V) die absolute Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) und aus der Phasenverschiebung (β) des Geschwindigkeitsverlaufs (V) die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (1) ermittelt wird.Method according to claim 4, characterized in that from the amplitude (v mess ) of the velocity profile (V) the absolute velocity (v) of the vehicle ( 1 ) and from the phase shift (β) of the velocity profile (V) the direction of movement of the vehicle ( 1 ) is determined.
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