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Die Erfindung betrifft die Bestimmung einer Fahrtrajektorie eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erstellung einer Fahrtrajektorie auf der Basis mehrerer Informationsquellen.
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Um eine Fahrtrajektorie eines auf einer Fahrstraße fahrenden Kraftfahrzeugs zu bestimmen, können verschiedene Informationsquellen ausgewertet werden. Eine erste Informationsquelle kann eine absolute Positioniervorrichtung umfassen, die eine Position des Kraftfahrzeugs mit Bezug auf ein globales Vermessungssystem bestimmen kann. Eine zweite Informationsquelle kann eine odometrische Datenquelle umfassen, die beispielsweise eine Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls auf der Basis von Messwerten von Drehzahlsensoren an Rädern des Kraftfahrzeugs bestimmt.
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DE 10 2013 208 521 A1 beschreibt die Bestimmung eines Modells für eine Fahrstraße auf der Basis einer Vielzahl von Messfahrten mit Kraftfahrzeugen. Bei den Messfahrten werden jeweils Fahrtrajektorien und Perzeptionsdaten erfasst.
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Es hat sich gezeigt, dass der Einfluss absoluter Positionsbestimmungen gegenüber dem von odometrischen Bestimmungen häufig zu unrealistischen Bestimmungen führt. Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher in der Angabe einer verbesserten Technik zur Bestimmung einer Fahrtrajektorie eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie eines Kraftfahrzeugs Schritte des Bestimmens von Positionen des Kraftfahrzeugs mittels eines Empfängers eines satellitengestützten Navigationssystems; und des Bestimmens der Fahrtrajektorie auf der Basis der bestimmten Positionen. Dabei wird jede Position in Abhängigkeit eines Abstands wenigstens einer der anderen bestimmten Positionen gewichtet und die Fahrtrajektorie wird auf der Basis der gewichteten Positionen bestimmt.
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Durch die variable Gewichtung kann berücksichtigt werden, dass einzelne bestimmte Positionen nicht vollständig voneinander unabhängige Messungen darstellen, sondern gemeinsamen Fehlerquellen unterworfen sind, beispielsweise Mehrwegausbreitung (Multipath) oder einem ionosphärischen Einfluss auf Satellitensignale. Das beschriebene Verfahren kann die Gewichtung nahe beieinanderliegender Positionen reduzieren, ohne Messungen zu verwerfen. Üblicherweise erfolgt die Positionsbestimmung mittels des Empfängers in festen Zeitabständen. Je langsamer das Kraftfahrzeug sich bewegt, desto dichter können die bestimmen Positionen aneinander liegen. Insbesondere im Stillstand des Kraftfahrzeugs kann eine Vielzahl Positionen bestimmt werden, die annähernd gleichen Fehlern unterworfen sind. Durch das vorgeschlagene Gewichten der bestimmten Positionen kann eine Häufung von Fehlereinflüssen entlang der Fahrtrajektorie reduziert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein weiterer Sensor an Bord des Kraftfahrzeugs abgetastet, wobei die Fahrtrajektorie zusätzlich auf der Basis der Abtastung des Sensors bestimmt wird. Der weitere Sensor kann insbesondere eine odometrische Informationsquelle umfassen, die einen Hinweis auf eine Bewegung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Der Sensor kann beispielsweise einen Raddrehzahlsensor, einen Beschleunigungssensor oder einen Drehratensensor umfassen. Der Sensor kann auch Teil eines berührungslosen, insbesondere optischen Odometriesystems sein. Dabei kann ein Umfeld des Kraftfahrzeugs abgetastet und eine Bewegung des Kraftfahrzeugs auf der Basis einer relativen Bewegung eines abgetasteten Objekts bestimmt werden. Die Abtastung kann beispielsweise mittels einer optischen Kamera, eines Radarsensors, eines Lidarsensors oder eines Ultraschallsensors erfolgen. Der Sensor kann weiterhin zur Erfassung bzw. Erkennung der Umgebung des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Fahrspur der Fahrstraße, auf der sich das Kraftfahrzeug befindet, mittels des Sensors erfasst werden. Auch die relative Lage abgetasteter Objekte zueinander oder eines Objekts bezüglich des Kraftfahrzeugs bzw. seiner Fahrtrajektorie kann überprüft werden, um beispielsweise eine geänderte Position einer Landmarke wie einem Verkehrsschild zu bestimmen. Das Bestimmen einer Position des Kraftfahrzeugs und das Abtasten eines Objekts in der Umgebung können miteinander integriert ausgeführt werden, beispielsweise mittels eines SLAM-Algorithmus (Simultaneous Localization and Mapping).
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass jede mittels des Empfängers bestimmte Position des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit einer Anzahl anderer bestimmter Positionen gewichtet wird, die sich innerhalb eines vorbestimmten räumlichen Abstands zu der Position befinden. Der vorbestimmte räumliche Abstand kann abhängig von einer vorliegenden Fahrsituation gewählt werden, beispielsweise von einer Fahrgeschwindigkeit. Je größer die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist, desto größer kann auch der räumliche Abstand gewählt werden. Ein Verarbeitungsaufwand kann dadurch in Grenzen gehalten sein. Positionen, die unterschiedlichen Fehlereinflüssen unterworfen sind, können verbessert getrennt voneinander behandelt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass einer Position eine Kovarianzmatrix zur Berücksichtigung normal verteilter oder annähernd normal verteilter Fehler zugeordnet ist. Die Gewichtung kann insbesondere durch Skalieren der Kovarianzmatrix erfolgen. Die Kovarianzmatrix gibt im Wesentlichen an, wie groß eine Messunsicherheit ist, der eine bestimmte Position unterworfen ist. Wird die Kovarianzmatrix mit einem skalaren Faktor multipliziert, so steigt die Messunsicherheit für die bestimmte Position an. Die weitere Verarbeitung der Position erfolgt bevorzugt zusammen mit der Kovarianzmatrix. Insbesondere das Bestimmen der Fahrtrajektorie des Kraftfahrzeugs kann unter Betrachtung der jeweils den bestimmten Positionen zugeordneten Kovarianzmatrizen erfolgen.
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Das Verfahren kann auch mehrstufig durchgeführt werden, indem für jede Position unterschiedlich große Gruppen von weiteren Positionen betrachtet werden. Insbesondere kann jede Position in Abhängigkeit einer ersten Anzahl anderer bestimmter Positionen gewichtet werden, die sich innerhalb eines ersten vorbestimmten räumlichen Abstands zu der Position befinden, und zusätzlich in Abhängigkeit einer zweiten Anzahl anderer bestimmter Positionen, die sich innerhalb eines zweiten vorbestimmten räumlichen Abstands zu der Position befinden. Dabei ist der erste Abstand bevorzugt kleiner als der zweite Abstand.
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Beispielsweise kann durch das Betrachten der innerhalb des ersten Abstands liegenden weiteren Positionen ein Fehler minimiert werden, der durch Mehrwegausbreitung bedingt ist, während die Positionen innerhalb des zweiten vorbestimmten Abstands die Minimierung eines durch ionosphärische Einflüsse hervorgerufenen Fehlers erlauben können.
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Der erste Abstand kann im Bereich von ca. 30 m, bevorzugt ca. 20 m, weiter bevorzugt ca. 10m liegen. Der zweite Abstand kann im Bereich von ca. 30 km, bevorzugt ca. 20 km, weiter bevorzugt ca. 10 km liegen. Hierin betrachtete geometrische Abstände von bestimmten Positionen zueinander können jeweils nur einen horizontalen Abstand der Positionen betreffen.
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In noch einer weiteren Ausführungsform wird jede Position zusätzlich in Abhängigkeit eines zeitlichen Abstands zwischen einem Bestimmungszeitpunkt der Position und einem Bestimmungszeitpunkt einer unmittelbar davor oder danach bestimmten Position gewichtet werden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass ein die bestimmten Positionen beeinflussender Fehler zeitabhängig sein kann. Die Zeitabhängigkeit kann im Fall der Mehrwegausbreitung beispielsweise durch ein bewegliches Objekt und im Bereich des ionosphärischen Einflusses beispielsweise aus Fluktuationen der Ionosphäre herrühren.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Fahrtrajektorie eines Kraftfahrzeugs einen Empfänger eines satellitengestützten Navigationssystems, wobei der Empfänger zur Bestimmung von Positionen des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist; und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Fahrtrajektorie auf der Basis der bestimmten Positionen zu bestimmen. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung weiter dazu eingerichtet, jede Position in Abhängigkeit eines Abstands wenigstens einer der anderen bestimmten Positionen zu gewichten und die Fahrtrajektorie auf der Basis der gewichteten Positionen zu bestimmen.
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Die Vorrichtung und insbesondere die Verarbeitungseinrichtung können dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren durchzuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug eine hierin beschriebene Vorrichtung.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System;
- 2 eine Fahrtrajektorie eines Kraftfahrzeugs und beispielhafte Positionen; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens
illustriert.
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1 zeigt ein System 100, das ein Kraftfahrzeug 105 mit einer Vorrichtung 110 umfasst. Die Vorrichtung 110 umfasst eine Verarbeitungseinrichtung 115 und einen Empfänger 120 für Signale eines satellitengestützten Navigationssystems 125. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung 110 weiterhin eine Schnittstelle 130 zur Verbindung mit einem weiteren Sensor oder System an Bord des Kraftfahrzeugs 105.
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Das satellitengestützte Navigationssystem 125 umfasst üblicherweise eine Anzahl Satelliten 135, die die Erde auf vorbestimmten Bahnen umkreisen. Jeder Satellit 135 kann Zeit- und Umlaufinformationen aussenden, die mittels des Empfängers 120 empfangen werden können. Die vom Empfänger 120 empfangenen Signale können unterschiedlichen Fehlerquellen unterworfen sein. Eine erste Fehlerquelle betrifft eine Mehrwegausbreitung, bei der sich das vom Satelliten 135 ausgesandte Signal auf unterschiedlich langen Pfaden ausbreitet, sodass am Empfänger 120 zueinander zeitverzögerte Signale des gleichen Ursprungs eintreffen. Eine zweite Fehlerquelle betrifft einen Einfluss der Ionosphäre 140, die eine weltumspannende Schicht zwischen dem Satelliten 135 und dem Empfänger 120 darstellt. Üblicherweise wird davon ausgegangen, dass die Ionosphäre 140 in einer Höhe von ca. 80 km beginnt, ihren stärksten Einfluss in einer Höhe von ca. 300 km entfaltet und bei ca. 1.000 km Höhe endet. Andere lonosphärengrenzen können auch angenommen werden. In der Ionosphäre 140 befinden sich relativ viele freie Elektronen, die ein passierendes Radiosignal beeinflussen können.
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Der Empfänger 120 ist dazu eingerichtet, auf der Basis empfangener Satellitensignale eine absolute Position des Kraftfahrzeugs 105 mit Bezug zur Erde zu bestimmen. Dabei hat der Empfänger 120 üblicherweise eine feste Messfrequenz von üblicherweise ca. 1 Hz, ca. 2 Hz, ca. 5 Hz, ca. 10 Hz oder ca. 20 Hz. Zur Bestimmung einer Fahrtrajektorie 145 des Kraftfahrzeugs 105 auf einer Fahrstraße 150 werden die mittels des Empfängers 120 bestimmten Positionen verarbeitet. Die Fahrstraße 150 kann eine oder mehrere Fahrspuren 155 umfassen und das Kraftfahrzeug 105 kann auf einer der Fahrspuren 155 fahren. Ein Wechsel zwischen benachbarten Fahrspuren 155 kann erlaubt oder verboten sein.
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Die Fahrtrajektorie 145 kann zusätzlich auf der Basis einer odometrischen Datenquelle bestimmt werden, die über die Schnittstelle 130 angebunden sein kann. Diese Datenquelle kann insbesondere ein System oder Subsystem an Bord des Kraftfahrzeugs 105 oder einen dedizierten Sensor 160 umfassen. Der Sensor 160 kann beispielsweise eine Kamera, einen Radarsensor, einen Lidarsensor oder einen Ultraschallsensor umfassen. Auf der Basis der an der Schnittstelle 130 erfassten Informationen kann eine odometrische Information bestimmt werden, die angibt, in welcher Weise sich das Kraftfahrzeug 105 bewegt. Insbesondere können eine Bewegungsrichtung, eine Bewegungsgeschwindigkeit, eine Beschleunigung oder eine Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 105 bestimmt werden.
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Die Fehlerquellen, die die mittels des Empfängers 120 bestimmten Positionen beeinflussen können, verändern sich üblicherweise über die Zeit und in der Regel auch über den Ort des Kraftfahrzeugs 105. Zeitlich oder räumlich nahe beieinanderliegende bestimmte Positionen können daher ähnlichen Fehlern unterworfen sein. Solche bestimmten Positionen sollten dann nicht mehr als voneinander unabhängige Messungen betrachtet werden.
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2 zeigt eine Fahrtrajektorie 145 eines Kraftfahrzeugs 105 und beispielhafte Positionen 205, auf deren Basis die Fahrtrajektorie 145 bestimmt werden kann.
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Rein beispielhaft wird davon ausgegangen, dass das Kraftfahrzeug 105 in der Darstellung von 2 von unten nach oben entlang der Fahrtrajektorie 145 fährt, dabei zunächst langsamer wird, etwa in der Mitte der Darstellung stehenbleibt und nach einer gewissen Wartezeit wieder beschleunigt und nach oben weiterfährt. Positionen 205 werden dabei in gleichen zeitlichen Abständen bestimmt. Positionen 205, die am sich bewegenden Kraftfahrzeug 105 bestimmt wurden, sind hell als Positionen 205.1 dargestellt und Positionen 205 des stillstehenden Kraftfahrzeugs 105 sind dunkel als Positionen 205.2 dargestellt.
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Im dargestellten Beispiel wirkt auf die Positionen 205 an der Stelle, wo das Kraftfahrzeug 105 anhält, ein verstärkter systematischer Fehler, beispielsweise aufgrund von Mehrwegausbreitung, der die Positionen 205 in der Darstellung nach links beeinflusst. Würden alle bestimmten Positionen 205 bei der Bestimmung der Fahrtrajektorie 145 gleich gewichtet werden, so müsste die Fahrtrajektorie 145 an dieser Stelle weiter links liegen.
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Es wird vorgeschlagen, die Fahrtrajektorie 145 auf der Basis gewichteter Positionen 205 zu bestimmen. Jeder Position 205 kann dabei eine Gewichtung zugeordnet werden, die in einer ersten Variante ihre Signifikanz oder in einer zweiten Variante ihre Messunsicherheit ausdrückt. Jede Position 205 umfasst üblicherweise mehrere Komponenten, die beispielsweise einem Längengrad, einem Breitengrad und einer Höhe eines Geoids zugeordnet sind. Der bestimmten Position 205 kann eine Kovarianzmatrix zugeordnet sein, deren Komponenten jeweils die Messunsicherheit einer der Komponenten der Position 205 ausdrücken. Durch Skalieren der Kovarianzmatrix kann die angenommene Messungenauigkeit vergrößert oder verkleinert werden, wodurch das Gewicht der Position 205 bei der Bestimmung der Fahrtrajektorie 145 verkleinert oder vergrößert werden kann.
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Im Folgenden wird eine exemplarisch gewählte Position 205.3 betrachtet. Es wird vorgeschlagen, dass das Gewicht der Position 205.3 umso größer bestimmt wird, je weniger andere Positionen 205 sich innerhalb eines vorbestimmten ersten räumlichen Abstands 210 zu ihr befinden. In 2 ist der erste räumliche Abstand 210 als Kreislinie mit einem vorbestimmten Radius um die betrachtete Position 205.3 dargestellt. Alle innerhalb der Kreislinie 210 liegenden Positionen 205 können so das Gewicht der betrachteten Position 205.3 für die Bestimmung der Fahrtrajektorie 145 verringern bzw. die der betrachteten Position 205.3 zugeordnete Kovarianzmatrix mit einem Faktor größer 1 skalieren, sodass eine zugeordnete Messunsicherheit vergrößert ist. In einer weiteren Ausführungsform ist noch ein zweiter räumlicher Abstand 215 um die betrachtete Position 205.3 vorgesehen, wobei der zweite räumliche Abstand 215 größer als der erste räumliche Abstand 210 ist. Alle innerhalb des zweiten räumlichen Abstands 215 liegenden Positionen 205 können zur Verringerung des Gewichts bzw. vergrößernden Skalierung der Kovarianzmatrix der betrachteten Position 205.3 beitragen. Dabei liegt der erste räumliche Abstand 210 beispielsweise in einem Bereich von ca. 20 m, während der zweite räumliche Abstand 215 in einem Bereich von beispielsweise ca. 20 km liegen kann. Positionen 205, die innerhalb beider räumlicher Abstände 210, 215 liegen, können so auch mehrfach das Gewicht der betrachteten Position 205.3 verringern bzw. die ihm zugeordnete Kovarianzmatrix vergrößernd skalieren. Mittels des ersten räumlichen Abstands 210 kann insbesondere ein systematischer Fehler aufgrund von Mehrwegausbreitung und auf der Basis des zweiten räumlichen Abstands 215 insbesondere ein durch die Ionosphäre 140 bedingter systematischer Fehler verringert werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300, das insbesondere mittels der Vorrichtung 110 an Bord des Kraftfahrzeugs 105 ausgeführt werden kann.
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In einem Schritt 305 wird mittels des Empfängers 120 eine Position 205 bestimmt. In einem Schritt 310 können Positionen 205 bestimmt werden, die in einer vorbestimmten Nachbarschaftsbeziehung zur bestimmten Position 205 stehen. Insbesondere können Positionen 205 bestimmt werden, die innerhalb eines vorbestimmten Abstands 210, 215 liegen.
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Auf der Basis der bestimmten benachbarten Positionen 205 kann in einem Schritt 315 eine Gewichtung der im Schritt 305 bestimmten Position 205 bestimmt werden. Anstelle der Gewichtung kann auch eine Messunsicherheit bestimmt werden. Mit einer steigenden Anzahl von weiteren Positionen 205 in der vorbestimmten Nachbarschaftsbeziehung zur bestimmten Position 205 können das Gewicht sinken oder die Messunsicherheit steigen. In einem Schritt 320 kann eine gewichtete bzw. mit einer angepassten Messungenauigkeit versehene Position 205 bestimmt werden.
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In einem Schritt 325 kann auf der Basis einer Vielzahl bestimmter Positionen 205 und ihnen jeweils zugeordneter Gewichte bzw. Messunsicherheiten die Fahrtrajektorie 145 bestimmt werden. Es ist bevorzugt, dass die Bestimmung der Fahrtrajektorie 145 zusätzlich auf der Basis einer oder mehrerer odometrischer Informationen bestimmt wird. Dazu können in einem Schritt 330 ein Odometer und/oder in einem Schritt 335 ein weiterer Sensor 160 an Bord des Kraftfahrzeugs 105 abgetastet werden. Die abgetasteten odometrischen Informationen können so zusammen mit den bestimmten Positionen 205 verbessert zur Bestimmung der Fahrtrajektorie 145 verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Fahrtrajektorie 145 zur Kartographierung der Fahrstraße 150 verwendet werden. Dazu können insbesondere Fahrtrajektorien 145 einer Vielzahl Kraftfahrzeuge 105 gesammelt und ausgewertet werden. Dazu können die Fahrtrajektorien 145 an einer zentralen Stelle gesammelt werden, wohin sie beispielsweise mittels einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung übertragen werden können. Zusätzlich zu den Fahrtrajektorien 145 können beispielsweise Abtastungen ausgewertet werden, die beispielsweise in den Schritten 330 oder 335 erhoben wurden. Die Bestimmung der Fahrtrajektorie 145 im Schritt 325 kann zusätzlich eine Position, Existenz oder Ausführung eines Objekts im Umfeld des Kraftfahrzeugs 105 berücksichtigen. Dabei kann einerseits die Fahrtrajektorie 145 auf der Basis der Abtastung bestimmt werden, andererseits kann das Objekt in Abhängigkeit der bestimmten Fahrtrajektorie betrachtet werden. Die gleichzeitige Bestimmung des Objekts und der Fahrtrajektorie kann mittels SLAM erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Kraftfahrzeug
- 110
- Vorrichtung
- 115
- Verarbeitungseinrichtung
- 120
- Empfänger
- 125
- satellitengestütztes Navigationssystem
- 130
- Schnittstelle
- 135
- Satellit
- 140
- Ionosphäre
- 145
- Fahrtrajektorie
- 150
- Fahrstraße
- 155
- Fahrspur
- 160
- Sensor
- 205
- Position
- 205.1
- Position während der Fahrt
- 205.2
- Position im Stillstand
- 205.3
- exemplarisch betrachtete Position
- 210
- erster räumlicher Abstand
- 215
- zweiter räumlicher Abstand
- 300
- Verfahren
- 305
- Bestimmen Position
- 310
- Bestimmen benachbarte Positionen (erster, zweiter Abstand)
- 315
- Bestimmen Gewichtung
- 320
- Bestimmen gewichtete Position
- 325
- Bestimmen Fahrtrajektorie
- 330
- Abtasten Odometer
- 335
- Abtasten weiterer Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013208521 A1 [0003]
