DE102019201222A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Karte - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Karte, umfassend zumindest folgende Schritte:a) Ermitteln von Bewegungsinformationen über die Bewegung des Fahrzeugs,b) Ermitteln von Verlaufsinformationen, die für den Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke charakteristisch sind, unter Verwendung von in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen,c) Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in einer digitalen Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Karte, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein Steuergerät für ein Fahrzeug. Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet im Zusammenhang mit dem hoch automatisierten oder autonomen Fahren zur Anwendung zu kommen.
  • Stand der Technik
  • Ein Autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das ohne Fahrer auskommt. Das Fahrzeug fährt dabei autonom, indem es beispielsweise den Straßenverlauf, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse selbständig erkennt und die entsprechenden Steuerbefehle im Fahrzeug berechnet sowie diese an die Aktuatoren im Fahrzeug weiterleitet, wodurch der Fahrverlauf des Fahrzeugs korrekt beeinflusst wird. Der Fahrer ist bei einem vollautonomen Fahrzeug nicht am Fahrgeschehen beteiligt.
  • Unter anderem benötigt ein Fahrzeug für einen autonomen Betrieb eine Sensorik, die in der Lage ist eine hochgenaue Fahrzeugposition, insbesondere mit Hilfe von Navigationssatellitendaten (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo), zu ermitteln. Hierzu werden gegenwärtig GNSS(Globales Navigationssatellitensystem)-Signale über eine GNSS-Antenne auf dem Fahrzeugdach empfangen und mittels eines GNSS-Sensors verarbeitet. Hierbei können zusätzlich GNSS-Korrekturdaten zur Steigerung des Ortungsergebnisses berücksichtigt werden. Besonders vorteilhafte GNSS-Sensoren sind sog. Bewegungs- und Positionssensoren, die unter Verwendung von GNSS-Daten zumindest eine Fahrzeugposition oder einer Fahrzeugausrichtung bzw. Fahrzeugbewegung ermitteln können.
  • Bereits heute werden in einem Bewegungs- und Positionssensor die Raddrehzahlen, der Lenkwinkel sowie Inertialsensordaten des Fahrzeugs zusammen mit GNSS-Daten verwendet, um die Position des Fahrzeugs im Raum möglichst genau zu bestimmen. Darüber hinaus kann der Bewegungs- und Positionssensor Daten, beispielweise hochgenaue Inertialdaten, wie etwa Drehraten- und Beschleunigungsdaten auch anderen Sensoren oder Steuergeräten des Fahrzeugs zur Verfügung stellen (z.B. für eine sog. Safe Stop Funktion).
  • Offenbarung der Erfindung
  • Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Bestimmung einer (Eigen-)Position eines (Kraft-) Fahrzeugs in einer digitalen (Straßen-)Karte, umfassend zumindest folgende Schritte:
    1. a) Ermitteln von Bewegungsinformationen über die Bewegung des Fahrzeugs,
    2. b) Ermitteln von Verlaufsinformationen, die für den Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke charakteristisch sind, unter Verwendung von in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen,
    3. c) Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in einer digitalen Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind.
  • Die Schritte a), b) und c) werden in der Regel in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Das hier vorgeschlagene Verfahren erlaubt in vorteilhafter Weise eine möglichst genaue Eigenlokalisierung des Fahrzeugs auch bei unzureichendem GNSS-Empfang oder einem Ausfall des GNSS-Systems des Fahrzeugs. Darüber hinaus kann das Verfahren in vorteilhafter Weise dazu beitragen eine initiale Position des Fahrzeugs zu ermitteln. Insbesondere wird ein Verfahren zur genauen Positionsbestimmung eines Fahrzeugs auf einer hochgenauen und/oder digitalen Karte mit Hilfe von (hochgenauen) Drehraten- und Beschleunigungsdaten, vorzugsweise eines Bewegungs- und Positionssensors des Fahrzeugs beschrieben.
  • In Schritt a) erfolgt ein Ermitteln von Bewegungsinformationen über die (Eigen- ) Bewegung des Fahrzeugs. Dabei werden vorzugsweise Bewegungsdaten über die Bewegung des Fahrzeugs ermittelt. Das Ermitteln der Bewegungsinformationen bzw. Bewegungsdaten erfolgt insbesondere mittels mindestens eines Sensors des Fahrzeugs. Bei dem mindestens einen Sensor kann es sich beispielsweise um einen Raddrehzahlsensor, einen Lenkwinkelsensor und/oder einen Inertialsensor, wie beispielsweise einen Drehraten- und/oder Beschleunigungssensor des Fahrzeugs handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Sensor um einen (kombinierten) Bewegungs- und Positionssensor des Fahrzeugs.
  • In Schritt b) erfolgt ein Ermitteln von Verlaufsinformationen, die für den Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke charakteristisch sind, unter Verwendung von (bzw. der) in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen. Alternativ oder kumulativ kann in Schritt b) ein digitaler Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke ermittelt werden. Dieser Verlauf kann unter Verwendung von in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen und/oder unter Verwendung von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen ermittelt werden. Dabei werden insbesondere solche Verlaufsinformationen ermittelt, die für den Verlauf der von dem Fahrzeug seit der letzten bzw. (unmittelbar) vorhergehenden (erfolgreichen) Positionsbestimmung (gemäß dem hier beschriebenen Verfahren) zurückgelegten Wegstrecke charakteristisch sind. Schritt b) kann insbesondere von einem (Karten-)Steuergerät des Fahrzeugs durchgeführt werden. Hierzu kann das Steuergerät Bewegungsinformationen, wie insbesondere Drehraten- und Beschleunigungsdaten von einem Sensor des Fahrzeugs empfangen.
  • In Schritt c) erfolgt ein Abgleichen von (bzw. der) in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in einer (bzw. der) digitalen (Straßen-)Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind. Wenn in Schritt b) ein digitaler Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke ermittelt wird, kann in Schritt c) ein Abgleichen des in Schritt b) ermittelten Verlaufs mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in der digitalen Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind, erfolgen. Bei den Karteninformationen handelt es sich in der Regel um Kartendaten der digitalen (Straßen-)Karte. Diese Kartendaten beschreiben insbesondere in der Karte hinterlegte Straßenverläufe. Insbesondere erfolgt in Schritt c) ein Ermitteln der (Eigen-)Position des Fahrzeugs durch Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in einer digitalen (Straßen-)Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind. Schritt c) kann insbesondere von einem (Karten-)Steuergerät des Fahrzeugs durchgeführt werden.
  • Bei dem Verfahren kann insbesondere aus Inertialdaten, wie beispielsweise Drehraten- und/oder Beschleunigungsdaten eine für den Verlauf des momentan von dem Fahrzeugs befahrenen Streckenabschnitts charakteristische Information (beispielsweise eine charakteristische Abfolge von Abbiegewinkeln) ermittelt werden, um anschließend mittels eines Abgleichs dieser Information mit einer elektronischen Karte („map matching“) die Position des befahrenen Streckenabschnitts in der Karte zu ermitteln.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen unter Verwendung von zumindest einer der folgenden Datenquellen erzeugt werden: Drehratensensor, Beschleunigungssensor oder Geschwindigkeitssensor des Fahrzeugs. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondre, dass die in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen Drehratendaten, Beschleunigungsdaten und/oder Geschwindigkeitsdaten und/oder Weginformationen des Fahrzeugs umfassen.
  • Mithilfe des Verfahrens kann eine hochgenaue Ortung des Fahrzeugs in einer hochgenauen Karte über der Zeit erfolgen, ohne dass dabei notwendigerweise eine GNSS Position ermittelt werden muss. Das Verfahren ist beispielsweise auch dann anwendbar, wenn eine vorhandene GNSS Kommunikation, beispielsweise aufgrund eines Sonnensturms, nicht verfügbar ist (Fallback). Beispielsweise kann das Verfahren insbesondere dann durchgeführt werden, wenn in einem Fahrzeug hochgenaue Beschleunigungs- und Drehratensignale aus mindestens einem Sensor vorhanden sind, sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass in Schritt a) Beschleunigungs- und Drehratensignale mittels mindestens eines Sensors des Fahrzeugs ermittelt und/oder von dem (Karten- )Steuergerät des Fahrzeugs eingelesen werden können.
  • Ein besonders vorteilhafter Aspekt des Verfahrens kann darin gesehen werden, primär die Drehraten -und Beschleunigungsdaten eines Bewegungs- und Positionssensors eines Fahrzeugs für die genaue und/oder initiale Positionsbestimmung eines Fahrzeugs auf einer hochgenauen Karte zu verwenden. Hochgenaue Drehraten- und Beschleunigungsdaten des Bewegungs- und Positionssensors können hierzu beispielsweise an ein (weiteres und/oder von dem Bewegungs- und Positionssensor separates) Steuergerät weitergeleitet, beispielsweise über einen Fahrzeugbus. Auf dem Steuergerät, bei dem es sich vorzugsweise um ein Kartensteuergerät handelt, befindet sich eine hochgenaue Karte der Welt mit allen bekannten Straßen.
  • Mithilfe eines vorzugsweise intelligenten Algorithmus, wie beispielsweise einem (künstlichen) neuronalen Netz, der als künstliche Intelligenz implementiert sein kann, kann nun ein sehr schnelles Matching von beispielsweise Drehratenänderungen und/oder Beschleunigungsänderungen über der Zeit auf eine bestimmte Straße auf der Karte erfolgen. Beispielsweise kann eine (bestimmte) Anzahl von Abbiegevorgängen innerhalb des Steuergeräts zwischengespeichert und/oder die (hochgenauen) Drehratenänderungen über der Zeit über Integrationsvorgänge in (hochgenaue) Abbiegewinkel überführt werden. Darüber hinaus kann die Zeit zwischen den Abbiegevorgängen, beispielsweise zusammen mit der GNSS-Geschwindigkeit aus dem Bewegungs- und Positionssensor und/oder den Raddrehzahlen des Fahrzeugs und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um die Länge von Streckenabschnitten zwischen zwei Abbiegevorgängen (hochgenau) zu bestimmen.
  • In vorteilhafter Weise kann mithilfe der Drehratenänderung bzw. Beschleunigungsänderung bzw. des (hochgenau) bestimmten Abbiegewinkels und der Länge eines Straßenabschnitts zwischen den Abbiegevorgängen die Position des Fahrzeugs in der Welt (auch bei einem Ausfall von GNSS Kommunikation) nach wenigen Abbiegevorgängen (hochgenau) bestimmt werden. Hierzu trägt insbesondere bei, dass sich die Winkel von Straßenabschnitten in der Regel stets unterscheiden. Indem beispielsweise vier oder fünf Abbiegevorgänge sowie die dazugehörigen Abbiegewinkel und die dazwischenliegenden Straßenabschnitte und deren Längen (hochgenau) bestimmt werden, kann beispielsweise unter Verwendung der künstlichen Intelligenz, wie etwa dem neuronalen Netz, ein Abgleichen (Matching) auf bekannte Straßen auf der (hochgenauen) Karte durchgeführt werden und somit die Position des Fahrzeugs in der Welt (hochgenau) bestimmen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Position des Fahrzeugs in der Welt beim Fahrzeugstart mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens (hochgenau) bestimmt werden. Dies erfolgt vorzugsweise noch bevor ein GNSS Positionsfix vorhanden ist, bzw. sobald das Fahrzeug unterwegs ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn das Suchgebiet in der Karte unter Verwendung mindestens einer Zusatzinformation über die Position des Fahrzeugs eingegrenzt wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Verlauf einer momentan von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke so weit verfolgt wird bis die Position des Verlaufs in der Karte durch Abgleichen des Verlaufs mit in der Karte hinterlegten Verläufen von Straßen (eindeutig) bestimmt werden kann. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Verlauf der zurückgelegten Wegstrecke (immer) so weist bzw. die zugehörigen Verlaufsinformationen so lange nachvollzogen (insbesondere zwischengespeichert) werden, bis der Verlauf bzw. die Verlaufsinformationen ausreichend detailliert ist, um die Position dieses Verlaufs (der momentan bzw. zuletzt von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke) bzw. des zugehörigen Straßenverlaufs in der Karte (eindeutig) identifizieren zu können. Die momentan von dem Fahrzeug zurückgelegte Wegstrecke kann dabei insbesondere den Streckenabschnitt betreffen, den das Fahrzeug seit der letzten erfolgreichen Positionsbestimmung gemäß dem hier vorgestellten Verfahren zurückgelegt hat.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die in Schritt b) ermittelten Bewegungsinformationen, insbesondere zu einer (bestimmten) Anzahl von Abbiegevorgängen, die Distanz(en) zwischen aufeinanderfolgenden Abbiegevorgängen und/oder mindestens einen Abbiegewinkel umfassen. Die Bewegungsinformationen umfassen vorzugsweise zumindest die Abbiegewinkel von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Abbiegevorgängen und die Distanz zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Abbiegevorgängen. Alternativ oder kumulativ können die Bewegungsinformationen zumindest die jeweilige Distanz (bzw. die zwei Distanzen) zwischen drei aufeinanderfolgenden Abbiegevorgängen und den Abbiegewinkel zu zumindest dem Zweiten der drei aufeinanderfolgenden Abbiegevorgängen umfassen. Die Abbiegewinkel können beispielsweise mittels Drehratendaten bzw. mindestens einem Drehratensensor und/oder Lenkwinkelsensor des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Distanzen können beispielsweise über die zwischen die Abbiegevorgängen verstrichene Zeit und die Fahrzeuggeschwindigkeit während dieser Zeit(-Dauer) ermittelt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann dabei beispielhaft mittels mindestens einem Raddrehzahlsensor, GNSS-Sensor oder Beschleunigungssensor ermittelt werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Abgleichen in Schritt c) mittels eines zumindest lernfähigen oder maschinell gelernten Algorithmus durchgeführt wird. Bei dem lernfähigen und/oder maschinell gelernten Algorithmus handelt es sich vorzugsweise um einen lernfähigen und/oder maschinell gelernten Suchalgorithmus. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Algorithmus um ein künstliches neuronales Netz. Eingänge in dieses neuronale Netz können beispielsweise Kartendaten der digitalen (Straßen-) Karte sowie Bewegungsdaten, wie etwa Drehratendaten, Beschleunigungsdaten und/oder Geschwindigkeitsdaten des Fahrzeugs sein. Das neuronale Netz kann weiterhin dazu eingerichtet sein eine Position auf der digitalen Karte auszugeben. Der Algorithmus ist vorzugsweise in einem (Karten- )Steuergerät für das Fahrzeug hinterlegt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein Suchgebiet in der Karte unter Verwendung mindestens einer Zusatzinformation über die (grobe bzw. ungefähre) Position des Fahrzeugs (a priori) eingegrenzt wird. Dies kann in vorteilhafter Weise zu einer Beschleunigung des Verfahrens oder dazu beitragen, dass das Verfahren noch schneller durchgeführt werden kann, da die infrage kommenden Straßen bereits auf ein bestimmtes Gebiet auf der Karte eingegrenzt werden können. Alternativ oder kumulativ kann aus einem mehrdeutigen Ergebnis des Abgleichs gemäß Schritt c) mittels mindestens einer Zusatzinformation über die Position des Fahrzeugs ein eindeutiges Ergebnis bestimmt werden.
  • Bei der Zusatzinformation kann es sich beispielsweise um mindestens ein mittels beispielsweise einer Umfeldsensorik des Fahrzeugs erkanntes Objekt und/oder Umgebungsmerkmal im Umfeld des Fahrzeugs handeln. Als Zusatzinformation kann in diesem Zusammenhang auch erkannt werden, ob sich das Fahrzeug in einem urbanen bzw. dicht bebauten Gebiet befindet. Die Umfeldsensorik kann beispielsweise eine Kamera, einen RADAR-Sensor, einen LIDAR-Sensor und/oder einen Ultraschallsensor umfassen.
  • Alternativ oder kumulativ kann eine Kommunikationsverbindung zu einem Mobilfunknetz (z.B. über Car-to-X) aufgebaut und daraus, beispielsweise über eine Funkzellenortung, eine Position des Fahrzeugs grob bestimmt werden. Dier hierfür erforderlichen Daten können beispielsweise über eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsverbindung (engl.: Car-to-X Communication) empfangen werden. Unter Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation (engl.: Car-to-Car Communication, oder kurz: Car2Car oder C2C) wird der Austausch von Informationen und Daten zwischen (Kraft-)Fahrzeugen verstanden. Ziel dieses Datenaustausches ist es, dem Fahrer frühzeitig kritische und gefährliche Situationen zu melden. Die betreffenden Fahrzeuge sammeln Daten, wie ABS-Eingriffe, Lenkwinkel, Position, Richtung und Geschwindigkeit, und senden diese Daten über Funk (WLAN, UMTS, etc.) an die anderen Verkehrsteilnehmer. Dabei soll die „Sichtweite“ des Fahrers mit elektronischen Mitteln verlängert werden. Unter Fahrzeug-zu-Infrastruktur Kommunikation (engl.: Car-to-Infrastructure, oder kurz: C2I) wird der Austausch von Daten zwischen einem Fahrzeug und der umliegenden Infrastruktur (z.B. Lichtzeichenanlagen) verstanden. Die genannten Technologien basieren auf dem Zusammenwirken von Sensoren der verschiedenen Verkehrspartner und verwenden neueste Verfahren der Kommunikationstechnologie zum Austausch dieser Informationen. Fahrzeug-zu-X ist hierbei ein Oberbegriff für die verschiedenen Kommunikationsverbindungen, wie Fahrzeug-zu-Fahrzeug und Fahrzeug-zu-Infrastruktur.
  • Als Zusatzinformationen können auch Höhenangaben dienen. In diesem Zusammenhang können gemäß einer weiteren Ausführungsform neben den genannten Eingangsgrößen, wie insbesondere Drehraten- und Beschleunigungsdaten, im (Karten-)Steuergerät auch Höhenangaben berücksichtigt werden. Diese Höhenangaben können beispielsweise aus einer groben Ortung des Fahrzeugs über eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsverbindung (z.B. über Messung der Laufzeit der Fahrzeug-zu-X-Signale) bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Höhe über einen Drucksensor innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere innerhalb des Bewegungs- und Positionssensors, oder über ein weiteres Steuergerät grob ermittelt werden. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise eine deutliche Einschränkung der infrage kommenden Straßenabschnitte beim Matching auf der (hochgenauen) digitalen Karte.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs weiterhin auch auf Merkmalsinformationen aus einer digitalen Merkmalskarte zurückgegriffen wird. In der digitalen Merkmalskarte sind in der Regel Positionen und Eigenschaften von Umgebungsmerkmalen hinterlegt. Die Merkmalskarte wird allgemein auch als „Feature Map“ bezeichnet. Demgegenüber sind in digitalen Straßenkarten in der Regel die Verläufe von Straßen hinterlegt. Auch sind Karten denkbar, in denen Merkmalskarten und Straßenkarten miteinander kombiniert sind. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn Merkmalsinformationen zur (a prioi) Eingrenzung des Suchgebiets in der (Straßen-)Karte und/oder dazu genutzt werden, aus einem mehrdeutigen Ergebnis des Abgleichs gemäß Schritt c) ein eindeutiges Ergebnis zu bestimmen. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Merkmalsinformationen auch Zusatzinformationen im oben beschriebenen Sinne darstellen können.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird insbesondere vorgeschlagen, dass das hier beschriebene Verfahren zur Positionsbestimmung (mithilfe der Abbiegevorgänge und Streckenabschnitte) mit einer Feature Map basierten Lokalisierung des Fahrzeugs kombiniert wird. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise mithilfe mehrerer Abbiegevorgänge eine mögliche Position des Fahrzeugs innerhalb der Welt (in der digitalen Straßenkarte) bestimmt und gleichzeitig mithilfe von Features auf einer Feature Map überprüft werden, ob sich das Fahrzeug tatsächlich an dieser Position befindet. Auf diese Weise können in vorteilhafter Weise mögliche redundante Positionen eines Fahrzeugs auf einer (hochgenauen) (Straßen-) Karte, beispielsweise nach ein bis zwei Abbiegevorgängen mithilfe von vorhandenen Features in der Umwelt nochmals deutlich eingeschränkt werden. Das hier beschriebene Verfahren zur Positionsbestimmung kann auf diese Weise insbesondere nochmals deutlich beschleunigt werden.
  • Zusammengefasst kann dies auch so beschrieben werden, dass die Positionsbestimmung des Fahrzeugs in dieser Ausführungsform sowohl mithilfe von Features als auch mithilfe von Streckenabschnitten und/oder Abbiegevorgängen in besonders vorteilhafter Weise schnellstmöglich und hoch genau bestimmt werden kann. Hierbei kann ein intelligenter Algorithmus, wie beispielsweise ein Suchbaum oder ein Neuronales Netz zur Anwendung kommen. Sofern keine GNSS basierte Position im Fahrzeug vorhanden ist, bietet diese Ausführungsform den Vorteil einer sehr schnellen Positionsbestimmung mit nur wenigen Abbiegevorgängen auf einer (hochgenauen) Karte, da die möglichen Positionen mithilfe der vorhandenen Features aus der Umwelt (mit Umfeldsensoren des Fahrzeugs erkannt), deutlich eingeschränkt werden können.
  • Beispielsweise kann das hier beschriebene Verfahren zur Positionsbestimmung ohne auf Merkmalsinformationen aus einer Feature Map zurückgreifen zu können beispielsweise ca. fünf Abbiegevorgänge für eine Ortung und Positionsbestimmung des Fahrzeugs auf der Karte benötigen. Mithilfe der Ausführungsform mit Zugriff auf eine Feature Map kann demgegenüber beispielsweise eine hochgenaue Positionsbestimmung des Fahrzeugs in der Welt bereits nach ein bis drei Abbiegevorgängen ermittelt werden.
  • Wenn das Verfahren mit einer Feature Map kombiniert wird, kann in vorteilhafter Weise auch eine Feature-Map-basierte Positionsbestimmung nochmals beschleunigt werden. Die Feature Map basierte Positionsbestimmung kann mithilfe des Verfahrens somit in vorteilhafter Weise deutlich verbessert werden.
  • Insbesondere in diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das beschriebene Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Merkmalskarte oder einer digitalen kombinierten Merkmals- und Straßenkarte dient. Auch in diesem Zusammenhang kann in Schritt c) ein Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen erfolgen, die für den Verlauf von in einer digitalen (Straßen- )Karte (oder ggf. der kombinierten Merkmals- und Straßenkarte) hinterlegten Straßen charakteristisch sind. Denkbar ist auch in diesem Zusammenhang, dass in Schritt c) ein Ermitteln der (Eigen-)Position des Fahrzeugs durch Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen erfolgt, die für den Verlauf von in einer digitalen (Straßen-) Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind. Das Abgleichen oder Ermitteln der Position mit der (Straßen-)Karte kann in diesem Zusammenhang insbesondere zu einer Beschleunigung der merkmalskartenbasierten Positionsbestimmung beitragen, beispielsweise, indem der Abgleich oder die Position in der (Straßen-)Karte zur Eingrenzung des Suchgebiets in der Merkmalskarte und/oder zur Plausibilisierung der Position in der Merkmalskarte und/oder zum „Eindeutigmachen“ eines möglicherweise mehrdeutigen Positionsergebnisses verwendet wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das beschriebene Verfahren in Kombination mit einer bereits (hochgenau) bestimmten GNSS basierten Position des Fahrzeugs in der Welt verwendet werden, um die Fahrzeugposition auf der Karte noch genauer zu bestimmen. Beispielsweise kann eine vorhandene GNSS basierte Position mithilfe der zusätzlich bestimmten Position mithilfe des Verfahrens plausibilisiert werden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer größeren Abweichung der GNSS Position, die beispielsweise aufgrund von Umwelteinflüssen oder Multipath vorhanden sein kann, die mittels hier vorgeschlagenen Verfahrens bestimmte Position verwendet wird, um das (autonome) Fahrzeug trotzdem sicher durch die Umwelt zu navigieren. Außerdem denkbar ist, dass die (hochgenau) bestimme Fahrzeugpositionen aus den GNSS Daten und das hier vorgeschlagene Verfahren zu einer Gesamtfahrzeugposition kombiniert werden (Fusion).
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren auch innerhalb von zumindest teilweise begrenzten Räumen, wie etwa Tunneln oder Parkhäusern durchgeführt werden, in welchen üblicherweise kein GNSS Empfang vorhanden ist. Sofern die Parkhäuser und Tunnel innerhalb der (hochgenauen)digitalen Karte vorhanden sind (bezüglich Geometrie, Parklücken und Etagen), ist auch eine hochgenaue Indoorortung des Fahrzeugs möglich. Auch in diesem Zusammenhang ist eine Kombination mit Merkmalen (Features) aus einer Merkmalskarte (Feature Map) zur Beschleunigung des Verfahrens möglich.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens vorgeschlagen. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das hier vorgeschlagene Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Steuergerät für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise ein maschinenlesbares Speichermedium umfassen, auf dem ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens hinterlegt ist. Weiterhin kann das Steuergerät beispielhaft einen Prozessor umfassen, der auf das maschinenlesbare Speichermedium zugreifen und das Programm ausführen kann. Bei dem Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um ein Kartensteuergerät. Auf diesem ist insbesondere eine digitale (Straßen-) Karte hinterlegt.
  • Darüber hinaus kann auch ein (Kraft-) Fahrzeug angegeben werden, umfassend ein hier vorgeschlagenes Steuergerät. Zudem kann das Fahrzeug beispielsweise einen Bewegungs- und Positionssensoren umfassen. Der Bewegungs- und Positionssensoren und das Steuergerät können dabei so miteinander verbunden sein, dass zumindest Drehratendaten und/oder Beschleunigungsdaten von dem Bewegungs- und Positionssensor an das Steuergerät übermittelt werden können. bei dem Fahrzeug handelt kann es sich beispielsweise um ein (Kraft-) Fahrzeug handeln, welches für einen hoch automatisierten und/oder autonomen Betrieb eingerichtet ist, insbesondere um ein autonomes Automobil.
  • Bei dem Bewegungs- und Positionssensoren handelt es sich bevorzugt um einen GNSS-Sensor. Der Bewegungs- und Positionssensor kann ein Positions- und Ausrichtungssensor sein. Darüber hinaus kann der GNSS-Sensor als GNSS basierter Positions- und Ausrichtungssensor ausgestaltet sein. GNSS- bzw. (Fahrzeug-)Bewegungs- und Positionssensoren werden für das automatisierte bzw. autonome Fahren benötigt und berechnen eine Hochgenaue Fahrzeugposition mit Hilfe von Navigationssatellitendaten (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo), die auch als Navigationssatellitensystem)-Daten bezeichnet werden. Die Berechnung basiert hierbei im Grunde auf einer Laufzeitmessung der (elektromagnetischen) GNSS-Signale von mindestens vier Satelliten. Darüber hinaus können Korrekturdaten von so genannten Korrekturdiensten im Sensor mitverwendet werden, um die Position des Fahrzeugs noch genauer zu berechnen. Zusammen mit den empfangenen GNSS-Daten wird im Sensor regelmäßig auch eine hochgenaue Zeit (wie Universal Time) eingelesen und für die genaue Positionsbestimmung verwendet. Weitere Eingangsdaten in den Positionssensor können Raddrehzahlen, Lenkwinkel, sowie Beschleunigungs- und Drehratendaten sein. Bevorzugt ist der Bewegungs- und Positionssensor dazu eingerichtet, eine Eigenposition, Eigenorientierung und Eigengeschwindigkeit auf Basis von GNSS-Daten zu ermitteln.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogram, dem Speichermedium, dem Steuergerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch:
    • 1: einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens, und
    • 2: ein Fahrzeug mit einem hier vorgestellten Steuergerät.
  • 1 zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Verfahren dient zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Karte. Die mit den Blöcken 110, 120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) ergibt sich bei einem regulären Betriebsablauf des Verfahrens.
  • In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Ermitteln von Bewegungsinformationen über die Bewegung des Fahrzeugs. In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Ermitteln von Verlaufsinformationen, die für den Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke charakteristisch sind, unter Verwendung von in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen. In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in einer digitalen Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind.
  • 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10 mit einem hier vorgestellten Steuergerät 20. Das Steuergerät 20 ist zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
  • Das beschriebene Verfahren ermöglicht insbesondere einen oder mehrere der nachfolgenden Vorteile:
    • • Eine hochgenaue Position eines autonomen Fahrzeugs kann auf einer hoch genauen Karte rein basierend auf Abbiegevorgängen und Streckenabschnitten zwischen den Abbiegevorgängen bestimmt werden.
    • • Die Positionsbestimmung kann auch bei einem Ausfall von GNSS, beispielsweise als Fallbacklösung verwendet werden.
    • • Auch eine Plausibilisierung von GNSS Positionen oder Feature Map basierten Positionen kann mithilfe des Verfahrens erfolgen.
    • • Denkbar ist zudem eine verbesserte GNSS Positionsbestimmung in der Welt, da eine initiale Position eines Fahrzeugs in der Welt eventuell schon vor einem GNSS Fix berechnet werden kann.
    • • In Kombination mit einer vorhandenen Feature Map auf dem Fahrzeug kann das Verfahren zu einer sehr schnellen hochgenauen Positionsbestimmung des Fahrzeugs in der Umwelt eingesetzt werden.
    • • Indem auf einem autonomen Fahrzeug eine alternative, zusätzliche und/oder redundante Positionsbestimmung mithilfe des Verfahrens durchgeführt wird, steigt die Sicherheit und Zuverlässigkeit beim Betrieb autonomer Fahrzeuge.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs in einer digitalen Karte, umfassend zumindest folgende Schritte: a) Ermitteln von Bewegungsinformationen über die Bewegung des Fahrzeugs, b) Ermitteln von Verlaufsinformationen, die für den Verlauf einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke charakteristisch sind, unter Verwendung von in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen, c) Abgleichen von in Schritt b) ermittelten Verlaufsinformationen mit Karteninformationen, die für den Verlauf von in einer digitalen Karte hinterlegten Straßen charakteristisch sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in Schritt a) ermittelten Bewegungsinformationen unter Verwendung von zumindest einer der folgenden Datenquellen erzeugt werden: Drehratensensor, Beschleunigungssensor oder Geschwindigkeitssensor des Fahrzeugs.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verlauf einer momentan von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke so weit verfolgt wird bis die Position des Verlaufs in der Karte durch Abgleichen des Verlaufs mit in der Karte hinterlegten Verläufen von Straßen bestimmt werden kann.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die in Schritt b) ermittelten Bewegungsinformationen zumindest eine Distanz zwischen aufeinanderfolgenden Abbiegevorgängen oder mindestens einen Abbiegewinkel umfassen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Abgleichen in Schritt c) mittels eines zumindest lernfähigen oder maschinell gelernten Algorithmus durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei ein Suchgebiet in der Karte unter Verwendung mindestens einer Zusatzinformation über die Position des Fahrzeugs eingegrenzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs weiterhin auch auf Merkmalsinformationen aus einer digitalen Merkmalskarte zurückgegriffen wird.
  8. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Steuergerät (20) für ein Fahrzeug (10), wobei das Steuergerät (20) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
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