DE19941003A1 - Determining speed of vehicle, especially autonomous vehicle, involves deriving distance from magnetic marker from vertical and horizontal components of magnetic field of marker - Google Patents

Determining speed of vehicle, especially autonomous vehicle, involves deriving distance from magnetic marker from vertical and horizontal components of magnetic field of marker

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DE19941003A1
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Abstract

The method involves measuring vertical and horizontal components of the magnetic field of a magnetic marker (M) and deriving the distance of the vehicle (F) from the magnetic marker for first and second time points, deriving the distance travelled in the interval between the time points and dividing by the time to derive the speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines autonomen Fahrzeugs, bei dem eine Vertikal-Komponente und eine Horizontal-Komponente eines Magnetfelds einer magnetischen Markierung gemessen und aus mindestens einer dieser beiden Komponenten der Abstand des Fahrzeugs zur magnetischen Markierung für einen ersten Zeitpunkt bestimmt wird.The invention relates to a method for determining the speed of a vehicle, especially an autonomous vehicle in which a vertical component and a Horizontal component of a magnetic field measured by a magnetic marker and the distance of the vehicle from at least one of these two components magnetic marker is determined for a first point in time.

Seit längerer Zeit sind vielfältige Anstrengungen zur Realisierung von autonomen Fahrzeugen unternommen worden, wobei unter einem autonomen Fahrzeug ein Fahrzeug verstanden wird, das sich mit oder ohne Passagiere selbständig von einem Ausgangspunkt zu einem Zielpunkt bewegt. Davon zu unterscheiden sind Fahrzeuge, die mit Draht oder Funk ferngesteuert werden, wobei also ein Mensch weiterhin außerhalb des Fahrzeugs für die Bewegung verantwortlich ist. Zur Durchführung einer derartigen autonomen Bewegung eines autonomen Fahrzeugs entlang eines vorbestimmten Fahrwegs ist es in der Regel erforderlich, die Position eines Fahrzeugs relativ zu einer Markierung oder die absolute Position, bezogen auf einen vordefinierten Nullpunkt eines absoluten, ortsfesten Koordinatensystems, zu bestimmen.For a long time, diverse efforts to implement autonomous Vehicles have been undertaken, taking a vehicle under an autonomous vehicle is understood that with or without passengers independently from a starting point moved to a destination. A distinction is to be made between vehicles with wire or Can be radio controlled remotely, so a person continues outside of the vehicle for the movement is responsible. To carry out such an autonomous movement It is usually an autonomous vehicle along a predetermined route required the position of a vehicle relative to a mark or the absolute Position, based on a predefined zero point of an absolute, stationary Coordinate system to determine.

Ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen ist aus der US-PS 5,347,456 bekannt. Hierbei ist vorgesehen, daß jeweils die horizontale und die vertikale Komponente des Magnetfelds von magnetischen Markierungen, die entlang des zu durchfahrenden Fahrwegs in definierten Abständen angeordnet sind, gemessen werden. Die Spitzenwerte der vertikalen und der horizontalen Komponente werden erfaßt und der seitliche Abstand des Fahrzeugs zu einer jeden Markierung wird dann berechnet, wenn die vertikale Komponente ihren maximalen Wert annimmt, was bedeutet, daß das Fahrzeug den geringsten Abstand zu der magnetischen Markierung eingenommen hat. Es ist bei dem bekannten Verfahren also lediglich möglich, den seitlichen Abstand des Fahrzeugs zu einer magnetischen Markierung zu diskreten Zeitpunkten, nämlich zu denjenigen Zeitpunkten, bei denen sich das Fahrzeug minimal beabstandet zu einer der magnetischen Markierungen befindet, zu ermitteln, was mit sich bringt, daß die daraus gewonnene Information nicht ausreicht, um ein autonomes Fahren des Fahrzeugs entlang des vorgegebenen Fahrwegs durchzuführen. Aus diesem Grund ist bei dem bekannten Verfahren vorgesehen, daß durch eine entsprechende magnetische Binärcodierung von aufeinanderfolgenden magnetischen Markierung Informationen zum Fahrzeug übermittelt werden, welche den Verlauf des Fahrwegs repräsentieren.A method with the features mentioned at the outset is known from US Pat. No. 5,347,456. It is provided that the horizontal and vertical components of the Magnetic field of magnetic markings along the route to be traveled are arranged at defined intervals. The top values of the vertical and horizontal components are detected and the lateral distance of the Vehicle to each mark is calculated when the vertical component assumes their maximum value, which means that the vehicle is the closest distance the magnetic marker. So it is with the known method only possible the lateral distance of the vehicle to a magnetic marking at discrete times, namely those times when the vehicle is  minimally spaced from one of the magnetic markers to determine what to do with entails that the information obtained from it is not sufficient to make it autonomous To drive the vehicle along the specified route. For this Reason is provided in the known method that by a corresponding magnetic binary coding of successive magnetic markers Information about the vehicle is transmitted, including the course of the route represent.

Mit dem bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, mit nur einer magnetischen Markierung (Magnetnagel) die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu bestimmen.With the known method, however, it is not possible to use only one magnetic Marking (magnetic nail) to determine the speed of a vehicle.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß in einfacher Art und Weise die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines autonomen Fahrzeugs, durchführbar ist.It is therefore an object of the invention to provide a method of the type mentioned at the outset to further develop that in a simple manner the determination of the speed of a Vehicle, in particular an autonomous vehicle, is feasible.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß zu einem späteren Zeitpunkt aus mindestens einer dieser Komponenten ein weiterer Abstand des Fahrzeugs zu einem zweiten Zeitpunkt bestimmt wird, daß der im zweiten Zeitintervall zurückgelegte Weg bestimmt und durch Division des Wegs für die Zeit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird.This object is achieved by the method according to the invention in that a a later distance from at least one of these components Vehicle is determined at a second time that in the second time interval the distance covered and the speed by dividing the distance for the time of the vehicle is determined.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß in besonders einfacher Art und Weise durch eine einfache Magnetfeldmessung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmbar ist. Dies ist insbesondere bei autonomen Fahrzeugen von Vorteil, die sich entlang eines durch die magnetischen Markierungen vorgegebenen Fahrwegs bewegen, da hierdurch eine mögliche Ungenauigkeit eines fahrzeuginternen Geschwindigkeitsmessers auf die autonome Fahrbewegung keinen Einfluß hat.The inventive method has the advantage that in a particularly simple manner The speed of the vehicle by means of a simple magnetic field measurement is determinable. This is particularly advantageous for autonomous vehicles that are move along a route specified by the magnetic markings, because this causes a possible inaccuracy of an in-vehicle speedometer the autonomous driving movement has no influence.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:Further details and advantages of the invention are the embodiment remove that is described below with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines autonomen Fahrzeugs, Fig. 1 is a schematic illustration of an autonomous vehicle,

Fig. 2 eine Darstellung der Geometrie zur Berechnung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und Fig. 2 is an illustration of the geometry for calculating the speed of the vehicle, and

Fig. 3 den qualitativen seitlichen Verlauf der vertikalen Feldkomponente des Magnetfelds einer magnetischen Markierung. Fig. 3 shows the qualitative course of the lateral vertical field component of the magnetic field of a magnetic marker.

In der Fig. 1 ist ein handelsübliches und daher nicht mehr näher beschriebenes Fahrzeug F dargestellt, das einen ebenfalls an und für sich bekannten und daher ebenfalls nicht mehr weiter erläuterten Magnetfeldsensor 2 aufweist, mit dem die vertikale Komponente Bv und die horizontale Komponente Bh eines Magnetfelds einer jeden der magnetischen Markierungen M erfaßbar ist, welche den vom autonomen Fahrzeug 1 zu durchfahrenden Fahrweg festlegen. Die einzelnen magnetischen Markierungen sind hierbei ungefähr 1-1,5 m voneinander beabstandet und besitzen ein Magnetfeld, dessen Stärke vorzugsweise derart festgelegt ist, daß in einer Entfernung von ungefähr 25-70 cm von jeder magnetischen Markierung M das Magnetfeld dieser magnetischen Markierung M vom Magnetfeldsensor 2 nicht mehr erfaßbar ist, daß also ein im Mittelbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden magnetischen Markierungen M befindlicher Magnetfeldsensor 2 nicht mehr das von den magnetischen Markierungen M hervorgerufene Magnetfeld, sondern bestenfalls das Erdmagnetfeld mißt. Der Vorteil einer derartigen Anordnung und Ausbildung der magnetischen Markierungen M mit den vorgenannten exemplarischen Werte wird weiter unten noch erläutert werden.In FIG. 1, a commercially available and therefore no longer closer described vehicle F is shown, having a likewise in known per se and therefore also not explained further magnetic field sensor 2, with the vertical component B v and the horizontal component B h of a magnetic field of each of the magnetic markings M can be detected, which define the route to be traveled by the autonomous vehicle 1 . The individual magnetic markings are spaced approximately 1-1.5 m apart and have a magnetic field, the strength of which is preferably determined such that the magnetic field of this magnetic marker M from the magnetic field sensor is at a distance of approximately 25-70 cm from each magnetic marker M. 2 can no longer be ascertained that a magnetic field sensor 2 located in the central region between two successive magnetic markings M no longer measures the magnetic field caused by the magnetic markings M, but at best the earth's magnetic field. The advantage of such an arrangement and design of the magnetic markings M with the aforementioned exemplary values will be explained further below.

Die bei dem beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs F eingehenden geometrischen Verhältnisse sind nun in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird angenommen, daß sich das Fahrzeug F entlang des Kreisbogens K mit dem Radius R um die magnetische Markierung M bewegt. Der im Fahrzeug F installierte Magnetfeldsensor 2 mißt hierbei vorzeichenrichtig die Komponenten Bx, By, Bz des Magnetfelds B der magnetischen Markierung M, welche mit der horizontalen Magnetfeldkomponente Bh gemäß Bh = (Bx 2 + By 2)½ und mit der vertikalen Komponente Bv gemäß Bv = Bz zusammenhängen.The geometric relationships that come into play in the described method for determining the speed of the vehicle F are now shown in FIG. 2. It is assumed here that the vehicle F moves along the circular arc K with the radius R around the magnetic marking M. The magnetic field sensor 2 installed in the vehicle F measures the components B x , B y , B z of the magnetic field B of the magnetic marking M with the correct sign, which with the horizontal magnetic field component B h according to B h = (B x 2 + B y 2 ) ½ and are related to the vertical component B v according to B v = B z .

In Fig. 3 ist nun ein beispielhafter, qualitativer, zeitlicher Verlauf der vertikalen Magnetfeldkomponente Bv als Funktion der Zeit t dargestellt. Wie aus der US-PS 5,347,456, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen explizit bezug genommen und deren Inhalt durch diese Bezugnahme explizit zum Gegenstand der Offenbarung der Anmeldung gemacht wird, bekannt ist, weist die vertikale Magnetfeldkomponente Bv ihr Maximum auf, wenn sich der Magnetfeldsensor 2 und somit das Fahrzeug F an einem Punkt Pmin seines geringsten Abstands dmin zur magnetischen Markierung M befindet, welcher bei dem Diagramm der Fig. 3 zum Zeitpunkt t1 eingenommen wird.In Fig. 3, an exemplary, qualitative, time course of the vertical magnetic field component B v is now shown as a function of time t. As is known from US Pat. No. 5,347,456, to which explicit reference is made to avoid repetitions and whose content is made explicitly the subject of the disclosure of the application by this reference, the vertical magnetic field component B v has its maximum when the magnetic field sensor is located 2 and thus the vehicle F is located at a point P min of its smallest distance d min from the magnetic marking M, which is assumed at the time t 1 in the diagram in FIG. 3.

Bei dem beschriebenen Verfahren ist nun vorgesehen, daß nicht nur der Abstand dmin des Punktes Pmin zur magnetischen Markierung M, welchen das Fahrzeug F zum Zeitpunkt t1 einnimmt, bestimmt wird, sondern daß unter Verwendung der horizontalen Magnetfeldkomponente Bh auch der Abstand d2, welchen das Fahrzeug F zum Zeitpunkt t2 einnimmt, bestimmt wird. Diese Bestimmung des Abstands d2 sowie des Abstands dmin erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die gemessenen Werte der Magnetfeldkomponten Bh, Bv mit den in einer Look-Up-Tabelle gespeicherten Werten verglichen werden und daraus die Abstände dmin, d2 ermittelt werden. Der im Zeitintervall T = t2-t1 zurückgelegte Weg s ergibt sich somit - wenn man nun eine geradlinige Bewegung des Fahrzeugs F entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie L annimmt - zu
In the described method, it is now provided that not only the distance d min of the point P min to the magnetic marking M, which the vehicle F occupies at the time t 1 , is determined, but that the distance d h is also used using the horizontal magnetic field component B h 2 , which the vehicle F occupies at time t 2 , is determined. This determination of the distance d 2 and the distance d min is preferably carried out by comparing the measured values of the magnetic field components B h , B v with the values stored in a look-up table and determining the distances d min , d 2 from them . The distance s covered in the time interval T = t 2 -t 1 thus results - if one assumes a straight-line movement of the vehicle F along the line L shown in FIG. 2 -

s = (d2 2 - dmin 2)½,
s = (d 2 2 - d min 2 ) ½ ,

woraus sich die Geschwindigkeit im Zeitintervall T = t2-t1 zu v = s/T ergibt. Diese Vorgangsweise ermöglicht es besonders einfach, durch eine Magnetfeldmessung, welche insbesondere auch zur Bestimmung der absoluten Position eines Fahrzeugs F von Vorteil ist, die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F zu bestimmen.which results in the speed in the time interval T = t 2 -t 1 to v = s / T. This procedure makes it particularly easy to determine the speed v of the vehicle F by means of a magnetic field measurement, which is also advantageous in particular for determining the absolute position of a vehicle F.

Obige Erläuterungen gehen davon aus, daß sich der Magnetfeldsensor 2 geradlinig an der magnetischen Markierung M vorbeibewegt. Gibt man nun diese Näherung auf und berechnet die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F bei einer Bewegung entlang des Kreisbogens K mit dem Radius R, so ergibt sich der im Zeitintervall T zurückgelegte Weg zu
The above explanations assume that the magnetic field sensor 2 moves in a straight line past the magnetic marking M. If one gives up this approximation and calculates the speed v of the vehicle F during a movement along the circular arc K with the radius R, the distance covered in the time interval T results

s = γ1.R.s = γ 1 .R.

Durch einfache geometrische Berechnungen läßt sich nun die Geschwindigkeitsabweichung zwischen einer geradlinigen Bewegung und einer Kreisbewegung abschätzen. Man erkennt hierbei, daß der Fehler bei typischen Kurvenradien R, die bei einem Fahrzeug F meistens größer als 10 m sind, im Bereich von unter 1% liegen, also in einem für ein autonomes Fahren unkritischen Bereich.The speed deviation can now be determined by simple geometric calculations between a straight line movement and a circular movement. One recognises here that the error in typical curve radii R, which in a vehicle F mostly  are larger than 10 m, are in the range of less than 1%, i.e. in one for an autonomous one Driving uncritical area.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (F), insbesondere eines autonomen Fahrzeugs, bei dem eine Vertikal-Komponente (Bv) und eine Horizontal-Komponente (Bh) eines Magnetfelds (B) einer magnetischen Markierung (M) gemessen und aus mindestens einer dieser beiden Komponenten (Bv, Bh) ein den Abstand (dmin) des Fahrzeugs (F) zur magnetischen Markierung (M) für einen ersten Zeitpunkt (t1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem späteren Zeitpunkt (t2) aus mindestens einer dieser Komponenten (Bv, Bh) ein weiterer Abstand (d2) des Fahrzeugs (F) zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) bestimmt wird, daß der im zweiten Zeitintervall (T = t2-t1) zurückgelegte Weg (s) bestimmt und durch Division des Wegs für die Zeit (T) die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (F) bestimmt wird.1. Method for determining the speed of a vehicle (F), in particular an autonomous vehicle, in which a vertical component (B v ) and a horizontal component (B h ) of a magnetic field (B) of a magnetic marking (M) are measured and the distance (d min ) of the vehicle (F) to the magnetic marking (M) for a first point in time (t 1 ) is determined from at least one of these two components (B v , B h ), characterized in that at a later point in time (t 2 ) from at least one of these components (B v , B h ) a further distance (d 2 ) of the vehicle (F) at a second point in time (t 2 ) is determined so that in the second time interval (T = t 2 - t 1 ) the distance covered (s) is determined and the speed (v) of the vehicle (F) is determined by dividing the distance for the time (T). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abstand (dmin) zum Zeitpunkt der maximalen Annäherung des Fahrzeugs (F) an die magnetische Markierung (M) bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the first distance (d min ) at the time of the maximum approach of the vehicle (F) to the magnetic marking (M) is determined. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des minimalen Abstands (dmin) des Fahrzeugs (F) zu der magnetischen Markierung (M) der Maximalwert der vertikalen Magnetfeldkomponenten (Bv) ermittelt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that for determining the minimum distance (d min ) of the vehicle (F) to the magnetic marking (M), the maximum value of the vertical magnetic field components (B v ) is determined. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abstand (d2) aus der horizontalen Komponente (Bh) des Magnetfelds (B) der magnetischen Markierung (M) bestimmt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second distance (d 2 ) from the horizontal component (B h ) of the magnetic field (B) of the magnetic marking (M) is determined. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zeitintervall (T) zurückgelegte Weg (s) unter einer Annahme einer geradlinigen Bewegung entlang einer Linie (L) des Fahrzeugs (F) an der magnetischen Markierung (M) vorbei bestimmt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the path (s) covered in the time interval (T) assuming a straight line Movement along a line (L) of the vehicle (F) at the magnetic marker (M) is determined by. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zeitintervall (T) zurückgelegte Weg (s) unter der Annahme der Bewegung des Fahrzeugs (F) auf einem Kreisbogen (K) mit dem Radius (R) bestimmt wird.6. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that the distance (T) covered in the time interval (T) assuming the movement of the Vehicle (F) on an arc (K) with the radius (R) is determined. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Abstände (dmin, d2) des Fahrzeugs (F) zur magnetischen Markierung (M) ein Vergleich der gemessenen Werte der vertikalen und/oder der horizontalen Komponente (Bv, Bh) des Magnetfelds (B) der magnetischen Markierung (M) mit in einer Look-Up-Tabelle gespeicherten Werten erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that to determine the distances (d min , d 2 ) of the vehicle (F) to the magnetic marking (M), a comparison of the measured values of the vertical and / or the horizontal component (B v , B h ) of the magnetic field (B) of the magnetic marking (M) with values stored in a look-up table.
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