WO2019219356A1 - Verfahren und positionierungssvstem zum transformieren einer position eines fahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method, a control device and a positioning system for transforming a position of a vehicle, wherein the method, the control device and the positioning system comprises detection of position vectors of the vehicle in a coordinate system with a position detection system or is set up for this purpose.
  • a location of a vehicle can only be determined within the spatial extent of the transponder network. Outside a locally limited transponder network, however, a position determination of a vehicle is not possible.
  • the invention therefore provides solutions to design the position determination of a vehicle more efficient and spatially more flexible, with an increase in efficiency and greater spatial flexibility can be achieved in particular by reducing the dependence of the position determination of a single position detection system.
  • Such a solution for a method for transforming a position of a vehicle between a first coordinate system and a second coordinate system comprises detecting at least two position vectors with respect to the vehicle in the first coordinate system with a first position detection system at at least two different vehicle locations and detecting at least two position vectors with respect to the vehicle in the second coordinate system with a second position detection system at the at least two different vehicle locations.
  • the method comprises calculating transformation parameters between the first coordinate system and the second coordinate system based on the at least two location vectors in the first coordinate system and the at least two location vectors in the second coordinate system and calculating the position of the vehicle in one of the first coordinate system and the first coordinate system second coordinate system by transforming the position of the vehicle between the first coordinate system and the second coordinate system with the calculated transformation parameters.
  • a transformation of the position of the vehicle between the first coordinate system and the second coordinate system may include a transformation of the position of the vehicle from the first coordinate system into the second coordinate system or a transformation of the position of the vehicle from the second coordinate system into the first coordinate system.
  • the vehicle to be determined in its position by transformation can in principle be any vehicle, which can be, in particular, a rail-bound or non-rail-bound transport vehicle, which can be designed to transport containers, material or goods.
  • the vehicle may be a work vehicle, for example, the vehicle may be a construction machine.
  • the vehicle may, for example, move in a container port, in a railway station, on a factory premises, in a factory hall and / or on a construction site, whereby the vehicle may also move from one of these locations to another of these locations.
  • a transformation of a vehicle reference point for example a center of the rear axle or another vehicle axle, from the first coordinate system to the second coordinate system or vice versa can be understood.
  • the vehicle reference point can be any point defined in a vehicle coordinate system, which can be defined within the vehicle, on the vehicle or also in the surroundings of the vehicle and its position vector in the first coordinate system with the first position detection system or its position vector in the second coordinate system with the second Position detection system can be determined.
  • the vehicle coordinate system may be a coordinate system bound to the vehicle itself.
  • coordinates of a reference point of the first or second position detection system may be known as an offset in the vehicle coordinate system.
  • the reference point of a position detection system may be the origin of the vehicle coordinate system, where the offset is zero, or may be different than the origin of the vehicle coordinate system, the offset defining an offset between the reference point about the origin of the vehicle coordinate system.
  • the transformation can have an automatic transformation, that is to say in particular a transformation without the a priori knowledge of control points.
  • Such a transformation can therefore also be referred to as an automatic transformation or an automatic calibration of a coordinate transformation between two coordinate systems.
  • the two coordinate systems therefore do not have to be calibrated, and in particular a measurement of a position of a position detection sensor on the vehicle with respect to the vehicle reference point can be dispensed with.
  • the coordinate transformation can be a two-dimensional similarity transformation with four transformation parameters.
  • the four transformation parameters may include a rotation angle, a translation vector, which may have two translation parameters, and a scale factor, where In particular, the scale factor may be known, that is, for example, may be substantially equal to one.
  • the position of the vehicle to be transformed may be a current location of the vehicle or a point along a vehicle trajectory that has been traveled or has to be traveled.
  • the first coordinate system may be a local coordinate system, such as a transponder system
  • the second coordinate system may be a global coordinate system, such as a satellite navigation coordinate system, or vice versa.
  • the transponder system may have a transponder network, in particular an RFID network, arranged in a road surface.
  • the global coordinate system can also be referred to as a higher-level coordinate system.
  • the terms "local”, “global” or “superordinate” can be understood hierarchically in terms of their spatial extent for a corresponding position determination of the vehicle.
  • the position determination in a local coordinate system can be locally limited, while the position determination in a global coordinate system can be essentially spatially unlimited.
  • the terms "local,” “global,” and “parent,” respectively, may also be understood to be functional, where the local coordinate system may cover a gap in position determination with the global coordinate system.
  • a transponder system as a local position sensing system in a building can compensate for unavailability of a satellite positioning system as a global position sensing system.
  • the first coordinate system can therefore also be an indoor coordinate system and the second coordinate system can be an outdoor coordinate system.
  • a corresponding position vector in one of the coordinate systems may indicate a position or location of the vehicle in one of the coordinate systems.
  • the corresponding location vector may have coordinates with respect to one of the coordinate systems.
  • the location vectors in the various coordinate systems may relate to different points in the vehicle coordinate system, so that a position detection with the first position detection system and a position detection with the second position detection system relate to different reference points. hen can.
  • the different position detection systems can also be referred to as vehicle location systems.
  • the vehicle locations may be the whereabouts of the vehicle or points along a vehicle trajectory that has been trawled or driven off.
  • a core idea of the invention can be seen in that the necessary for a coordinate transformation between two coordinate system control points, that is points whose coordinates are known in both coordinate systems, can be automatically determined by position determinations with two different position detection systems at different vehicle positions. For this, the positions detected by the systems may even refer to different reference points in a vehicle coordinate system.
  • an advantageous effect of the invention can be seen in that at least the reference point of the position detection with one of a first and a second position detection system in a vehicle coordinate system need not be known in order to determine the transformation parameters between a first coordinate system and a second coordinate system. In other words, it may not be necessary for the determination of such transformation parameters to measure both position detection systems in a vehicle coordinate system, that is, to define reference points of their position detection. Thus, the reference points or location of at least one of the first and second position detection systems or a position detection sensor in the vehicle coordinate system may be unknown. This is advantageous because it is possible to dispense with a calibration of the position detection systems or an adjustment of position detection sensors in this respect for a derivation of the transformation parameters.
  • One embodiment includes moving the vehicle from a first vehicle location to a second vehicle location and from the second vehicle location to a third vehicle location, detecting three location vectors of the vehicle in the first coordinate system with the first position detection system at the three different ones Vehicle locations as well as detecting three position vectors of the vehicle in the second coordinate system with the second position detection system at the three different vehicle locations.
  • the orientations of the vehicle at the second and third vehicle locations are substantially the same and different by substantially 180 degrees for the orientation of the vehicle at the first vehicle location.
  • the embodiment further comprises calculating transformation parameters between the first coordinate system and the second coordinate system based on the three position vectors of the vehicle and the three position vectors of the vehicle.
  • the movement of the vehicle can be automated or carried out by a driver.
  • the three different vehicle locations may be along a trajectory.
  • the respective position vectors can refer to different points, for example points on the side of the trajectory.
  • the first vehicle location can also be referred to as an initial position or as a first calibration position, wherein the first vehicle location can be chosen arbitrarily.
  • a corresponding location vector and corresponding orientation of the vehicle can be stored in both coordinate systems. The same values can also be stored in each case when the vehicle is located at the second and third vehicle location.
  • the second and third vehicle location may also be referred to as second and third calibration positions.
  • orientation detection system For realizing the substantially same orientations of the vehicle at the second and third vehicle locations as well as the orientation of the vehicle at the first vehicle location substantially different thereto, detecting orientations of the vehicle with an orientation detection system at least at the first vehicle location at which be provided at the second vehicle location and at the third vehicle location.
  • the sensed orientations may be used for controlling, controlling and / or checking the current orientations of the vehicle as it moves from one of the vehicle locations to another of the vehicle locations.
  • the orientation detection system may in principle be any known sensor for detecting a spatial orientation in any coordinate system, wherein the orientation detection system, for example, a Rotation rate sensor, an inertial sensor or a compass may have.
  • an orientation can also be derived from at least two detected vehicle positions or the vehicle trajectory.
  • the orientations of the vehicle are substantially the same at least at two of the three vehicle locations.
  • the orientations of the vehicle may also be substantially the same at the first, second and third vehicle locations.
  • a translational offset of the vehicle between the three vehicle locations may be realized by the vehicle motions become.
  • a further embodiment comprises calculating at least two control points in the first coordinate system and the second coordinate system based on the three position vectors of the vehicle and the three position vectors of the vehicle and calculating the transformation parameters between the first coordinate system and the second coordinate system based on the at least two control points on.
  • the control points can be located in the vehicle environment. In addition, the control points may be outside the vehicle trajectory.
  • the two control points can define a first difference vector in the first coordinate system and a second difference vector in the second coordinate system, wherein the difference vectors represent identical vectors in both coordinate systems.
  • Center points can be calculated as control points, the centers being rotational points with respect to a translational and rotational movement of the vehicle, the vehicle moving in such a way that the orientations of the vehicle at the second and third vehicle locations are substantially the same and for orientation of the vehicle at the second first vehicle location differ by substantially 180 degrees.
  • the rotation of the vehicle may be a rigid body rotation of the vehicle.
  • a first center M1 as a first control point and a second center M2 as a second control point can be calculated according to formula 1 in the first coordinate system (index R) and the second coordinate system (index G), where TMI R is the location vector of the first center M1 in the first coordinate system , TM2 R indicates the position vector of the second center M2 in the first coordinate system, r Mi G indicates the position vector of the first center M1 in the second coordinate system and r M 2 G indicates the position vector of the second center M2 in the second coordinate system.
  • the respective position vector of the centers M1 and M2 in the first coordinate system results according to formula 1 by means of different vector additions in different vector parallels of the three position vectors (index V1, V2 and V3) with respect to the vehicle in the first coordinate system, for example a local transponder coordinate system.
  • the location vectors can be determined, for example, by means of a transponder system, in particular by means of an RFID network permanently arranged in the vehicle environment and an RFID recognition device located on the vehicle. Alternatively or additionally, the position vectors can be determined by means of an odometry sensor system present on the vehicle.
  • the respective position vector of the midpoints M1 and M2 in the second coordinate system results according to formula 1 by means of different vector additions in different vector parallels of the three position vectors (indexes A1, A2 and A3) with respect to the vehicle in the second coordinate system, for example a global satellite navigation coordinate system such as one GNSS system, a GPS system or a GALILEO system or any other global satellite navigation system.
  • the position vectors can be calculated, for example, by means of at least one antenna arranged on the vehicle for receiving corresponding satellite navigation signals and an evaluation unit for evaluating the received satellite navigation signals. To increase the accuracy of data from a reference station can be received by radio and taken into account by the evaluation.
  • the difference vectors Ar M R and Ar M G that are identical in the first coordinate system and the second coordinate system can therefore also be a translational offset of the vehicle between two vehicle locations, that is, a single vehicle translation, for example a translational movement between the second and third vehicle locations (Indices 2 and 3).
  • a further embodiment comprises calculating the transformation parameters between the first coordinate system and the second coordinate system independently of the relative arrangement of the second position detection system to the first position detection system or vice versa on the vehicle.
  • a position detection sensor of the second position detection system may be arranged arbitrarily on the vehicle to a position detection sensor of the first position detection system or vice versa. It is therefore not necessary that such position detection sensors are both measured in a vehicle coordinate system or coordinate known.
  • One or both position detecting sensors can therefore be detachably mounted on the vehicle.
  • the vehicle can also be tracked by means of a sensor located outside the vehicle, and thus a position vector with respect to the vehicle can be detected. For example, such a location vector can be determined by means of photogrammetry or tachymetry.
  • the transformation parameters between the first coordinate system and the second coordinate system may include a rotation angle Q between the ordinates or the abscissas of the two coordinate systems and a translation vector T G GR between the origins of the two coordinate systems, where a scale factor between the two coordinate systems is known or substantially equal to one can be.
  • the angle of rotation Q as the angle between the first coordinate system and the second coordinate system can be calculated according to formula 3 by means of trigonometry, the respective abscissa values (index x) and ordinate values (index y) of the two difference vectors Ar M R and Ar M G being used.
  • the numerator of the cosine term of formula 3 can be calculated the dot product of the difference vectors Ar and Ar M R M G and cosine terms in the denominator of the magnitudes of the difference vectors Ar and Ar M R M G may be multiplied.
  • a corresponding rotation matrix A R G between the first coordinate system (index R) and the second coordinate system (index G) or a rotation matrix A G R between the second coordinate system (index G) and the first coordinate system (index R ) can be calculated with corresponding sinusine mines and / or cosine terms.
  • the translation vector r G GR as an offset between the origins of the two coordinate systems can be calculated according to formula 4, wherein the position vectors GMI ° and r Mi R of the first center M1 in both coordinate systems together with the rotation matrix A R G between the first coordinate system and the second coordinate system can be used as calculation sizes.
  • An unknown location vector of a position detection sensor (index VA) of the second position detection system for example a relative antenna position of an antenna for receiving satellite navigation signals or an antenna of a transponder system to a vehicle reference point, can be calculated on the basis of the preceding calculations according to formula 5 in the second coordinate system (index G).
  • a satellite navigation coordinate system or a transponder system in the first coordinate system (index R) and in the vehicle coordinate system (index V) are calculated.
  • a rotation matrix A R V between the first coordinate system and the vehicle coordinate system may be used, which may be known.
  • the rotation matrix AR V can be calculated from a known vehicle angle or a known vehicle orientation of the vehicle in the first coordinate system, wherein the vehicle orientation or the vehicle angle can be determined by means of a trajectory determined in a transponder system or individual position vectors of the vehicle system in the transponder coordinate system as the first coordinate system.
  • the vehicle orientation or the vehicle angle can be determined by means of an odometry system on the vehicle, in particular by means of wheel speeds and steering angles.
  • Calculating a current position of the vehicle r v R in the first coordinate system corresponding to a transformation from the second coordinate system to the first coordinate system, that is to say calculating a vehicle reference point which may be determined in the vehicle coordinate system of the vehicle may be calculated according to formula 6 with the calculated translation vector r G GR , the calculated rotation matrix AG R and the rotation matrix A V R as an inverse matrix to the calculated rotation matrix A R V and the calculated position vector r V A V and the detected position vector r A G as a second position vector with respect to the vehicle in the second coordinate system.
  • the vector of a position detection sensor (index VA), for example an antenna in the first coordinate system, subtracts the vector TVA V as an offset between a reference point and the antenna by the vehicle position in the first coordinate system, for example in an RFID system , to obtain.
  • a calculation of a current position of the vehicle r v G in the second coordinate system corresponding to a transformation from the second coordinate system into the first coordinate system can take place with correspondingly analogous calculation variables, in particular inverse calculation variables.
  • An additional option or an alternative to an automated determination of the transformation parameters for calculating a vehicle position may be a manual determination of the transformation parameters, which may be done without knowledge of a position of a position detection sensor.
  • the position of two RFID grid points of a transponder system in the second coordinate system for example by placing a GNSS system on these grid points, take place.
  • an offset between a vehicle reference point and the unknown position of the position detection sensor for example, an antenna position of a GNSS antenna or a transponder antenna can be calculated either from a CAD drawing or by appropriate calculation.
  • the detected position vectors and / or specific orientations in the coordinate systems can be assigned uncertainties, that is, variances.
  • uncertainties can be taken into account in the individual calculation steps according to the formulas by means of variance propagation in order to estimate or determine the uncertainty, that is to say the accuracy, of the transformed vehicle position.
  • To increase the accuracies can be redundant Detections of location vectors or orientations at the individual vehicle locations are carried out and averaged over a correspondingly long period.
  • further accuracy-increasing redundancy concepts in particular with regard to a plurality of position detection sensors, can be provided.
  • Another embodiment comprises detecting the position vectors of the vehicle in the first coordinate system with a transponder system and detecting the second position vectors of the vehicle in the second coordinate system with a satellite navigation system.
  • the transponder system may be an RFID system
  • the satellite navigation system may be a GNSS system, which systems may include respective transmitting units and / or receiving units.
  • Another embodiment comprises detecting position vectors of the vehicle by means of odometry.
  • the position vectors with respect to the vehicle in the first coordinate system can be detected with an odometry system.
  • orientations of the vehicle in the first coordinate system can be determined by means of odometry and optional data filtering.
  • an odometer By means of an odometer a position of the vehicle can be determined.
  • the vehicle position may have a local position and / or an orientation of the vehicle.
  • data of a vehicle propulsion system in particular a respective number of wheel revolutions of a vehicle wheel, a chassis, a yaw rate sensor and / or a steering of the vehicle can be evaluated.
  • a relative position of the vehicle can be derived via a path difference, which in turn can be calculated from the number of wheel revolutions between two measurement times and a known wheel circumference. Via a steering angle of a vehicle wheel, the orientation of the vehicle can also be determined.
  • An absolute position can be derived from a known position, the relative position and the steering angle.
  • a further solution is a control unit which is set up to carry out the method steps of the method for transforming a position of a vehicle or at least one of the embodiments of the method.
  • a positioning system for transforming a position of a vehicle between a first coordinate system and a second coordinate system, the positioning system having at least one component of a first position detection system for detecting at least two location vectors with respect to the vehicle in the first coordinate system at at least two different vehicle locations.
  • the positioning system also includes a component of a second position detection system for detecting at least two location vectors with respect to the vehicle in the second coordinate system at the at least two different vehicle locations.
  • the positioning system has a calculation unit for calculating transformation parameters between the first coordinate system and the second coordinate system based on the at least two location vectors with respect to the vehicle in the first coordinate system and the at least two location vectors with respect to the vehicle in the second coordinate system and calculating the position of the vehicle in one of the first coordinate system and the second coordinate system by transforming the position of the vehicle between the first coordinate system and the second coordinate system with the calculated transformation parameters.
  • a component of a position detection system may be a sensor for directly or indirectly detecting a location vector with respect to the vehicle.
  • the component can also be a corresponding transmitting unit and / or receiving unit for transmitting or receiving measuring signals for detecting the position vector.
  • the calculation unit may comprise a control unit, a control unit or a computing unit for controlling, regulating or performing calculation steps for moving the vehicle, for position detection with the first or second position detection system or for transformation of a vehicle position between the two coordinate systems or with one or more be connected to such units.
  • a solution is a vehicle which has a control unit or a positioning system according to already mentioned solutions.
  • the vehicle is operable as a self-propelled vehicle.
  • a self-propelled vehicle a self-propelled container transport vehicle for automated transport of containers (AGV) may be provided.
  • AGV automated transport of containers
  • FIG. 1 shows a flow chart of method steps of an embodiment of a method for transforming a position of a vehicle between a first coordinate system and a second coordinate system.
  • FIG. 2 shows a vehicle at various vehicle locations for illustrating calculation variables of an embodiment of a method for transforming a position of a vehicle between two coordinate systems shown.
  • Figure 3 shows a vehicle at various vehicle locations to further illustrate the embodiment of the method of transforming a position of a vehicle between the two coordinate systems shown.
  • Figure 4 shows a plan view of a vehicle according to an embodiment of the vehicle.
  • FIG. 1 shows individual method steps of the method for transforming a position of a vehicle 10 between a first coordinate system 20 and a second coordinate system 40 in a temporal sequence.
  • a step SO an orientation 28 of the vehicle 10 at a first vehicle location 12 is detected.
  • a first position vector 22 is detected in a first coordinate system 20.
  • a first position vector 42 is detected in a second coordinate system 40.
  • the steps S1 and S2 may be performed sequentially or simultaneously. In a following
  • Step S3 the vehicle 10 is moved to a second vehicle location 14 and the steps SO, S1 and S2 are executed again.
  • a repeated step SO an orientation 28 of the vehicle 10 at the second vehicle location 14 is detected.
  • a second position vector 24 in the first coordinate system 20 is detected.
  • a second position vector 44 in the second coordinate system 40 is detected.
  • the vehicle 10 is moved to a third vehicle location 16 and the steps SO, S1 and S2 are executed again.
  • a repeated step SO an orientation 28 of the vehicle 10 at the third vehicle location 16 is detected.
  • a third position vector 26 in the first coordinate system 20 is detected.
  • a third position vector 46 in the second coordinate system 40 is detected.
  • step S0 The orientation detection according to step S0, the position detection in the first coordinate system 20 according to step S1 and the position detection in the second coordinate system 40 according to step S2 take place in a rest position or in movement of the vehicle 10.
  • step S4 two control points 62, 64 are calculated based on the position detections in the first coordinate system 20 and the second coordinate system 40, the control points 62, 64 indicating rotational points with respect to movement of the vehicle 10 from the first vehicle location 12 to the second vehicle location 14 and from the first vehicle location 10 to the third vehicle location 16.
  • step S5 transformation parameters between the first coordinate system 20 and the second coordinate system 40 are calculated, which are explained in more detail with reference to FIG.
  • a vehicle position of the vehicle 10 is transformed from the first coordinate system 20 into the second coordinate system 40 or vice versa.
  • the vehicle 10 is shown at different vehicle locations with different orientations 28.
  • the first coordinate system 20 (index R) and the second coordinate system 40 (index G) are shown schematically.
  • the first coordinate system 20 has an abscissa x R and an ordinate y R , which is a two-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the second coordinate system 40 has an abscissa x G and an ordinate y G , wherein this coordinate system is also a two-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the transformation parameters include a translation vector 2 and a rotation angle 4, where a scale factor (not shown) may equal one.
  • the translation vector 2 is shown as vector TGR, wherein the translation vector 2 is the position vector of the origin PR of the first coordinate system 20 in the second coordinate system 40.
  • the translation vector 2 is thus the vector from the origin PG of the second coordinate system 40 to the origin P R of the first coordinate system 20.
  • Angle 4 is shown as angle Q, where the angle of rotation 4 is the angle between the ordinates y R and y G and an angle between the abscissa x R and x G , respectively.
  • a first reference point 6 of a first position detection sensor for detecting position vectors 22, 24, 26 with respect to the vehicle 10 in the first coordinate system 20 at the different vehicle locations 12, 14, 16 is shown.
  • the reference point 6 is the origin of a vehicle coordinate system 18, which is a Cartesian coordinate system.
  • the vehicle coordinate system 18 (index V) has an abscissa x v and an ordinate y v , wherein the abscissa x v is aligned in the vehicle longitudinal direction and the ordinate y v in the vehicle transverse direction.
  • a transformed position of the vehicle 10 is indicated in the first coordinate system 20 with respect to the reference point 6 and is shown with the vector r RV .
  • a transformed position of the vehicle 10 is also indicated in the second coordinate system 40 with respect to the reference point 6 and is shown with the vector rcv.
  • a second reference point 8 of a second position detection sensor (not shown) for detecting position vectors 42, 44, 46 relative to the vehicle 10 in the second coordinate system 40 at the various vehicle locations 12, 14, 16 is also shown on the vehicle 10.
  • the orientations 28 of the vehicle 10 are shown as vehicle angles f between the abscissa x v of the vehicle coordinate system 18 and the abscissa x R of the first coordinate system 20.
  • a shown angle cp may be used as the vehicle angle between an orientation or reference direction of the second position detection sensor and the abscissa x G of the second coordinate system 40.
  • FIG. 3 the coordinate systems 20, 40 from FIG. 2 and the vehicle 10 with its vehicle coordinate system 18 are shown again.
  • the end points of a first position vector 22, a second position vector 24 and a third position vector 26 on the vehicle 10 are without the shown vectors.
  • the end points of the position vectors 22, 24, 26 in the first coordinate system 20 may correspond to the reference points 6 in FIG. 2 and lie in the respective origins of the vehicle coordinate system 18 at the different vehicle locations.
  • the end points of a first position vector 42, a second position vector 44 and a third position vector 46 are shown on the vehicle 10 without the respective vectors.
  • the location vectors 42, 44, 46 in the first coordinate system 20 may correspond to the reference points 8 in FIG. 2 and refer to a position of a position detection sensor of the second position detection system on the vehicle 10.
  • the vehicle 10 moves on a vehicle trajectory 11 from the first vehicle location 12 to the second vehicle location 14 and then to the third vehicle location 16, wherein the vehicle 10 travels from the first vehicle location 12 to the second vehicle location 14 with a translatory and rotating movement Control point 62, which is shown as the center M1 of the rotating vehicle movement, rotates.
  • the vehicle 10 describes a rotation of approximately 180 degrees.
  • the vehicle 10 continues to travel from the second vehicle location 14 to the third vehicle location 16 with a translational and, as a result, substantially non-rotating movement between the second and third vehicle locations 14, 16, the vehicle being centered around the second control point 64, which is the center M2 of the rotating vehicle Vehicle movement with respect to the first vehicle location 12, further with respect to the first vehicle location 12 rotates.
  • the first control point 62 shown as the midpoint M1 results geometrically from a straight line intersection of a first straight line between the endpoints of the first location vector 22 and the second location vector 24 in the first coordinate system 20 and a second straight line between the endpoints of the first location vector 42 and the second location vector 44 in the second coordinate system 40.
  • the second control point 64 shown as the center M2 results geometrically from a straight line intersection of a first straight line between the end points of the first locality vector. gate 22 and the third location vector 26 in the first coordinate system 20 and a second line between the end points of the first location vector 42 and the third location vector 46 in the second coordinate system 40.
  • the transformation parameters 2, 4 can then be calculated.
  • the positioning system 80 has a component 82 of the first position detection system for detecting the position vectors 22, 24, 26 in the first coordinate system 20.
  • the positioning system 80 further comprises a component 84 of the second position detection system for detecting the position vectors 42, 44, 46 in the second coordinate system 40.
  • the component 82 of the first position sensing system may be an antenna (not shown) of a transponder antenna system and the component 84 of the second position sensing system may be an antenna (not shown) of a GNSS system.
  • the components 82, 84 are arranged at different locations on the vehicle.
  • the vehicle 10 also has a calculation unit 86 for calculating the transformation parameters 2, 4 and a control unit 90 for carrying out the method steps SO to S6.
  • the component 82 of the first position detection system is connected to the calculation unit 86 and to the controller 90 for data communication and for communicating control commands.
  • the component 84 of the second position detection system is also connected to the calculation unit 86 and to the controller 90 for data communication and for communicating control commands. Further, the calculation unit 86 is connected to the controller for these purposes.
  • Reference symbol translation vector
  • Position detection in the first coordinate system Position detection in the second coordinate system vehicle movement

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Abstract

Verfahren, Steuergerät und Positionierungssystem zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs (10) von einem ersten Koordinatensystem (20) in ein zweites Koordinatensystem (40), welche ein Erfassen (S1) von mindestens zwei Ortsvektoren (22, 24, 26) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem ersten Koordinatensystem (20) mit einem ersten Positionserfassungssystem an mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16), ein Erfassen (S2) von mindestens zwei Ortsvektoren (42, 44, 46) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) mit einem zweiten Positionserfassungssystem an den mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16), ein Berechnen (S5) von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) basierend auf den mindestens zwei Ortsvektoren (22, 24, 26) in dem ersten Koordinatensystem (20) und den mindestens zwei Ortsvektoren (42, 44, 46) in dem zweiten Koordinatensystem (40) und ein Berechnen (S6) der Position des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) mittels Transformieren der Position des Fahrzeugs (10) von dem ersten Koordinatensystem (20) in das zweite Koordinatensystem (40) mit den berechneten Transformationsparametern aufweisen beziehungsweise dazu eingerichtet sind.

Description

Verfahren und Positionierungssvstem zum Transformieren
einer Position eines Fahrzeugs
Technischer Bereich
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Steuergerät und ein Positionierungssystem zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren, das Steuergerät und das Positionierungssystem ein Erfassen von Ortsvektoren des Fahrzeugs in einem Koordinatensystem mit einem Positionserfassungssystem aufweist oder hierzu eingerichtet ist.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2016 108 446 A1 ist es bekannt, den Aufenthaltsort eines Transportfahrzeugs mit einer am Transportfahrzeug angebrachten Antenne und mittels in einer Fahrbahn fest angeordneten Transpondern zu bestimmen.
Mit einem in einem Fahrbahnbelag angeordneten Transpondernetz kann ein Aufenthaltsort eines Fahrzeugs allerdings nur innerhalb der räumlichen Ausdehnung des Transpondernetzes bestimmt werden. Außerhalb eines lokal begrenzt anordbaren Transpondernetzes ist eine Positionsbestimmung eines Fahrzeugs jedoch nicht möglich.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt daher Lösungen bereit, die Positionsbestimmung eines Fahrzeugs effizienter und räumlich flexibler auszugestalten, wobei eine Effizienzsteigerung und eine höhere räumliche Flexibilität insbesondere durch eine Verringerung der Abhängigkeit der Positionsbestimmung von einem einzelnen Positionserfassungssystem erreicht werden kann.
Eine derartige Lösung für ein Verfahren zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs zwischen einem ersten Koordinatensystem und einem zweiten Koordinatensys- tem weist ein Erfassen von mindestens zwei Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem mit einem ersten Positionserfassungssystem an mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten und ein Erfassen von mindestens zwei Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem zweiten Koordinatensystem mit einem zweiten Positionserfassungssystem an den mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten auf. Ferner weist das Verfahren ein Berechnen von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem basierend auf den mindestens zwei Ortsvektoren in dem ersten Koordinatensystem und den mindestens zwei Ortsvektoren in dem zweiten Koordinatensystem und ein Berechnen der Position des Fahrzeugs in einem von dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem mittels Transformieren der Position des Fahrzeugs zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem mit den berechneten Transformationsparametern auf.
Eine Transformation der Position des Fahrzeugs zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem kann eine Transformation der Position des Fahrzeugs von dem ersten Koordinatensystem in das zweite Koordinatensystem oder eine Transformation der Position des Fahrzeugs von dem zweiten Koordinatensystem in das erste Koordinatensystem aufweisen.
Das in seiner Position durch Transformation zu bestimmende Fahrzeug kann grundsätzlich jedes Fahrzeug sein, wobei es sich insbesondere um ein schienengebundenes oder nicht schienengebundenes Transportfahrzeug handeln kann, welches ausgebildet sein kann, Container, Material oder Güter zu transportieren. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Arbeitsfahrzeug handeln, beispielsweise kann das Fahrzeug eine Baumaschine sein.
Das Fahrzeug kann sich beispielsweise in einem Container-Hafen, in einem Bahnhof, auf einem Fabrikgelände, in einer Fabrikhalle und/oder auf einer Baustelle bewegen, wobei sich das Fahrzeug auch von einem dieser Orte zu einem anderen dieser Orte bewegen kann. Unter dem Transformieren einer Position des Fahrzeugs kann eine Transformation eines Fahrzeugreferenzpunkts, beispielsweise eines Mittelpunkt der Hinterachse oder einer anderen Fahrzeugachse, von dem ersten Koordinatensystem in das zweite Koordinatensystem oder umgekehrt verstanden werden. Der Fahrzeugreferenzpunkt kann grundsätzlich jeder in einem Fahrzeugkoordinatensystem definierte Punkt sein, welcher innerhalb des Fahrzeugs, auf dem Fahrzeug oder auch im Umfeld des Fahrzeugs festgelegt sein kann und dessen Ortsvektor in dem ersten Koordinatensystem mit dem ersten Positionserfassungssystem oder dessen Ortsvektor in dem zweiten Koordinatensystem mit dem zweiten Positionserfassungssystem bestimmbar ist. Das Fahrzeugkoordinatensystem kann ein an das Fahrzeug selbst gebundenes Koordinatensystem sein.
Für die Transformation können Koordinaten eines Bezugspunkts des ersten oder zweiten Positionserfassungssystems, das heißt eines Punkts auf den sich die entsprechende Positionserfassung koordinatenmäßig bezieht, im Fahrzeugkoordinatensystem als Offset bekannt sein. Der Bezugspunkt eines Positionserfassungssystems kann der Ursprung des Fahrzeugkoordinatensystems sein, wobei der Offset gleich Null ist, oder kann vom Ursprung des Fahrzeugkoordinatensystems verschieden sein, wobei der Offset einen Versatz zwischen dem Bezugspunkt um dem Ursprung des Fahrzeugkoordinatensystems definiert.
Die Transformation kann ein automatisches Transformieren, das heißt insbesondere eine Transformation ohne die a priori Kenntnis von Passpunkten aufweisen. Eine derartige Transformation kann daher auch als eine automatische Transformation oder eine automatische Kalibrierung einer Koordinatentransformation zwischen zwei Koordinatensystemen bezeichnet werden. Die zwei Koordinatensystem müssen daher nicht kalibriert sein, wobei insbesondere auf ein Ausmessen einer Position eines Positionserfassungssensors auf dem Fahrzeug in Bezug auf den Fahrzeugreferenzpunkt verzichtet werden kann.
Bei der Koordinatentransformation kann es sich um eine zweidimensionale Ähnlichkeitstransformation mit vier Transformationsparametern handeln. Die vier Transformationsparameter können einen Rotationswinkel, einen Translationsvektor, welcher zwei Translationsparameter aufweisen kann, und einen Maßstabsfaktor umfassen, wobei insbesondere der Maßstabsfaktor bekannt sein kann, das heißt beispielsweise im Wesentlichen gleich Eins sein kann. Die zu transformierende Position des Fahrzeugs kann ein aktueller Aufenthaltsort des Fahrzeugs oder ein Punkt entlang einer abgefahrenen oder abzufahrenden Fahrzeugtrajektorie sein.
Das erste Koordinatensystem kann ein lokales Koordinatensystem, beispielsweise ein Transpondersystem, sein und das zweite Koordinatensystem kann ein globales Koordinatensystem, beispielsweise ein Satellitennavigationskoordinatensystem, oder umgekehrt sein. Das Transpondersystem kann ein in einem Fahrbahnbelag angeordnetes Transpondernetz, insbesondere eine RFID-Netz, aufweisen.
Das globale Koordinatensystem kann auch als übergeordnetes Koordinatensystem bezeichnet werden. Die Begriffe„lokal“,„global“ beziehungsweise„übergeordnet“ können hierarchisch im Sinne ihrer räumlichen Ausdehnung für eine entsprechende Positionsbestimmung des Fahrzeugs verstanden werden. So kann die Positionsbestimmung in einem lokalen Koordinatensystem lokal begrenzt möglich sein, während die Positionsbestimmung in einem globalen Koordinatensystem im Wesentlichen räumlich unbegrenzt möglich sein. Die Begriffe„lokal“,„global“ beziehungsweise„übergeordnet“ können ferner funktional verstanden werden, wobei das lokale Koordinatensystem eine Lücke in der Positionsbestimmung mit dem globalen Koordinatensystem abdecken kann. So kann beispielsweise ein Transpondersystem als lokales Positionserfassungssystem in einem Gebäude eine Nichtverfügbarkeit eines Satellitenpositionierungssystems als globales Positionserfassungssystems kompensieren. Das erste Koordinatensystem kann daher auch ein Indoor-Koordinatensystem und das zweite Koordinatensystem ein Outdoor-Koordinatensystem sein.
Ein entsprechender Ortsvektor in einem der Koordinatensysteme kann eine Position oder Ort des Fahrzeugs in einem der Koordinatensysteme angeben. Der entsprechende Ortsvektor kann Koordinaten bezüglich eines der Koordinatensysteme aufweisen. Die Ortsvektoren in den verschiedenen Koordinatensystemen können sich auf unterschiedliche Punkte in dem Fahrzeugkoordinatensystem beziehen, so dass sich eine Positionserfassung mit dem ersten Positionserfassungssystem und eine Positionserfassung mit dem zweiten Positionserfassungssystem auf unterschiedliche Bezugspunkte bezie- hen kann. Die unterschiedlichen Postionserfassungssysteme können auch als Fahrzeugortungssysteme bezeichnet werden.
Die Fahrzeugorte können Aufenthaltsort des Fahrzeugs oder Punkte entlang einer abgefahrenen oder abzufahrenden Fahrzeugtrajektorie sein.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die für eine Koordinatentransformation zwischen zwei Koordinatensystem notwendigen Passpunkte, das heißt Punkte deren Koordinaten in beiden Koordinatensystemen bekannt sind, durch Positionsbestimmungen mit zwei verschiedenen Positionserfassungssystemen an unterschiedlichen Fahrzeugpositionen automatisch festgelegt werden können. Hierfür können sich die mit den Systemen erfasste Positionen sogar auf unterschiedliche Bezugspunkte in einem Fahrzeugkoordinatensystem beziehen.
Ein vorteilhafter Effekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass zumindest der Bezugspunkt der Positionserfassung mit einem von einem ersten und einem zweiten Positionserfassungssystem in einem Fahrzeugkoordinatensystem nicht bekannt sein muss, um die Transformationsparameter zwischen einem ersten Koordinatensystem und einem zweiten Koordinatensystem zu bestimmen. Mit anderen Worten kann es für die Bestimmung derartiger Transformationsparameter nicht erforderlich sein, beide Postionserfassungssysteme in einem Fahrzeugkoordinatensystem einzumessen, das heißt Bezugspunkte ihrer Positionserfassung festzulegen. So können die Bezugspunkte beziehungsweise die Lage von zumindest einem von dem ersten und einem zweiten Positionserfassungssystem oder eines Positionserfassungssensors in dem Fahrzeugkoordinatensystem unbekannt sein. Dies ist vorteilhaft, da auf eine Kalibrierung der Positionserfassungssysteme beziehungsweise auf eine Einmessung von Positionserfassungssensoren insoweit für eine Ableitung der Transformationsparameter verzichtet werden kann.
Eine Ausführungsform weist ein Bewegen des Fahrzeugs von einem ersten Fahrzeugort zu einem zweiten Fahrzeugort und von dem zweiten Fahrzeugort zu einem dritten Fahrzeugort, ein Erfassen von drei Ortsvektoren des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem mit dem ersten Positionserfassungssystem an den drei verschiedenen Fahrzeugorten sowie ein Erfassen von drei Ortsvektoren des Fahrzeugs in dem zweiten Koordinatensystem mit dem zweiten Positionserfassungssystem an den drei verschiedenen Fahrzeugorten auf. In dieser Ausführungsform sind die Orientierungen des Fahrzeugs an dem zweiten und dritten Fahrzeugort im Wesentlichen gleich und zur Orientierung des Fahrzeugs an dem ersten Fahrzeugort um im Wesentlichen 180 Grad verschieden. Die Ausführungsform weist ferner ein Berechnen von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem basierend auf den drei Ortsvektoren des Fahrzeugs und den drei Ortsvektoren des Fahrzeugs auf. Das Bewegen des Fahrzeugs kann automatisiert erfolgen oder von einem Fahrer ausgeführt werden. Die drei voneinander unterschiedlichen Fahrzeugorte können sich entlang einer Trajektorie befinden. Die jeweiligen Ortsvektoren können sich auf unterschiedliche Punkte, beispielsweise auf Punkte seitliche der Trajektorie beziehen.
Der erste Fahrzeugort kann auch als Initialposition oder als erste Kalibrierposition bezeichnet werden, wobei der erste Fahrzeugort beliebig gewählt sein kann. An diesem Ort kann ein entsprechender Ortsvektor und entsprechende Orientierung des Fahrzeugs in beiden Koordinatensystemen gespeichert werden. Die gleichen Werte können auch jeweils dann gespeichert werden, wenn sich das Fahrzeug am zweiten und am dritten Fahrzeugort befindet. Der zweite und dritte Fahrzeugort kann auch als zweite und dritte Kalibrierposition bezeichnet werden.
Für das Realisieren der im Wesentlichen gleichen Orientierungen des Fahrzeugs an dem zweiten und dritten Fahrzeugort sowie der hierzu um im Wesentlichen 180 Grad verschiedenen Orientierung der Fahrzeugs an dem ersten Fahrzeugort kann ein Erfassen von Orientierungen des Fahrzeugs mit einem Orientierungserfassungssystem zumindest an dem ersten Fahrzeugort, an dem zweiten Fahrzeugort und an dem dritten Fahrzeugort vorgesehen sein. Die erfassten Orientierungen können für ein Regeln, für ein Steuern und/oder für ein Überprüfen der aktuellen Orientierungen des Fahrzeugs bei dessen Bewegen von einem der Fahrzeugorte zu einem anderen der Fahrzeugorte verwendet werden. Das Orientierungserfassungssystem kann grundsätzlich jeder bekannte Sensor zum Erfassen einer räumlichen Orientierung in einem beliebigen Koordinatensystem sein, wobei das Orientierungserfassungssystem beispielsweise einen Drehratensensor, einem Inertialsensor oder einen Kompass aufweisen kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Orientierung auch aus mindestens zwei erfassten Fahrzeugpositionen oder der Fahrzeugtrajektorie abgeleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Orientierungen des Fahrzeugs zumindest an zwei der drei Fahrzeugorte im Wesentlichen gleich. Die Orientierungen des Fahrzeugs können auch an dem ersten, zweiten und dritten Fahrzeugort im Wesentlichen gleich sein. Wie bei der Ausführungsform in der die Orientierungen des Fahrzeugs an dem zweiten und dritten Fahrzeugort im Wesentlichen gleich und zur Orientierung des Fahrzeugs an dem ersten Fahrzeugort um im Wesentlichen 180 Grad verschieden sind, kann ein translatorischer Versatz des Fahrzeugs zwischen den drei Fahrzeugorten durch die Fahrzeugbewegungen realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform weist ein Berechnen von mindestens zwei Passpunkten in dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem basierend auf den drei Ortsvektoren des Fahrzeugs und den drei Ortsvektoren des Fahrzeugs und ein Berechnen der Transformationsparameter zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem basierend auf den mindestens zwei Passpunkten auf. Die Passpunkte können sich im Fahrzeugumfeld befinden. Zudem können sich die Passpunkte außerhalb der Fahrzeugtrajektorie befinden. Die beiden Passpunkte können im ersten Koordinatensystem einen ersten Differenzvektor und im zweiten Koordinatensystem einen zweiten Differenzvektor definieren, wobei die Differenzvektoren identische Vektoren in beiden Koordinatensystemen darstellen.
Als Passpunkte können Mittelpunkte berechnet werden, wobei die Mittelpunkte Rotationspunkte bezüglich einer translatorischen und rotierenden Bewegung des Fahrzeugs sein können, wobei sich das Fahrzeug derart bewegt, dass die Orientierungen des Fahrzeugs an dem zweiten und dritten Fahrzeugort im Wesentlichen gleich und zur Orientierung des Fahrzeugs an dem ersten Fahrzeugort um im Wesentlichen 180 Grad verschieden sind. Die Rotation des Fahrzeugs kann eine Starrkörperrotation des Fahrzeugs sein. Ein erster Mittelpunkt M1 als erster Passpunkt und ein zweiter Mittelpunkt M2 als zweiter Passpunkt kann gemäß Formel 1 in dem ersten Koordinatensystem (Index R) und dem zweiten Koordinatensystem (Index G) berechnet werden, wobei TMIR den Ortsvektor des ersten Mittelpunkts M1 im ersten Koordinatensystem, TM2R den Ortsvektor des zweiten Mittelpunkts M2 im ersten Koordinatensystem, rMi G den Ortsvektor des ersten Mittelpunkts M1 im zweiten Koordinatensystem und rM2G den Ortsvektor des zweiten Mittelpunkts M2 im zweiten Koordinatensystem angibt. iMi = 0.5(ry1 + ry2) und r^2 = 0.5(r^ + r$3) Formel 1
GMI = °-5 (rA! + rA2 ) und rM2 = 0.5(r^ + r^3)
Der jeweilige Ortsvektor der Mittelpunkte M1 und M2 im ersten Koordinatensystem (Index R) ergibt sich gemäß Formel 1 mittels verschiedener Vektoradditionen in verschiedenen Vektorparallelogrammen der drei Ortsvektoren (Index V1 , V2 und V3) bezüglich des Fahrzeugs im ersten Koordinatensystem, beispielsweise einem lokalen Transponderkoordinatensystem. Die Ortsvektoren können beispielsweise mittels eines Transpondersystems, insbesondere mittels eines fest im Fahrzeugumfeld angeordneten RFID-Netzes und einer auf dem Fahrzeug befindlichen RFID-Erkennungseinrichtung bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Ortsvektoren mittels eines auf dem Fahrzeug vorhandener Odometriesensorik bestimmt werden.
Der jeweilige Ortsvektor der Mittelpunkte M1 und M2 im zweiten Koordinatensystem (Index G) ergibt sich gemäß Formel 1 mittels verschiedener Vektoradditionen in verschiedenen Vektorparallelogrammen der drei Ortsvektoren (Index A1 , A2 und A3) bezüglich des Fahrzeugs im zweiten Koordinatensystem, beispielsweise einem globalen Satellitennavigationskoordinatensystem wie einem GNSS-System, einem GPS-System oder einem GALILEO-System oder jedem anderen globalen Satellitennavigationssystem. Die Ortsvektoren können beispielsweise mittels mindestens einer auf dem Fahrzeug angeordneten Antenne zum Empfangen entsprechender Satellitennavigationssignale und einer Auswerteeinheit zum Auswerten der empfangenen Satellitennavigationssignale berechnet werden. Zur Steigerung der Genauigkeit können Daten einer Referenzstation mittels Funk empfangen und von der Auswerteeinheit berücksichtigt werden. Basierend auf den berechneten Mittelpunkten M1 und M2 im ersten Koordinatensystem und im zweiten Koordinatensystem kann ein erster Differenzvektor ArMR im ersten Koordinatensystem (Index R) und ein zweiter Differenzvektor DGM° im zweiten Koordinatensystem (Index G) mittels Vektorsubtraktion im jeweiligen Vektorparallelogramm der beiden Mittelpunkte gemäß Formel 2 berechnet werden.
Figure imgf000011_0001
0.5(1^ + ry2) = 0.5(ry3— ry2) Formel 2
DI M = I MZ - rjji = 0.5(r^ + r 3) - 0.5(r^ + r 2) = 0.5(r 3 - r 2)
Wie aus Formel 2 ersichtlich, können sich bei der Berechnung der Differenzvektoren ArM R und ArM G Terme bezüglich des ersten Fahrzeugortes (Index 1 ) herauskürzen. Die in dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem identischen Differenzvektoren ArM R und ArM G können sich daher auch aus einem translatorischen Versatz des Fahrzeugs zwischen zwei Fahrzeugorten, das heißt aus einer einzelnen Fahrzeugtranslation, beispielsweise einer translatorischen Bewegung zwischen dem zweiten und dem dritten Fahrzeugort (Indizes 2 und 3) ergeben.
Eine weitere Ausführungsform weist ein Berechnen der Transformationsparameter zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem unabhängig von der relativen Anordnung des zweiten Positionserfassungssystems zum ersten Positionserfassungssystem oder umgekehrt auf dem Fahrzeug auf. Ein Positionserfassungssensor des zweiten Positionserfassungssystems kann zu einem Positionserfassungssensor des ersten Positionserfassungssystems oder umgekehrt beliebig auf dem Fahrzeug angeordnet sein. Es ist daher nicht erforderlich, dass derartige Positionserfassungssensoren beide in einem Fahrzeugkoordinatensystem eingemessen beziehungsweise koordinatenmäßig bekannt sind. Einer oder beide Positionserfassungssensoren können daher abnehmbar am Fahrzeug angebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug auch mittels eines außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Sensors getrackt werden und so ein Ortsvektor bezüglich des Fahrzeugs erfasst werden. Beispielsweise kann so ein Ortsvektor mittels Fotogrammmetrie oder Tachymetrie bestimmt werden. Die Transformationsparameter zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem können einen Rotationswinkel Q zwischen den Ordinaten oder den Abszissen der beiden Koordinatensysteme sowie einen Translationsvektors TGGR zwischen den Ursprüngen der beiden Koordinatensysteme umfassen, wobei ein Maßstabsfaktor zwischen den beiden Koordinatensystem bekannt oder im Wesentlichen gleich Eins sein kann.
Der Rotationswinkels Q als Winkel zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem kann gemäß Formel 3 mittels Trigonometrie berechnet werden, wobei die jeweiligen Abszissenwerte (Index x) und Ordinatenwerte (Index y) der beiden Differenzvektoren ArM R und ArM G verwendet werden. Im Zähler des Kosinusterms gemäß Formel 3 kann das Skalarprodukt der Differenzvektoren ArM R und ArM G berechnet werden und im Nenner des Kosinusterms können die Beträge der Differenz vektoren ArM R und ArM G multipliziert werden.
Figure imgf000012_0001
Formel 3
Mit dem Rotationswinkels Q kann im Weiteren eine entsprechende Rotationsmatrix AR G zwischen dem ersten Koordinatensystem (Index R) und dem zweiten Koordinatensystem (Index G) beziehungsweise eine Rotationsmatrix AG R zwischen dem zweiten Koordinatensystem (Index G) und dem ersten Koordinatensystem (Index R) mit entsprechenden Sinusterminen und/oder Kosinustermen berechnet werden.
Der Translationsvektors rG GR als Offset zwischen den Ursprüngen der beiden Koordina tensysteme kann gemäß Formel 4 berechnet werden, wobei die Ortsvektoren GMI° und rMi R des ersten Mittelpunkt M1 in beiden Koordinatensystemen zusammen mit der Rotationsmatrix AR G zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem als Berechnungsgrößen verwendet werden können.
Figure imgf000012_0002
Formel 4 Eine unbekannter Ortsvektor eines Positionserfassungssensors (Index VA) des zweiten Positionserfassungssystems, beispielsweise eine relativen Antennenposition einer Antenne zum Empfangen von Satellitennavigationssignalen oder einer Antenne eines Transponder-Systems zu einem Fahrzeugreferenzpunkt, kann basierend auf den vorangegangenen Berechnungen gemäß Formel 5 im zweiten Koordinatensystem (Index G), beispielsweise einem Satellitennavigationskoordinatensystem oder einem Transpondersystem, im ersten Koordinatensystem (Index R) und im Fahrzeugkoordinatensystem (Index V) berechnet werden.
Figure imgf000013_0001
rvA = AR ryA Formel 5
Für die Berechnung des unbekannten Ortsvektors rVAV des Positionserfassungssensors (Index VA) im Fahrzeugkoordinatensystem (Index V) gemäß Formel 5 kann eine Rotationsmatrix AR V zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem Fahrzeugkoordinatensystem verwendet, welche bekannt sein kann. Die Rotationsmatrix ARV kann aus einem bekannten Fahrzeugwinkel oder einer bekannten Fahrzeugorientierung des Fahrzeugs im ersten Koordinatensystem berechnet werden, wobei die Fahrzeugorientierung oder der Fahrzeugwinkel mittels einer in einem Transpondersystem bestimmten Trajektorie oder einzelner Ortsvektoren des Fahrzeugsystems im Transponderkoordinatensystem als erstes Koordinatensystem bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugorientierung oder der Fahrzeugwinkel mittels eines Odometrie- systems auf dem Fahrzeug, insbesondere mittels Raddrehzahlen und Lenkwinkeln bestimmt werden.
Ein Berechnen einer aktuellen Position des Fahrzeugs rv R im ersten Koordinatensystem entsprechend einer Transformation vom zweiten Koordinatensystem in das erste Koordinatensystem, das heißt ein Berechnen eines Fahrzeugreferenzpunkts, welcher im Fahrzeugkoordinatensystem des Fahrzeugs festgelegt sein kann, kann gemäß Formel 6 mit dem berechneten Translationsvektor rG GR, der berechneten Rotationsmatrix AGR sowie der Rotationsmatrix AV R als inverse Matrix zur berechneten Rotationsmatrix AR V und dem berechneten Ortsvektor rVAV sowie dem erfassten Ortsvektor rA G als ein zweiter Ortsvektor bezüglich des Fahrzeugs in dem zweiten Koordinatensystem erfolgen. Zur Berechnung von rvRwird von dem Ortsvektor eines Positionserfassungssensors (Index VA), beispielsweise einer Antenne im ersten Koordinatensystem, der Vektor TVAV als Offset zwischen einem Referenzpunkt und der Antenne abgezogen, um die Fahrzeugposition im ersten Koordinatensystem, beispielsweise in einem RFID-System, zu erhalten.
Figure imgf000014_0001
Formel 6
Ein Berechnen einer aktuellen Position des Fahrzeugs rv G im zweiten Koordinatensystem entsprechend einer Transformation vom zweiten Koordinatensystem in das erste Koordinatensystem kann mit entsprechend analogen Berechnungsgrößen, insbesondere inversen Berechnungsgrößen, erfolgen.
Eine zusätzliche Option oder eine Alternative zu einer automatisieren Bestimmung der Transformationsparameter zum Berechnen einer Fahrzeugposition kann eine manuelle Bestimmung der Transformationsparameter sein, welche ohne Kenntnis einer Position eines Positionserfassungssensors erfolgen kann. In einem Schritt kann mittels einer manuellen oder sonstigen Bestimmung die Position zweier RFID-Gitterpunkte eines Transpondersystems in dem zweiten Koordinatensystem, beispielsweise durch ein Platzieren eines GNSS-Systems auf diesen Gitterpunkten, erfolgen. In einem anderen Schritt kann ein Offset zwischen einem Fahrzeugreferenzpunkt und der unbekannten Position des Positionserfassungssensors, beispielsweise einer Antennenposition einer GNSS-Antenne oder einer Transponder-Antenne entweder aus einer CAD-Zeichnung oder durch entsprechende Berechnung, berechnet werden.
Die erfassten Ortsvektoren und/oder bestimmte Orientierungen in den Koordinatensystemen können mit Unsicherheiten, das heißt mit Varianzen, belegt sein. Derartige Er- fassungs- oder Messunsicherheiten könne in den einzelnen Berechnungsschritten gemäß den Formeln mittels Varianzfortpflanzung berücksichtigt werden um die Unsicherheit, das heißt die Genauigkeit, der transformierten Fahrzeugposition abzuschätzen beziehungsweise zu bestimmen. Um die Genauigkeiten zu erhöhen können redundante Erfassungen von Ortsvektoren oder Orientierungen an den einzelnen Fahrzeugorten durchgeführt werden und über einen entsprechend langen Zeitraum gemittelt werden. Zudem können weitere genauigkeitssteigernde Redundanzkonzepte, insbesondere bezüglich einer Vielzahl von Positionserfassungssensoren, vorgesehen sein.
Eine weitere Ausführungsform weist ein Erfassen der Ortsvektoren des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem mit einem Transpondersystem und ein Erfassen der zweiten Ortsvektoren des Fahrzeugs in dem zweiten Koordinatensystem mit einem Satellitennavigationssystem auf. Das Transpondersystem kann ein RFID-System sein und das Satellitennavigationssystem kann ein GNSS-System sein, wobei die Systeme entsprechenden Sendeeinheiten und/oder Empfangseinheiten aufweisen können.
Eine weitere Ausführungsform weist ein Erfassen von Ortsvektoren des Fahrzeugs mittels Odometrie auf. Die Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem können mit einem Odometrie-System erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Orientierungen des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem mittels Odometrie und optionaler Datenfilterung bestimmt werden. Mittels eines Odometers kann eine Lage des Fahrzeugs bestimmt werden. Die Fahrzeuglage kann eine lokale Position und/oder eine Orientierung des Fahrzeugs aufweisen. Hierfür können Daten eines Fahrzeugvortriebsystems, insbesondere eine jeweilige Anzahl von Radumdrehungen eines Fahrzeugrads, eines Fahrwerks, eines Gierratensensors und/oder einer Lenkung des Fahrzeugs ausgewertet werden. Eine relative Position des Fahrzeugs kann über eine Wegdifferenz hergeleitet werden, welche wiederum aus der Anzahl der Radumdrehungen zwischen zwei Messzeitpunkten und einem bekannten Radumfang berechnet werden kann. Über einen Lenkwinkel eines Fahrzeugrads kann ferner die Orientierung des Fahrzeugs ermittelt werden. Eine absolute Position kann aus einer bekannten Position, der relativen Position und dem Lenkwinkel abgeleitet werden.
Eine weitere Lösung ist ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte des Verfahrens zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs oder zumindest einer der Ausführungsformen des Verfahrens durchzuführen. Auch ist eine Lösung ein Positionierungssystem zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs zwischen einem ersten Koordinatensystem und einem zweiten Koordinatensystem, wobei das Positionierungssystem zumindest eine Komponente eines ersten Positionserfassungssystems zum Erfassen von mindestens zwei Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem an mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten aufweist. Das Positionierungssystem weist auch eine Komponente eines zweiten Positionserfassungssystems zum Erfassen von mindestens zwei Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem zweiten Koordinatensystem an den mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten auf. Ferner weist das Positionierungssystem eine Berechnungseinheit zum Berechnen von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem basierend auf den mindestens zwei Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem ersten Koordinatensystem und den mindestens zwei Ortsvektoren bezüglich des Fahrzeugs in dem zweiten Koordinatensystem und zum Berechnen der Position des Fahrzeugs in einem von dem ersten Koordinatensystem und dem zweiten Koordinatensystem mittels Transformieren der Position des Fahrzeugs zwischen dem ersten Koordinatensystem und dem zweite Koordinatensystem mit den berechneten Transformationsparametern auf.
Eine Komponente eines Positionserfassungssystems kann ein Sensor zum unmittelbaren oder mittelbaren Erfassen eines Ortsvektors bezüglich des Fahrzeugs sein. Die Komponente kann auch eine entsprechende Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit zum Aussenden oder zum Empfangen von Messsignalen zum Erfassen des Ortsvektors sein.
Die Berechnungseinheit kann eine Steuereinheit, eine Regelungseinheit oder eine Recheneinheit zum Steuern, Regeln oder Durchführen von Rechenschritten für ein Bewegen des Fahrzeugs, für eine Positionserfassung mit dem ersten oder zweiten Positionserfassungssystem oder für eine Transformation einer Fahrzeugposition zwischen den beiden Koordinatensystemen aufweisen oder mit einer oder mehreren solcher Einheiten verbunden sein.
Ferner ist eine Lösung ein Fahrzeug, welches ein Steuergerät oder ein Positionierungssystem gemäß bereits genannter Lösungen aufweist. ln einer Ausführungsform ist das Fahrzeug als ein selbstfahrendes Fahrzeug betreibbar. Als selbstfahrendes Fahrzeug kann ein selbstfahrendes Container-Transportfahrzeug zum automatisierten Transport von Container (AGV) vorgesehen sein. Ein derart selbstfahrendes Fahrzeug kann mittels der Transformation zwischen zwei Koordinatensystem in Bereichen fahren in denen lediglich eine Positionserfassung mit einem der beiden Postionserfassungssysteme möglich ist. Verlässt das Fahrzeug einen Erfassungsbereich des ersten Positionserfassungssystems kann es auf die Positionserfassung mit dem zweiten Positionserfassungssystem zurückgreifen, falls es sich in dessen Erfassungsbereich bewegt. Der Aktionsradius eines selbstfahrenden Fahrzeugs kann so vergrößert werden, wobei die Bewegung des Fahrzeugs durch die Transformation lückenlos steuerbar sein kann.
Nachfolgend werden zugehörige schematische Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele näher erläutern, beschrieben.
Kurzbeschreibunq der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs zwischen einem ersten Koordinatensystem einem zweiten Koordinatensystem.
Figur 2 zeigt ein Fahrzeug an verschiedenen Fahrzeugorten zur Veranschaulichung von Berechnungsgrößen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs zwischen zwei gezeigten Koordinatensystemen.
Figur 3 zeigt ein Fahrzeug an verschiedenen Fahrzeugorten zur weiteren Veranschaulichung der Ausführungsform des Verfahren zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs zwischen den zwei gezeigten Koordinatensystemen. Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel des Fahrzeugs.
Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsformen
In Figur 1 sind einzelne Verfahrensschritte des Verfahrens zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs 10 zwischen einem ersten Koordinatensystem 20 einem zweiten Koordinatensystem 40 in einer zeitlichen Abfolge gezeigt.
In einem Schritt SO wird eine Orientierung 28 des Fahrzeugs 10 an einem ersten Fahrzeugort 12 erfasst. In einem nächsten Schritt S1 wird ein erster Ortsvektor 22 in einem ersten Koordinatensystem 20 erfasst. In einem weiteren Schritt S2 wird ein erster Ortsvektor 42 in einem zweiten Koordinatensystem 40 erfasst. Die Schritte S1 und S2 können nacheinander oder zeitgleich ausgeführt werden. In einem darauffolgenden
Schritt S3 wird das Fahrzeug 10 zu einem zweiten Fahrzeugort 14 bewegt und die Schritte SO, S1 und S2 werden erneut ausgeführt.
In einem wiederholten Schritt SO wird eine Orientierung 28 des Fahrzeugs 10 an dem zweiten Fahrzeugort 14 erfasst. In einem wiederholten Schritt S1 wird ein zweiter Ortsvektor 24 in dem ersten Koordinatensystem 20 erfasst. In einem widerholten Schritt S2 wird ein zweiter Ortsvektor 44 in dem zweiten Koordinatensystem 40 erfasst. In einem widerholten darauffolgenden Schritt S3 wird das Fahrzeug 10 zu einem dritten Fahrzeugort 16 bewegt und die Schritte SO, S1 und S2 werden erneut ausgeführt.
In einem wiederholten Schritt SO wird eine Orientierung 28 des Fahrzeugs 10 an dem dritten Fahrzeugort 16 erfasst. In einem wiederholten Schritt S1 wird ein dritter Ortsvektor 26 in dem ersten Koordinatensystem 20 erfasst. In einem widerholten Schritt S2 wird ein dritter Ortsvektor 46 in dem zweiten Koordinatensystem 40 erfasst.
Die Orientierungserfassung gemäß Schritt SO, die Positionserfassung im ersten Koordinatensystem 20 gemäß Schritt S1 und die Positionserfassung im zweiten Koordinatensystem 40 gemäß Schritt S2 erfolgt in einer Ruheposition oder in Bewegung des Fahrzeugs 10. ln einem auf die wiederholt ausgeführten Schritte SO bis S3 nachfolgenden Schritt S4 werden zwei Passpunkte 62, 64 basierend auf den Positionserfassungen im ersten Koordinatensystem 20 und im zweiten Koordinatensystem 40 berechnet, wobei die Passpunkte 62, 64 Rotationspunkte bezüglich einer Bewegung des Fahrzeugs 10 vom ersten Fahrzeugort 12 zum zweiten Fahrzeugort 14 und vom ersten Fahrzeugort 10 zum dritten Fahrzeugort 16 sind.
In einem auf Schritt S4 folgenden Schritt S5 werden Transformationsparameter zwischen dem ersten Koordinatensystem 20 und dem zweiten Koordinatensystem 40 berechnet, welche bezüglich Figur 2 näher erläutert werden.
In einem auf Schritt S5 folgenden Schritt S6 wird eine Fahrzeugposition des Fahrzeugs 10 von dem ersten Koordinatensystem 20 in das zweite Koordinatensystem 40 oder umgekehrt transformiert.
In Figur 2 ist das Fahrzeug 10 an verschiedenen Fahrzeugorten mit unterschiedlichen Orientierungen 28 gezeigt. Zudem ist das erste Koordinatensystem 20 (Index R) und das zweite Koordinatensystem 40 (Index G) schematisch dargestellt.
Das erste Koordinatensystem 20 weist eine Abszisse xR und eine Ordinate yR auf, wobei es sich um ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem handelt. Das zweite Koordinatensystem 40 weist eine Abszisse xG und eine Ordinate yG auf, wobei es sich auch bei diesem Koordinatensystem um ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem handelt.
Die Transformationsparameter umfassen einen Translationsvektor 2 und einen Rotationswinkel 4, wobei ein Maßstabsfaktor (nicht gezeigt) gleich Eins sein kann. Der Translationsvektor 2 ist als Vektor TGR gezeigt, wobei der Translationsvektor 2 der Ortsvektor des Ursprungs PR des ersten Koordinatensystems 20 im zweiten Koordinatensystem 40 ist. Der Translationsvektor 2 ist somit der Vektor vom Ursprung PG des zweiten Koordinatensystems 40 zum Ursprung PR des ersten Koordinatensystems 20. Der Rotations- winkel 4 ist als Winkel Q gezeigt, wobei der Rotationswinkel 4 der Winkel zwischen den Ordinaten yR und yG beziehungsweise ein Winkel zwischen den Abszissen xR und xG ist.
Auf dem Fahrzeug 10 ist ein erster Bezugspunkt 6 eines ersten Positionserfassungssensors (nicht gezeigt) zum Erfassen von Ortsvektoren 22, 24, 26 bezüglich des Fahrzeugs 10 in dem ersten Koordinatensystem 20 an den verschiedenen Fahrzeugorten 12, 14, 16 gezeigt. Der Bezugspunkt 6 ist der Ursprung eines Fahrzeugkoordinatensystems 18, welches ein kartesisches Koordinatensystem ist. Das Fahrzeugkoordinatensystems 18 (Index V) hat eine Abszisse xv und eine Ordinate yv, wobei die Abszisse xv in Fahrzeuglängsrichtung und die Ordinate yv in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet ist.
Eine transformierte Position des Fahrzeugs 10 wird im ersten Koordinatensystem 20 bezüglich des Bezugspunkts 6 angegeben und ist mit dem Vektor rRV gezeigt. Eine transformierte Position des Fahrzeugs 10 wird in zweiten Koordinatensystem 40 auch bezüglich des Bezugspunkts 6 angegeben und ist mit dem Vektor rcv gezeigt.
Auf dem Fahrzeug 10 ist zudem ein zweiter Bezugspunkt 8 eines zweiten Positionserfassungssensors (nicht gezeigt) zum Erfassen von Ortsvektoren 42, 44, 46 bezüglich des Fahrzeugs 10 in dem zweiten Koordinatensystem 40 an den verschiedenen Fahrzeugorten 12, 14, 16 gezeigt.
Die Orientierungen 28 des Fahrzeugs 10 sind als Fahrzeugwinkel f zwischen der Abszisse xv des Fahrzeugkoordinatensystems 18 und der Abszisse xR des ersten Koordinatensystems 20 gezeigt. Alternativ kann auch ein gezeigter Winkel cp als Fahrzeugwinkel zwischen einer Ausrichtung oder Bezugsrichtung des zweiten Positionserfassungssensors und der Abszisse xG des zweiten Koordinatensystems 40 verwendet werden.
In Figur 3 sind die Koordinatensysteme 20, 40 aus Figur 2 und das Fahrzeug 10 mit seinem Fahrzeugkoordinatensystem 18 erneut gezeigt.
Im ersten Koordinatensystem 20 sind die Endpunkte eines ersten Ortsvektors 22, eines zweiten Ortsvektors 24 und eines dritten Ortsvektors 26 auf dem Fahrzeug 10 ohne die jeweiligen Vektoren gezeigt. Die Endpunkte der Ortsvektoren 22, 24, 26 im ersten Koordinatensystem 20 können den Bezugspunkten 6 in Figur 2 entsprechen und in den jeweiligen Ursprüngen des Fahrzeugkoordinatensystems 18 an den verschiedenen Fahrzeugorten liegen.
Im zweiten Koordinatensystem 40 sind die Endpunkte eines ersten Ortsvektors 42, eines zweiten Ortsvektors 44 und eines dritten Ortsvektors 46 auf dem Fahrzeug 10 ohne die jeweiligen Vektoren gezeigt. Die Ortsvektoren 42, 44, 46 im ersten Koordinatensystem 20 können den Bezugspunkten 8 in Figur 2 entsprechen und sich auf eine Position eines Positionserfassungssensors des zweiten Positionserfassungssystems auf dem Fahrzeug 10 beziehen.
Das Fahrzeug 10 bewegt sich auf einer Fahrzeugtrajektorie 11 von dem ersten Fahrzeugort 12 zum zweiten Fahrzeugort 14 und anschließend zum dritten Fahrzeugort 16, wobei das Fahrzeug 10 vom ersten Fahrzeugort 12 zum zweiten Fahrzeugort 14 mit einer translatorischen und rotierenden Bewegung fährt und sich dabei um den ersten Passpunkt 62, welcher als Mittelpunkt M1 der rotierenden Fahrzeugbewegung gezeigt ist, dreht. Das Fahrzeug 10 beschreibt dabei eine Drehung um ungefähr 180 Grad. Das Fahrzeug 10 fährt weiter vom zweiten Fahrzeugort 14 zum dritten Fahrzeugort 16 mit einer translatorischen und im Ergebnis im Wesentlichen nicht rotierenden Bewegung zwischen dem zweiten und dritten Fahrzeugort 14, 16, wobei sich das Fahrzeug um den zweiten Passpunkt 64, welcher als Mittelpunkt M2 der rotierenden Fahrzeugbewegung bezüglich des ersten Fahrzeugorts 12 gezeigt ist, weiter bezüglich des ersten Fahrzeugorts 12 dreht.
Der erste Passpunkt 62, als Mittelpunkt M1 gezeigt, ergibt sich geometrisch aus einem Geradenschnitt einer ersten Gerade zwischen den Endpunkten des ersten Ortvektors 22 und des zweiten Ortsvektors 24 im ersten Koordinatensystem 20 und einer zweiten Gerade zwischen den Endpunkten des ersten Ortvektors 42 und des zweiten Ortsvektors 44 im zweiten Koordinatensystem 40.
Der zweite Passpunkt 64, als Mittelpunkt M2 gezeigt, ergibt sich geometrisch aus einem Geradenschnitt einer ersten Gerade zwischen den Endpunkten des ersten Ortvek- tors 22 und des dritten Ortsvektors 26 im ersten Koordinatensystem 20 und einer zweiten Gerade zwischen den Endpunkten des ersten Ortvektors 42 und des dritten Ortsvektors 46 im zweiten Koordinatensystem 40.
Basierend auf den beiden Passpunkten 62, 64 beziehungsweise eines Differenzvektors 66 zwischen den Passpunkten 62, 64 als identische Elemente in beiden Koordinatensystemen 20, 40 können dann die Transformationsparameter 2, 4 berechnet werden.
In Figur 4 ist das Fahrzeug 10 schematisch gezeigt, wobei Komponenten eines Positionierungssystems 80 gezeigt sind. Das Positionierungssystem 80 weist eine Komponente 82 des ersten Positionserfassungssystems zum Erfassen der Ortsvektoren 22, 24, 26 im ersten Koordinatensystem 20 auf. Das Positionierungssystem 80 weist ferner eine Komponente 84 des zweiten Positionserfassungssystems zum Erfassen der Ortsvektoren 42, 44, 46 im zweiten Koordinatensystem 40 auf. Die Komponente 82 des ersten Positionserfassungssystems kann eine Antenne (nicht gezeigt) eines Transponder- Antennen-Systems sein und die Komponente 84 des zweiten Positionserfassungssystems kann eine Antenne (nicht gezeigt) eines GNSS-Systems sein. Die Komponenten 82, 84 sind an unterschiedlichen Stellen auf dem Fahrzeug angeordnet.
Das Fahrzeug 10 weist zudem eine Berechnungseinheit 86 zum Berechnen der Transformationsparameter 2, 4 und ein Steuergerät 90 zum Durchführen der Verfahrensschritte SO bis S6 auf.
Die Komponente 82 des ersten Positionserfassungssystems ist mit der Berechnungseinheit 86 und mit dem Steuergerät 90 zur Datenkommunikation und zum Kommunizieren von Steuerungsbefehlen verbunden. Die Komponente 84 des zweiten Positionserfassungssystems ist ebenfalls mit der Berechnungseinheit 86 und mit dem Steuergerät 90 zur Datenkommunikation und zum Kommunizieren von Steuerungsbefehlen verbunden. Ferner ist die Berechnungseinheit 86 mit dem Steuergerät zu diesen Zwecken verbunden. Bezugszeichen T ranslationsvektor
Rotationswinkel
erster Bezugspunkt
zweiter Bezugspunkt
Fahrzeug
Fahrzeugtrajektorie
erster Fahrzeugort
zweiter Fahrzeugort
dritter Fahrzeugort
Fahrzeugkoordinatensystem
erstes Koordinatensystem
erster Ortsvektor im erstes Koordinatensystem zweiter Ortsvektor im erstes Koordinatensystem dritter Ortsvektor im erstes Koordinatensystem
Orientierung im erstes Koordinatensystem
zweites Koordinatensystem
erster Ortsvektor im zweiten Koordinatensystem zweiter Ortsvektor im zweiten Koordinatensystem dritter Ortsvektor im zweiten Koordinatensystem erster Passpunkt
zweiter Passpunkt
Differenzvektor
Positionierungssystem
Komponente des ersten Positionserfassungssystems Komponente des zweiten Positionserfassungssystems Berechnungseinheit
Steuergerät
Orientierungserfassung
Positionserfassung im ersten Koordinatensystem Positionserfassung im zweiten Koordinatensystem Fahrzeugbewegung
Passpunktberechnung
Berechnung Transformationsparameter Transformation Fahrzeugposition

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs (10) zwischen einem ersten Koordinatensystem (20) und einem zweiten Koordinatensystem (40), mit den Verfahrensschritten
Erfassen (S1 ) von mindestens zwei Ortsvektoren (22, 24, 26) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem ersten Koordinatensystem (20) mit einem ersten Positionserfassungssystem an mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16),
gekennzeichnet durch
Erfassen (S2) von mindestens zwei Ortsvektoren (42, 44, 46) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) mit einem zweiten Positionserfassungssystem an den mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16),
Berechnen (S5) von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) basierend auf den mindestens zwei Ortsvektoren (22, 24, 26) in dem ersten Koordinatensystem (20) und den mindestens zwei Ortsvektoren (42, 44, 46) in dem zweiten Koordinatensystem (40) und
Berechnen (S6) der Position des Fahrzeugs (10) in einem von dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) mittels Transformieren der Position des Fahrzeugs (10) zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) mit den berechneten Transformationsparametern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
gekennzeichnet durch
Bewegen (S3) des Fahrzeugs (10) von einem ersten Fahrzeugort (12) zu einem zweiten Fahrzeugort (14) und von dem zweiten Fahrzeugort (14) zu einem dritten Fahrzeugort (16),
Erfassen (S1 ) von drei Ortsvektoren (22, 24, 26) des Fahrzeugs (10) in dem ersten Koordinatensystem (20) mit dem ersten Positionserfassungssystem an den drei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16),
Erfassen (S2) von drei Ortsvektoren (42, 44, 46) des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) mit dem zweiten Positionserfassungssystem an den drei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16), wobei die Orientierungen (28) des Fahrzeugs (10) an dem zweiten und dritten Fahrzeugort (14, 16) im Wesentlichen gleich sind und zur Orientierung (28) des Fahrzeugs (10) an dem ersten Fahrzeugort (12) um im Wesentlichen 180 Grad verschieden sind, und
Berechnen (S5) von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) basierend auf den drei Ortsvektoren (22, 24, 26) des Fahrzeugs (10) und den drei Ortsvektoren (42, 44, 46) des Fahrzeugs (10).
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Orientierungen (28) des Fahrzeugs (10) zumindest an zwei der drei Fahrzeugorte (12, 14, 16) im Wesentlichen gleich sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
gekennzeichnet durch
Berechnen (S4) von mindestens zwei Passpunkten (62, 64) in dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) basierend auf den drei Ortsvektoren (22, 24, 26) des Fahrzeugs (10) und den drei Ortsvektoren (42, 44, 46) des Fahrzeugs (10) und
Berechnen (S5) der Transformationsparameter zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) basierend auf den mindestens zwei Passpunkten (62, 64).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Berechnen (S5) der Transformationsparameter zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) unabhängig von der relativen Anordnung des zweiten Positionserfassungssystems zum ersten Positionserfassungssystem auf dem Fahrzeug (10).
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch Erfassen (S1) der Ortsvektoren (22, 24, 26) des Fahrzeugs (10) in dem ersten Koordinatensystem (20) mit einem Transpondersystem und
Erfassen (S2) der Ortsvektoren (42, 44, 46) des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) mit einem Satellitennavigationssystem.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Erfassen (S1) von Ortsvektoren (22, 24, 26) des Fahrzeugs (10) mittels Odometrie.
8. Steuergerät (90), welches dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.
9. Positionierungssystem (80) zum Transformieren einer Position eines Fahrzeugs (10) zwischen einem ersten Koordinatensystem (20) und einem zweiten Koordinatensystem (40), mit
zumindest einer Komponente eines ersten Positionserfassungssystems (82) zum Erfassen von mindestens zwei Ortsvektoren (22, 24, 26) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem ersten Koordinatensystem (20) an mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16),
gekennzeichnet durch
zumindest eine Komponente eines zweiten Positionserfassungssystems (84) zum Erfassen von mindestens zwei Ortsvektoren (42, 44, 46) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) an den mindestens zwei verschiedenen Fahrzeugorten (12, 14, 16) und
einer Berechnungseinheit (86) zum Berechnen von Transformationsparametern zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) basierend auf den mindestens zwei Ortsvektoren (22, 24, 26) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem ersten Koordinatensystem (20) und den mindestens zwei Ortsvektoren (42, 44, 46) bezüglich des Fahrzeugs (10) in dem zweiten Koordinatensystem (40) und zum Berechnen der Position des Fahrzeugs (10) in einem von dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweiten Koordinatensystem (40) mittels Transformieren der Position des Fahrzeugs (10) zwischen dem ersten Koordinatensystem (20) und dem zweite Koordinatensystem (40) mit den berechneten Transformationsparametern.
10. Fahrzeug (10),
welches ein Steuergerät (90) nach Anspruch 8 oder ein Positionierungssystem (80) nach Anspruch 9 aufweist.
11. Fahrzeug (10) nach Anspruch 10,
wobei das Fahrzeug (10) als ein selbstfahrendes Fahrzeug betreibbar ist.
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