DE102019104991A1

DE102019104991A1 - Method for determining a vehicle state of a vehicle

Info

Publication number: DE102019104991A1
Application number: DE102019104991.1A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Glander; Manuel Schmidt; Christian Wissing; Andreas Homann; Christian Lienke; Torsten Bertram; Niklas Stannartz; Martin Krüger; Syed Irtiza Ali; Avraam Tolmidis
Original assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeugzustands hat die folgenden Schritte:a) Erfassen einer Position (P) eines fahrzeugexternen Objekts (12) durch Erfassen des Abstands (r) und der Orientierung (φ) des Fahrzeugs (10) zum fahrzeugexternen Objekt (12),b) Bestimmen einer Lage des Objekts (12) in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem (K) anhand des erfassten Abstands (r) und der erfassten Orientierung (φ),c) Ermitteln einer Objektlinie (O) durch Extrapolation des Objekts (12),d) Bestimmen eines Fußpunkts (F) des Fahrzeugs (10) auf der Objektlinie (O),e) Bestimmen einer normalisierten Lage des fahrzeugexternen Objekts (12) im fahrzeugfesten Koordinatensystem (K) durch Ermitteln eines normalisierten Abstands (r) und einer normalisierten Orientierung (φ) des Fahrzeugs (10) zum Fußpunkt (F), undf) Steuern des Fahrzeugs (10) auf Grundlage der bestimmten normalisierten Lage.A method for determining a vehicle state has the following steps: a) Detection of a position (P) of an object (12) external to the vehicle by detecting the distance (r) and the orientation (φ) of the vehicle (10) to the object (12) external to the vehicle, b) determining a position of the object (12) in a vehicle-fixed coordinate system (K) based on the detected distance (r) and the detected orientation (φ), c) determining an object line (O) by extrapolating the object (12), d) Determining a base point (F) of the vehicle (10) on the object line (O), e) determining a normalized position of the vehicle-external object (12) in the vehicle-fixed coordinate system (K) by determining a normalized distance (r) and a normalized orientation (φ ) the vehicle (10) to the base point (F), and f) controlling the vehicle (10) on the basis of the determined normalized position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeugzustands eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug, ein Steuergerät für ein Fahrzeug und ein Computerprogramm mit Programmcode, die dazu ausgebildet sind, das Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeugzustands eines Fahrzeugs durchzuführen.The invention relates to a method for determining a vehicle state of a vehicle and a vehicle, a control device for a vehicle and a computer program with program code which are designed to carry out the method for determining a vehicle state of a vehicle.

Eine Herausforderung für teilautonomen und vollautonomen Kraftfahrzeuge ist die Bestimmung eines Fahrzeugzustands, vor allem einer Eigenpositionsbestimmung des Fahrzeugs. Das Problem liegt hierbei darin, dass das Fahrzeug gleichzeitig eine Karte seiner Umgebung erstellen und seine Position und Orientierung darin schätzen muss.A challenge for semi-autonomous and fully autonomous motor vehicles is the determination of a vehicle status, especially a determination of the vehicle's own position. The problem here is that the vehicle must simultaneously create a map of its surroundings and estimate its position and orientation in it.

In der Robotik sind bereits Ansätze zur Eigenpositionsbestimmung von Robotern bekannt. Hierbei wird ein globales Koordinatensystem verwendet, dessen Ursprung auf den Ort zu Beginn der Fahrt gesetzt wird. Externe Objekte, die zur Eigenpositionsbestimmung mittels optischer Sensoren erfasst werden, werden durch einen Abstand und Winkel zum Ursprung (hessesche Normalform) beschrieben. Diese Darstellung in Polarkoordinaten kann zu numerischen Instabilitäten und Singularitäten führen, und der Bezug auf den Ursprung des globalen Koordinatensystems ist bei längeren Fahrten Quelle von Ungenauigkeiten. Daher können diese Ansätze nicht auf Kraftahrzeuge, wie Pkw und Lkw, angewendet werden, da sich Fahrzeuge in der Regel deutlich schneller bewegen und weitere Entfernungen zurücklegen.Approaches for determining the position of robots are already known in robotics. A global coordinate system is used here, the origin of which is set to the location at the beginning of the journey. External objects that are detected by optical sensors to determine their own position are described by a distance and angle to the origin (Hessian normal form). This representation in polar coordinates can lead to numerical instabilities and singularities, and the reference to the origin of the global coordinate system is a source of inaccuracies during longer journeys. As a result, these approaches cannot be applied to motor vehicles, such as cars and trucks, as vehicles tend to move much faster and travel longer distances.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine robuste Bestimmung des Fahrzeugzustands, vor allem der Eigenposition zu gewährleisten.The object of the invention is to ensure a robust determination of the vehicle state, especially its own position.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeugzustands eines Fahrzeugs mit den im Folgenden beschriebenen Schritten gelöst. Zuerst wird eine Position zumindest eines Abschnitts eines fahrzeugexternen Objekts mittels mindestens einem fahrzeugintegrierten Sensor durch Erfassen des Abstands und der Orientierung des Fahrzeugs zum fahrzeugexternen Objekt erfasst. Anhand des erfassten Abstands und der erfassten Orientierung wird durch ein Zustandsmodul des Fahrzeugs eine Lage des fahrzeugexternen Objekts in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem bestimmt. Es wird eine Objektlinie durch Extrapolation des fahrzeugexternen Objekts durch das Zustandsmodul, insbesondere unter anderem auf Grundlage der erfassten Position des zumindest einen Abschnitts einerseits sowie der Ausdehnung des zumindest einen Abschnitts und/oder der Orientierung des Fahrzeugs andererseits ermittelt. In einem weiteren Schritt wird ein Fußpunkt des Fahrzeugs auf der Objektlinie durch das Zustandsmodul als der Punkt bestimmt, in dem eine Gerade aus dem Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems die Objektlinie senkrecht schneidet. Anschließend wird eine normalisierte Lage des fahrzeugexternen Objekts im fahrzeugfesten Koordinatensystem durch das Zustandsmodul durch Ermitteln eines normalisierten Abstands und einer normalisierten Orientierung des Fahrzeugs zum Fußpunkt bestimmt. In einem letzten Schritt wird das Fahrzeug auf Grundlage der bestimmten normalisierten Lage gesteuert, wobei die normalisierte Lage zumindest ein Teil eines Fahrzeugzustands ist.According to the invention, this object is achieved by a method for determining a vehicle state of a vehicle with the steps described below. First, a position of at least one section of an object external to the vehicle is detected by means of at least one vehicle-integrated sensor by detecting the distance and the orientation of the vehicle to the object external to the vehicle. Using the detected distance and the detected orientation, a status module of the vehicle determines a position of the object external to the vehicle in a coordinate system fixed to the vehicle. An object line is determined by extrapolating the object external to the vehicle by the status module, in particular based on the detected position of the at least one section on the one hand and the extent of the at least one section and / or the orientation of the vehicle on the other hand. In a further step, a base point of the vehicle on the object line is determined by the status module as the point at which a straight line from the origin of the vehicle-fixed coordinate system intersects the object line perpendicularly. A normalized position of the vehicle-external object in the vehicle-fixed coordinate system is then determined by the status module by determining a normalized distance and a normalized orientation of the vehicle to the base point. In a final step, the vehicle is controlled on the basis of the determined normalized position, the normalized position being at least part of a vehicle state.

Durch das Verfahren ist es möglich, die Position zumindest eines Abschnitts des fahrzeugexternen Objekts im fahrzeugfesten Koordinatensystem zu erfassen und den Zustand des Fahrzeugs, wie beispielsweise eine Lage des Fahrzeugs relativ zum fahrzeugexternen Objekt, im fahrzeugfesten Koordinatensystem zu bestimmen. Auf Grundlage dessen kann das Fahrzeug gesteuert werden. Durch die Bestimmung der Lage des fahrzeugexternen Objektes im fahrzeugfesten Koordinatensystem und nicht im globalen Koordinatensystem ist die Bestimmung der Lage des Fahrzeugs zum fahrzeugexternen Objekt genauer.The method makes it possible to detect the position of at least a section of the object external to the vehicle in the vehicle-fixed coordinate system and to determine the state of the vehicle, such as a position of the vehicle relative to the vehicle-external object, in the vehicle-fixed coordinate system. Based on this, the vehicle can be controlled. By determining the position of the vehicle-external object in the vehicle-fixed coordinate system and not in the global coordinate system, the determination of the position of the vehicle relative to the vehicle-external object is more accurate.

Das Fahrzeug ist zum Beispiel ein Kraftfahrzeug für den Straßenverkehr, insbesondere ein Pkw oder Lkw.The vehicle is, for example, a motor vehicle for road traffic, in particular a car or truck.

Als Orientierung wird dabei insbesondere der Winkel zwischen einer Längsachse des Fahrzeugs und einer Geraden zwischen dem Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems und dem fahrzeugexternen Objekt bzw. des Fußpunkts bezeichnet.The angle between a longitudinal axis of the vehicle and a straight line between the origin of the coordinate system fixed to the vehicle and the object external to the vehicle or the base point is referred to as orientation.

Der mindestens eine fahrzeugintegrierte Sensor ist zum Beispiel ein optischer Sensor, wie ein LIDAR-Sensor.The at least one vehicle-integrated sensor is, for example, an optical sensor such as a LIDAR sensor.

Vorzugsweise wir die normalisierte Lage im fahrzeugfesten Koordinatensystem in kartesische Koordinaten transformiert. Durch die Verwendung von kartesischen Koordinaten wird das Verfahren numerisch stabiler im Vergleich mit bekannten Verfahren, die auf Polarkoordinaten basieren.The normalized position in the vehicle-fixed coordinate system is preferably transformed into Cartesian coordinates. The use of Cartesian coordinates makes the method numerically more stable in comparison with known methods that are based on polar coordinates.

Beispielsweise wird der ermittelte Fahrzeugzustand für eine simultane Positionsbestimmung und Kartenerstellung (SLAM; Simultaneous Localization and Mapping) verwendet. Dadurch ist es eigenpositionsbestimmenden Fahrzeugen möglich, eine Karte einer unbekannten Umgebung kontinuierlich aufzunehmen und sich gleichzeitig in der unbekannten Umgebung anhand von fahrzeugexternen Objekten zu orientieren.For example, the determined vehicle status is used for simultaneous position determination and map creation (SLAM; Simultaneous Localization and Mapping). This makes it possible for vehicles that determine their own position to continuously record a map of an unknown environment and at the same time to orientate themselves in the unknown environment using objects external to the vehicle.

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich wenigstens einen der folgenden Schritte: Wenigstens ein Dynamikparameter des Fahrzeugs, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Querbeschleunigung des Fahrzeugs, der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder der Drehrate des Fahrzeugs wird ermittelt. Anhand des ermittelten Fahrzeugzustands, insbesondere der normalisierten Lage, und des wenigstens einen Dynamikparameters wird ein prognostizierter Fahrzeugzustand geschätzt, insbesondere eine prognostizierte normalisierten Lage, zu einem zukünftigen Prognosezeitpunkt ausgehend vom aktuellen Fahrzeugzustand, insbesondere der aktuellen normalisierten Lage. Danach folgt die Ermittlung des aktuellen Fahrzeugzustands, insbesondere der aktuellen normalisierten Lage, zum Prognosezeitpunkt. Der prognostizierte Fahrzeugzustand, insbesondere die prognostizierte normalisierte Lage, wird dann anhand des ermittelten aktuellen Fahrzeugzustands, insbesondere der aktuellen normalisierten Lage zum Prognosezeitpunkt korrigiert. In einem letzten Schritt wird das Fahrzeug auf Grundlage des korrigierten Fahrzeugzustands, insbesondere der korrigierten normalisierten Lage, gesteuert. Dadurch kann die Genauigkeit der Messungen und Schätzungen erhöht werden. Die Aktualisierung des prognostizierten Fahrzeugzustands erfolgt in einem bestimmten Zeitintervall, insbesondere alle 10 ms.The method according to the invention preferably additionally comprises at least one of the the following steps: At least one dynamic parameter of the vehicle, in particular the vehicle speed, the transverse acceleration of the vehicle, the longitudinal acceleration of the vehicle and / or the rate of rotation of the vehicle is determined. Using the determined vehicle state, in particular the normalized position, and the at least one dynamic parameter, a predicted vehicle state is estimated, in particular a predicted normalized position, at a future prognosis time based on the current vehicle state, in particular the current normalized position. This is followed by the determination of the current vehicle state, in particular the current normalized position, at the time of the forecast. The predicted vehicle state, in particular the predicted normalized position, is then corrected on the basis of the determined current vehicle state, in particular the current normalized position at the time of the forecast. In a final step, the vehicle is controlled on the basis of the corrected vehicle state, in particular the corrected normalized position. This can increase the accuracy of the measurements and estimates. The forecasted vehicle status is updated at a specific time interval, in particular every 10 ms.

Gemäß einem Aspekt liegt der Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems auf einer Längsachse des Fahrzeugs, insbesondere auf der Mitte einer Hinterachse des Fahrzeugs. Auf der Längsachse, insbesondere auf der Mitte der Hinterachse des Fahrzeugs sind die Relativbewegungen des Fahrzeugs am geringsten.According to one aspect, the origin of the vehicle-fixed coordinate system lies on a longitudinal axis of the vehicle, in particular on the center of a rear axle of the vehicle. The relative movements of the vehicle are lowest on the longitudinal axis, in particular in the middle of the rear axle of the vehicle.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das fahrzeugexterne Objekt identifiziert wird, insbesondere als Landmarke. Vorzugsweise werden mehrere Landmarken an der Position des Fahrzeugs, insbesondere an der Lage des Fahrzeugs in einem globalen Koordinatensystem, aus einer Datenbank abgefragt und das fahrzeugexterne Objekt einer der abgefragten Landmarken, insbesondere der mit der größten Übereinstimmung hinsichtlich wenigstens eines Bewertungskriteriums zugeordnet. Dadurch ist eine wiederholte Erfassung und Korrektur der Position des fahrzeugexternen Objekts und die darauf aufbauende Bestimmung des Fahrzeugzustands des Fahrzeugs möglich. Zudem kann das insbesondere als Landmarke identifizierte Objekt zur Transformation des Fahrzeugzustandes in ein globales Koordinatensystem dienen.Another aspect provides that the vehicle-external object is identified, in particular as a landmark. A plurality of landmarks at the position of the vehicle, in particular at the position of the vehicle in a global coordinate system, are preferably queried from a database and the vehicle-external object is assigned to one of the queried landmarks, in particular the one with the greatest agreement with regard to at least one evaluation criterion. This enables repeated detection and correction of the position of the object external to the vehicle and the determination of the vehicle state of the vehicle based on this. In addition, the object identified in particular as a landmark can be used to transform the vehicle state into a global coordinate system.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Lage des fahrzeugexternen Objekts, die normalisierte Lage und/oder die Position des Fahrzeugs aus dem fahrzeugfesten, insbesondere kartesischen Koordinatensystem in ein globales Koordinatensystem transformiert. Durch die Transformation aus dem fahrzeugfesten, kartesischen Koordinatensystem in ein globales Koordinatensystem kann eine globale Karte von identifizierten fahrzeugexternen Objekten erstellt werden und/oder ein Abgleich des Fahrzeugzustandes mit einer Karte im globalen Koordinatensystem erfolgen.According to a further aspect, the position of the object external to the vehicle, the normalized position and / or the position of the vehicle is transformed from the vehicle-fixed, in particular Cartesian, coordinate system into a global coordinate system. By transforming the vehicle-fixed, Cartesian coordinate system into a global coordinate system, a global map of identified objects external to the vehicle can be created and / or the vehicle status can be compared with a map in the global coordinate system.

Zum Beispiel kann der Abgleich oder die Transformation unter Verwendung eines globalen Navigationssatellitensystems erfolgen.For example, the matching or the transformation can be done using a global navigation satellite system.

Insbesondere ist die Lage des fahrzeugexternen Objekts im globalen Koordinatensystem bekannt, zum Beispiel aufgrund von Kartendaten, und wird zur Transformation in das fahrzeugfeste, insbesondere Koordinatensystem verwendet. Dadurch kann das fahrzeugexterne Objekt im fahrzeugfesten, kartesischen Koordinatensystem wieder identifiziert bzw. der Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems einfach in das globale Koordinatensystem transformiert werden.In particular, the position of the vehicle-external object in the global coordinate system is known, for example on the basis of map data, and is used for the transformation into the vehicle-fixed, in particular, coordinate system. As a result, the vehicle-external object can be identified again in the vehicle-fixed Cartesian coordinate system or the origin of the vehicle-fixed coordinate system can simply be transformed into the global coordinate system.

Beispielsweise ist die Position des Fahrzeugs und/oder der Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems bekannt und wird zur Transformation verwendet. Auf diese Weise lässt sich die Position des fahrzeugexternen Objekts im globalen Koordinatensystem genauer bestimmen bzw. anpassen, wodurch Kartendaten verbessert werden können. Insbesondere ist die Fahrzeugposition der Ursprung des fahrzeugfesten, kartesischen Koordinatensystems.For example, the position of the vehicle and / or the origin of the coordinate system fixed to the vehicle is known and is used for the transformation. In this way, the position of the object external to the vehicle can be determined or adapted more precisely in the global coordinate system, as a result of which map data can be improved. In particular, the vehicle position is the origin of the Cartesian coordinate system that is fixed to the vehicle.

Die Position des Fahrzeugs und/oder die Position des Ursprungs kann mittels eines Empfängers für ein globales Navigationssatellitensystem bestimmt werden.The position of the vehicle and / or the position of the origin can be determined by means of a receiver for a global navigation satellite system.

Der Beginn der Fahrt kann als Ursprung des globalen Koordinatensystems angenommen werden und die Lage und/oder Position des Fahrzeugs kann anhand der seit Beginn der Fahrt ermittelten Fahrzeugzustände und/oder dem zeitlichen Verlauf der Dynamikparameter bestimmt werden. Somit kann zum einen die Eigenposition des Fahrzeugs im globalen Koordinatensystem exakt bestimmt und zum anderen der zurückgelegte Weg im globalen Koordinatensystem dargestellt werden.The beginning of the journey can be assumed to be the origin of the global coordinate system and the location and / or position of the vehicle can be determined on the basis of the vehicle states determined since the beginning of the journey and / or the temporal course of the dynamic parameters. Thus, on the one hand, the vehicle's own position can be determined exactly in the global coordinate system and, on the other hand, the distance covered can be displayed in the global coordinate system.

Für ein SLAM Verfahren ist es zudem notwendig einen Startpunkt zu definieren, von dem aus eine globale Karte der erfassten Objekte erstellt wird. Hierfür eignet sich der Ursprung des globalen Koordinatensystems.For a SLAM process it is also necessary to define a starting point from which a global map of the recorded objects is created. The origin of the global coordinate system is suitable for this.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das fahrzeugexterne Objekt ein statisches, lineares Objekt ist, insbesondere eine Leitplanke oder eine Fahrbahnmarkierung. Dadurch können mehrere, sich insbesondere teilweise überschneidende Abschnitte und deren Positionen desselben Objekts über eine auf eine Länge des statischen, linearen Objekts begrenzte Strecke kontinuierlich erfasst werden, wodurch die Lage und Orientierung des fahrzeugexternen Objekts kontinuierlich aktualisiert und korrigiert wird, was zu einer höheren Genauigkeit der Bestimmung des Fahrzeugzustands führt.Another aspect of the invention provides that the object external to the vehicle is a static, linear object, in particular a crash barrier or a lane marking. This allows several, in particular partially overlapping sections and their positions of the same object be continuously recorded over a distance limited to a length of the static, linear object, whereby the position and orientation of the vehicle-external object is continuously updated and corrected, which leads to a higher accuracy of the determination of the vehicle state.

In einer Ausführungsform wird anhand der normalisierten Lage die Position des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, insbesondere in einer Fahrspur bestimmt. Die Position des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn bzw. in einer Fahrspur ist ebenfalls Teil des Fahrzeugzustands. Somit kann das Verfahren auch für Spurhaltefunktionen von Assistenzsystemen bzw. (teil)autonomen Fahrzeugen verwendet werden.In one embodiment, the position of the vehicle on a lane, in particular in a lane, is determined on the basis of the normalized position. The position of the vehicle on a lane or in a lane is also part of the vehicle state. The method can thus also be used for lane keeping functions of assistance systems or (partially) autonomous vehicles.

Um die Zuverlässigkeit von Fahrassistenzsystemen weiter zu verbessern, kann der Fahrzeugzustand, insbesondere die normalisierte Lage, wenigstens einem Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs übergeben werden, wobei das Fahrassistenzsystem das Fahrzeug aufgrund der normalisierten Lage und/oder des Fahrzeugzustands steuert, insbesondere teilautonom oder vollständig autonom.In order to further improve the reliability of driver assistance systems, the vehicle state, in particular the normalized position, can be transferred to at least one driver assistance system of the vehicle, the driver assistance system controlling the vehicle based on the normalized position and / or the vehicle state, in particular partially autonomously or completely autonomously.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug mit mindestens einem fahrzeugintegrierten Sensor und einem Steuergerät, das ein Zustandsmodul aufweist, wobei das Fahrzeug, insbesondere der Sensor und das Zustandsmodul, dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The object is also achieved by a vehicle with at least one vehicle-integrated sensor and a control unit which has a status module, the vehicle, in particular the sensor and the status module, being set up to carry out the method according to the invention.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Steuergerät für ein Fahrzeug, mit einem Zustandsmodul, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, insbesondere mittels eines fahrzeugintegrierten Sensors.The object is also achieved by a control device for a vehicle, with a status module, the control device being set up to carry out the method according to the invention, in particular by means of a sensor integrated into the vehicle.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm mit Programmcode gelöst, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird, insbesondere auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs, insbesondere des zuvor beschriebenen Steuergeräts.Furthermore, the object is achieved by a computer program with program code to carry out the steps of the method according to the invention when the computer program is executed on a computer or a corresponding arithmetic unit, in particular on a control device of a vehicle, in particular the control device described above.

Die beschriebenen Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten gleichermaßen für das Fahrzeug, das Steuergerät und das Computerprogramm und umgekehrt.The described advantages and features of the method according to the invention apply equally to the vehicle, the control unit and the computer program and vice versa.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät schematisch in einer Verkehrssituation,
- 2 die Abbildung gemäß 1 mit eingezeichneten Abständen und Winkeln in Bezug auf ein fahrzeugfestes Koordinatensystem,
- 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 die Abbildung nach 2 mit zusätzlich eingezeichneten Abständen und Winkeln in Bezug auf ein globales Koordinatensystem.

Further advantages and features of the invention emerge from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In the drawings show:

- 1 a vehicle according to the invention with a control unit according to the invention schematically in a traffic situation,
- 2 the figure according to 1 with marked distances and angles in relation to a vehicle-fixed coordinate system,
- 3 a flow chart of a method according to the invention, and
- 4th the figure after 2 with additionally drawn in distances and angles in relation to a global coordinate system.

In 1 ist ein Fahrzeug 10 und ein fahrzeugexternes Objekt 12 in einer Verkehrssituation in einer äußerst schematischen Draufsicht dargestellt.In 1 is a vehicle 10 and an object external to the vehicle 12 shown in a traffic situation in an extremely schematic plan view.

Das fahrzeugexterne Objekt 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein lineares Objekt L, das eine überwiegend horizontale Ausdehnung hat.The object external to the vehicle 12 is in the illustrated embodiment a linear object L, which has a predominantly horizontal extent.

Das lineare Objekt L ist beispielsweise eine Fahrbahnmarkierung oder eine Leitplanke, die parallel zur Fahrbahn verläuft. Denkbar ist jedoch auch, dass das lineare Objekt ein markantes Gebäude ist.The linear object L is, for example, a lane marking or a guardrail that runs parallel to the lane. However, it is also conceivable that the linear object is a striking building.

Selbstverständlich kann das fahrzeugexterne Objekt 12 auch ein punktförmiges Objekt sein, d. h. ein Objekt, das keine wesentliche Ausdehnung in Fahrbahnrichtung hat. Dies ist beispielsweise ein Straßenschild oder ein Kirchturm.The object external to the vehicle can of course 12 also be a point-like object, ie an object that has no substantial extension in the direction of the road. This is, for example, a street sign or a church tower.

Das fahrzeugexterne Objekt 12 ist insbesondere statisch.The object external to the vehicle 12 is particularly static.

Das Fahrzeug 10 ist ein Kraftfahrzeug, wie ein Lkw oder Pkw und insbesondere ein autonomes oder teilautonomes Fahrzeug.The vehicle 10 is a motor vehicle such as a truck or car and in particular an autonomous or partially autonomous vehicle.

Das Fahrzeug 10 hat ein Steuergerät 14, wenigstens einen Sensor 16, der als fahrzeugintegrierter Sensor bezeichnet wird, einen Dynamiksensor 17 und eine Hinterachse 18.The vehicle 10 has a control unit 14th , at least one sensor 16 , which is referred to as a vehicle-integrated sensor, a dynamic sensor 17th and a rear axle 18th .

Das Fahrzeug 10 fährt nicht parallel zum linearen Objekt L, sondern in einem Winkel hierzu. Der Winkel ist in 1 zur Veranschaulichung stark übertrieben dargestellt. Normalerweise liegt dieser Winkel im Bereich von weniger als 10°.The vehicle 10 does not move parallel to the linear object L, but at an angle to it. The angle is in 1 strongly exaggerated for illustration. Usually this angle is in the range of less than 10 °.

Das Steuergerät 14 ist dazu ausgebildet, das Fahrzeug 10 zu steuern, d. h. seine Geschwindigkeit oder Fahrtrichtung zu beeinflussen. Dies geschieht insbesondere mittels eines Fahrassistenzsystems 21.The control unit 14th is designed to use the vehicle 10 to control, ie to influence its speed or direction of travel. This is done in particular by means of a driver assistance system 21st .

Das Steuergerät 14 umfasst zudem ein Zustandsmodul 20, zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes.The control unit 14th also includes a status module 20th to determine a vehicle condition.

Das Zustandsmodul 20 kann als Computerprogramm mit Programmcode ausgebildet sein, das einen Fahrzustand bestimmt, wenn es auf einer Recheneinheit des Steuergerätes 14 ausgeführt wird. Denkbar ist jedoch auch, dass das Zustandsmodul 20 ein separates Hardwaremodul ist. The state module 20th can be designed as a computer program with program code that determines a driving state when it is on a computing unit of the control device 14th is performed. However, it is also conceivable that the status module 20th is a separate hardware module.

Der fahrzeugintegrierte Sensor 16 ist dazu ausgebildet, die Umgebung des Fahrzeugs 10 und Objekte darin zu erfassen. Der Sensor 16 ist beispielsweise ein LIDAR-Sensor (light detection and ranging).The vehicle-integrated sensor 16 is designed to protect the surroundings of the vehicle 10 and to capture objects in it. The sensor 16 is for example a LIDAR sensor (light detection and ranging).

Der Dynamiksensor 17 erfasst Dynamikparameter des Fahrzeugs 10, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Querbeschleunigung des Fahrzeugs 10, die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 10 und/oder der Drehrate des Fahrzeugs 10.The dynamic sensor 17th records dynamic parameters of the vehicle 10 , such as the vehicle speed, the lateral acceleration of the vehicle 10 , the longitudinal acceleration of the vehicle 10 and / or the rate of rotation of the vehicle 10 .

Der Dynamiksensor 17 ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor und/oder eine Schnittstelle zu anderen üblichen Sensoren eines Fahrzeugs 10, wie einem Geschwindigkeitssensor.The dynamic sensor 17th is for example an acceleration sensor and / or an interface to other conventional sensors of a vehicle 10 such as a speed sensor.

Der Sensor 16 und der Dynamiksensor 17 sind mit dem Steuergerät 14 zum Datenaustausch verbunden und das Steuergerät 14 ist anhand der empfangenen Sensordaten dazu eingerichtet, einen Fahrzeugzustand des Fahrzeugs 10 zu bestimmen.The sensor 16 and the dynamic sensor 17th are with the control unit 14th connected for data exchange and the control unit 14th is set up on the basis of the received sensor data to determine a vehicle state of the vehicle 10 to determine.

Das Steuergerät 14 führt beispielsweise kontinuierlich eine simultane Positionsbestimmung und Kartenerstellung (SLAM; Simultaneous Localization and Mapping) durch, dessen Ablauf in 3 als Ablaufdiagramm veranschaulicht ist.The control unit 14th continuously performs simultaneous localization and mapping (SLAM), the process of which is in 3 illustrated as a flow chart.

In einem ersten Abschnitt A1 des Verfahrens, der in 2 gezeigt ist, wird der Fahrzeugzustand zum aktuellen Zeitpunkt t bestimmt. In 2 ist das Fahrzeug 10 wie in 1 dargestellt, wobei die gemessenen und bestimmten Parameter eingezeichnet sind. Dagegen wurden zur Vereinfachung das Steuergerät 14, der Sensor 16, der Dynamiksensor 17 und die Hinterachse 18 nicht dargestellt.In a first section A1 of the method, which is described in 2 is shown, the vehicle state is determined at the current point in time t. In 2 is the vehicle 10 as in 1 with the measured and determined parameters are shown. On the other hand, the control unit was used for simplification 14th , the sensor 16 , the dynamic sensor 17th and the rear axle 18th not shown.

Der Fahrzeugzustand umfasst beispielsweise Informationen über den Ort, an dem sich das Fahrzeug 10 befindet, die Fahrtrichtung und Geschwindigkeit. Auch andere Informationen, wie die Lage zu fahrzeugexternen Objekten 12 oder die Position auf der Fahrbahn, bzw. einer Fahrspur sind Teil des Fahrzeugzustandes. Darüber hinaus kann der Fahrzeugzustand auch (Dynamik-)Parameter wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehzahl des Motors, etc. enthalten.The vehicle condition includes, for example, information about the location where the vehicle is located 10 located, the direction of travel and speed. Also other information, such as the location of objects outside the vehicle 12 or the position on the road or a lane are part of the vehicle status. In addition, the vehicle state can also contain (dynamic) parameters such as vehicle speed, engine speed, etc.

Die Erfassung des Fahrzeugzustandes im ersten Abschnitt A1 des Verfahrens erfolgt zunächst in einem Koordinatensystem K₁ , das fahrzeugfest ist, d. h. sich mit dem Fahrzeug 10 bewegt.The vehicle state is initially recorded in the first section A1 of the method in a coordinate system K ₁ , which is fixed to the vehicle, that is, to the vehicle 10 emotional.

Als Ursprung U₁ des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ kann z. B. die Mitte der Hinterachse 18 des Fahrzeugs 10 bestimmt werden.As an origin U ₁ of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ can e.g. B. the center of the rear axle 18th of the vehicle 10 to be determined.

Die x-Achse verläuft parallel zur Längsachse des Fahrzeugs 10 und die y-Achse verläuft in der Horizontalen senkrecht hierzu.The x-axis runs parallel to the longitudinal axis of the vehicle 10 and the y-axis runs horizontally perpendicular to it.

Die Fahrzeughochachse ist aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt.The vertical axis of the vehicle is not shown for reasons of clarity.

Zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugzustands werden zunächst die Daten des Sensors 16 ausgewertet. Dieser erfasst z. B. einen Abschnitt 22 des fahrzeugexternen Objektes 12, inklusive eines gemessenen Abstandes r_m zum Fahrzeug 10 und einer gemessenen Orientierung φ_m, d. h. dem Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs 10 und dem gemessenen Abstand r_m.To determine the current vehicle status, the data from the sensor are first used 16 evaluated. This captures z. B. a section 22nd of the vehicle-external object 12 , including a measured distance r _m to the vehicle 10 and a measured orientation φ _m , ie the angle between the longitudinal axis of the vehicle 10 and the measured distance r _m .

Der gemessene Abstand r_m und die gemessene Orientierung φ_m ergeben zusammen die gemessene Position P_m des Abschnittes 22 des linearen Objekts L in Polarkoordinaten im fahrzeugfesten Koordinatensystem K₁ (Schritt S2).The measured distance r _m and the measured orientation φ _m together give the measured position P _m of the section 22nd of the linear object L in polar coordinates in the vehicle-fixed coordinate system K ₁ (Step S2 ).

Dies geschieht beispielsweise mittels bekannter Verfahren, wie dem Erstellen einer Bounding Box um die Messpunkte des Abschnitts 22 des linearen Objektes L, wobei die Position P_m als der Mittelpunkt der Bounding Box angesehen wird.This is done, for example, using known methods, such as creating a bounding box around the measurement points of the section 22nd of the linear object L, where the position P _m is considered to be the center of the bounding box.

Es erfolgt somit eine Bestimmung der Position P_m des fahrzeugexternen Objektes 12, hier des linearen Objektes L, anhand des erfassten Abstandes r_m und der erfassten Orientierung φ_m durch das Zustandsmodul 20 im fahrzeugfesten Koordinatensystem K₁ .The position is thus determined P _m of the vehicle-external object 12 , here the linear object L, based on the detected distance r _m and the detected orientation φ _m by the status module 20th in the vehicle-fixed coordinate system K ₁ .

In einem nächsten Schritt S3 kann die Position P_m des Abschnitts 22 in eine Lage L_m in kartesischen Koordinaten x_m, y_m des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ transformiert werden. Zur Unterscheidung wird im Folgenden das Wort „Position“ für Polarkoordinaten und „Lage“ für kartesische Koordinaten verwendet.In a next step S3 can position P _m of the section 22nd in a location L _m in Cartesian coordinates x _m , y _{m of} the vehicle-fixed coordinate system K ₁ be transformed. In the following, the word “position” for polar coordinates and “position” for Cartesian coordinates is used to differentiate.

Anschließend, gleichzeitig oder zuvor kann im Schritt S4 der Verlauf des fahrzeugexternen Objektes 12, hier linearen Objektes L, extrapoliert werden, indem eine Objektlinie O durch das Zustandsmodul 20 bestimmt wird.Then, at the same time or before, in step S4 the course of the vehicle-external object 12 , here linear object L, can be extrapolated by adding an object line O through the state module 20th is determined.

Hierzu wird die Ausdehnung, insbesondere die Längsachse des Abschnittes 22, z. B. die Längsachse der Bounding Box, ermittelt. Die Objektlinie O wird dann als Gerade ausgehend von der Position P_m bzw. der Lage L_m in Richtung der ermittelten Längsachse und entgegen der ermittelten Längsachse bestimmt.For this purpose, the extent, in particular the longitudinal axis of the section 22nd , e.g. B. the longitudinal axis of the bounding box determined. The object line O is then a straight line starting from the position P _m or the location L _m determined in the direction of the determined longitudinal axis and against the determined longitudinal axis.

Auch kann die Orientierung φ_m des Fahrzeugs 10 zum fahrzeugexternen Objekt 12 herangezogen werden, um die Richtung der Längsachse gegebenenfalls zu korrigieren. The orientation φ _{m of} the vehicle can also be used 10 to the vehicle-external object 12 can be used to correct the direction of the longitudinal axis if necessary.

Die Objektlinie O hat selbst eine Orientierung ϑ zum Fahrzeug 10.The object line O has its own orientation ϑ to the vehicle 10 .

Beispielsweise kann das fahrzeugexterne Objekt 12 identifiziert werden, z. B. als Leitplanke, sodass vermutet wird, dass der Verlauf der Leitplanke, und damit auch die Objektlinie O im Wesentlichen in Fahrtrichtung verlaufen, sodass nach Möglichkeit die Orientierung des Fahrzeugs zur Objektlinie O in etwa parallel ist.For example, the vehicle-external object 12 identified, e.g. B. as a guardrail, so that it is assumed that the course of the guardrail, and thus also the object line O essentially run in the direction of travel, so that if possible the orientation of the vehicle to the object line O is roughly parallel.

Im nächsten Schritt S5 wird nun der kürzeste Abstand des Fahrzeugs 10 von der Objektlinie O und somit vom fahrzeugexternen Objekt 12, hier dem linearen Objekt L, ermittelt.In the next step S5 becomes the shortest distance of the vehicle 10 from the object line O and thus from the object external to the vehicle 12 , here the linear object L.

Hierzu wird der Fußpunkt F des Fahrzeugs 10 auf der Objektlinie O durch das Zustandsmodul 20 bestimmt. Der Fußpunkt F ist derjenige Punkt auf der Objektlinie O, in dem eine Gerade aus dem Ursprung U₁ des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ , die gleichzeitig der Abstand r_f ist, die Objektlinie O senkrecht schneidet.For this purpose, the base point F of the vehicle 10 on the object line O through the state module 20th certainly. The base point F is the point on the object line O , in which a straight line from the origin U ₁ of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ , which is also the distance r _f , the object line O cuts perpendicularly.

Nun kann in einem nächsten Schritt S6 eine normalisierte Lage des fahrzeugexternen Objektes 12, hier des linearen Objektes L, bestimmt werden.Now can in a next step S6 a normalized position of the vehicle-external object 12 , here the linear object L, can be determined.

Die normalisierte Lage ergibt sich aus der normalisierten Position P_n des Fußpunktes F, d. h. dem Abstand r_f und der Orientierung φ_f des Fahrzeugs 10 zum Fußpunkt F, d. h. dem Winkel zwischen der x-Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ und dem Abstand r_f zum Fußpunkt F.The normalized position results from the normalized position P _n of the base point F, ie the distance r _f and the orientation φ _{f of} the vehicle 10 to the base point F, ie the angle between the x-axis of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ and the distance r _f to the base point F.

Die normalisierte Lage entspricht somit den Koordinaten x_f, y_f des Fußpunktes F in kartesischen Koordinaten im fahrzeugfesten Koordinatensystem K₁ .The normalized position thus corresponds to the coordinates x _f , y _{f of} the base point F in Cartesian coordinates in the vehicle-fixed coordinate system K ₁ .

Somit wurde die normalisierte Lage im Zeitpunkt t bestimmt. Die normalisierte Lage stellt einen Teil des Fahrzeugzustandes dar und kann nun zur Positions- und Kartenbestimmung verwendet werden.The normalized position at time t was thus determined. The normalized position represents part of the vehicle condition and can now be used to determine the position and map.

Auch kann die normalisierte Lage bzw. Position P_n , insbesondere der normalisierte Abstand r_f zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs 10 auf der Fahrbahn, insbesondere innerhalb einer Fahrspur bestimmt werden. Dies geschieht insbesondere dann, wenn das fahrzeugexterne Objekt 12 als Leitplanke oder Fahrbahnmarkierung identifiziert wurde.The normalized location or position P _n , in particular the normalized distance r _f for determining the position of the vehicle 10 be determined on the road, in particular within a lane. This happens in particular when the vehicle-external object 12 has been identified as a guardrail or lane marking.

Anhand der normalisierten Lage, insbesondere der Position des Fahrzeugs auf der Fahrbahn bzw. der Fahrspur, kann das Fahrzeug 10 durch das Fahrassistenzsystem 21 gesteuert werden. Hierzu wird in einem Schritt S7 der nicht notwendigerweise zum ersten Abschnitt A1 zählt, das Fahrzeug 10 gesteuert. Die Steuerung kann insbesondere teilautonom oder vollständig autonom erfolgen.On the basis of the normalized position, in particular the position of the vehicle on the roadway or the lane, the vehicle can 10 through the driver assistance system 21st being controlled. This is done in one step S7 which does not necessarily belong to the first section A1, the vehicle 10 controlled. The control can in particular take place partially or completely autonomously.

In einem zweiten Abschnitt A2 des Verfahrens werden in einem Schritt S8, der auch gleichzeitig mit dem ersten Abschnitt A1 erfolgen kann, Dynamikparameter des Fahrzeugs 10 mittels des wenigstens einen Dynamiksensors 17 ermittelt.In a second section A2 of the method, in one step S8 , which can also take place simultaneously with the first section A1, dynamic parameters of the vehicle 10 by means of the at least one dynamic sensor 17th determined.

Die Dynamikparameter umfassen z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Querbeschleunigung des Fahrzeugs, die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder die Drehrate des Fahrzeugs 10.The dynamic parameters include e.g. B. the vehicle speed, the lateral acceleration of the vehicle, the longitudinal acceleration of the vehicle and / or the rate of rotation of the vehicle 10 .

In einem nächsten Schritt S9 wird ausgehend vom aktuellen Fahrzeugzustand, d. h. dem Fahrzeugzustand zum Zeitpunkt t, insbesondere ausgehend von der aktuellen normalisierten Lage und unter Berücksichtigung der Dynamikparameter durch das Zustandsmodul 20 ein prognostizierter Fahrzeugzustand, d. h. ein Fahrzeugzustand zu einem zukünftigen Zeitpunkt t+i, insbesondere eine prognostizierte normalisierte Lage zum Prognosezeitpunkt t+i bestimmt.In a next step S9 is based on the current vehicle state, ie the vehicle state at time t, in particular based on the current normalized position and taking into account the dynamic parameters by the status module 20th a predicted vehicle state, ie a vehicle state at a future point in time t + i, in particular a predicted normalized position at the prediction point in time t + i is determined.

Das Intervall i ist dabei beispielsweise das Sampling-Intervall des SLAM-Verfahrens und liegt im Bereich der Sampling-Rate der Sensoren 16.The interval i is for example the sampling interval of the SLAM method and is in the range of the sampling rate of the sensors 16 .

In einem dritten Abschnitt A3 des Verfahrens, wird in Schritt S10 zum Prognosezeitpunkt t+i die dann aktuelle normalisierte Lage bestimmt. Hierzu wird der erste Abschnitt A1 des Verfahrens wiederholt. In anderen Worten wird in zeitlichen Abständen i die jeweils aktuelle normalisierte Lage des Fahrzeugs 10 bestimmt.In a third section A3 of the method, in step S10 the then current normalized position is determined at the prognosis time t + i. To this end, the first section A1 of the method is repeated. In other words, the current normalized position of the vehicle is used at time intervals i 10 certainly.

Im nächsten Schritt S11 wird anhand des aktuellen Fahrzeugzustands zum Zeitpunkt t+i der prognostizierte Fahrzeugzustand, insbesondere die prognostizierte normalisierte Lage korrigiert, wodurch ein korrigierter Fahrzeugzustand, insbesondere eine korrigierte aktuelle normalisierte Lage erhalten wird. In einem nächsten Schritt S12, der nicht notwendigerweise zum dritten Abschnitt A3 des Verfahrens gehört, wird das Fahrzeug, wie zu Schritt S7 beschrieben, auf Grundlage des korrigierten Fahrzeugzustandes, insbesondere der korrigierten normalisierten Lage gesteuert. Auch der korrigierte normalisierte Fahrzeugzustand, insbesondere die korrigierte normalisierte Lage kann zur Positionsbestimmung und Kartenerstellung verwendet werden.In the next step S11 the predicted vehicle state, in particular the predicted normalized position, is corrected based on the current vehicle state at time t + i, whereby a corrected vehicle state, in particular a corrected current normalized position, is obtained. In a next step S12 , which does not necessarily belong to the third section A3 of the method, the vehicle becomes, as in step S7 described, controlled on the basis of the corrected vehicle state, in particular the corrected normalized position. The corrected normalized vehicle state, in particular the corrected normalized position, can also be used for determining the position and generating maps.

Während einer Fahrt des Fahrzeugs 10 werden die Abschnitte A1, A2 und A3 des Verfahrens stetig wiederholt.While driving the vehicle 10 sections A1, A2 and A3 of the method are repeated continuously.

Die Position bzw. Lage des fahrzeugexternen Objektes 12 kann während der Durchführung der zuvor beschriebenen Schritte in eine Karte übernommen werden. Die Karte wird beispielsweise in einem globalen Koordinatensystem K_G generiert.The position or location of the vehicle-external object 12 can be transferred to a card while performing the steps described above. For example, the map is in a global coordinate system K _G generated.

In 4 ist das Verhältnis des globalen Koordinatensystems K_G und des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ illustriert.In 4th is the ratio of the global coordinate system K _G and the vehicle-fixed coordinate system K ₁ illustrated.

Das globale Koordinatensystem K_G hat seinen Ursprung U_G beispielsweise am Beginn der Fahrt, d. h. an dem Ort, an dem die aktuelle Fahrt des Fahrzeugs 10 begonnen hat.The global coordinate system K _G has its origin U _G for example, at the start of the journey, ie at the place where the vehicle is currently driving 10 has begun.

Die Position bzw. Lage x₁, y₁ des Fahrzeugs 10 im globalen Koordinatensystem K_G , d. h. der Ursprung U₁ des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ wird vom Beginn der Fahrt an durch die bis zum aktuellen Zeitpunkt aufgetretenen Fahrzeugzustände und/oder dem zeitlichen Verlauf der Dynamikparameter seit Beginn der Fahrt bestimmt.The position x ₁ , y _{1 of} the vehicle 10 in the global coordinate system K _G , ie the origin U ₁ of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ is determined from the start of the journey by the vehicle states that have occurred up to the current point in time and / or the time course of the dynamic parameters since the beginning of the journey.

Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Position bzw. Lage x₁, y₁ des Fahrzeugs 10 und damit der Ursprung U₁ des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ mittels Daten eines globalen Navigationssatellitensystems bestimmt bzw. korrigiert wird.It is of course also conceivable that the position or location x ₁ , y _{1 of} the vehicle 10 and with it the origin U ₁ of the vehicle-fixed coordinate system K _{1 is} determined or corrected by means of data from a global navigation satellite system.

Zudem ist es denkbar, dass das globale Koordinatensystem K_G das geografische Koordinatensystem der Erde ist.It is also conceivable that the global coordinate system K _G is the geographic coordinate system of the earth.

Neben der Lage X₁, Y₁ des Fahrzeugs 10 und damit des Ursprungs U₁ des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ wird der Winkel θ₁ zwischen der x-Achse des globalen Koordinatensystems K_G und des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ bestimmt. Dadurch ist eine Transformation von globalen Koordinatensystemen K_G zum fahrzeugfesten Koordinatensystem K₁ und umgekehrt problemlos möglich.In addition to the location X ₁ , Y _{1 of} the vehicle 10 and thus of the origin U ₁ of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ becomes the angle θ ₁ between the x-axis of the global coordinate system K _G and the vehicle-fixed coordinate system K ₁ certainly. This is a transformation of global coordinate systems K _G to the vehicle-fixed coordinate system K ₁ and vice versa possible without any problems.

Die Orientierung der Objektlinie O im globalen Koordinatensystem K_G ist in 4 mit Θ bezeichnet.The orientation of the object line O in the global coordinate system K _G is in 4th denoted by Θ.

Somit lässt sich die Position P_m bzw. die Lage x_m, y_m des fahrzeugexternen Objektes 12, insbesondere die normalisierte Position P_n bzw. die Lage x_f, y_f des fahrzeugexternen Objektes 12 in das globale Koordinatensystem K_G transformieren, beispielsweise um das fahrzeugexterne Objekt 12 zu kartografieren, wodurch die normalisierte Lage X_f, Y_f im globalen Koordinatensystem K_G erhalten wird. Hierzu kann die folgende Gleichung verwendet werden: $[\begin{matrix} X_{f} \\ Y_{f} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} X_{1} + r_{f} * c o s (φ_{f} + θ_{1}) \\ Y_{1} + r_{f} * sin (φ_{f} + θ_{1}) \end{array}]$

Thus, the position P _m or the position x _m , y _{m of} the vehicle-external object 12 , especially the normalized position P _n or the position x _f , y _{f of} the vehicle-external object 12 in the global coordinate system K _G transform, for example to the object external to the vehicle 12 to map, whereby the normalized position X _f , Y _f in the global coordinate system K _G is obtained. The following equation can be used for this:

[\begin{matrix} X_{f} \\ Y_{f} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} X_{1} + r_{f} * c O s (φ_{f} + θ_{1}) \\ Y_{1} + r_{f} * sin (φ_{f} + θ_{1}) \end{array}]

Die Umkehrung ergibt sich als: $[\begin{matrix} r_{f} \\ φ_{f} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \sqrt{{(X_{f} - X_{1})}^{2} + {(Y_{f} - Y_{1})}^{2}} \\ arctan2 (Y_{f} - Y_{1}, X_{f} - X_{1}) - θ_{1} \end{matrix}]$

The converse results as:

[\begin{matrix} r_{f} \\ φ_{f} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \sqrt{{(X_{f} - X_{1})}^{2} + {(Y_{f} - Y_{1})}^{2}} \\ arctan2 (Y_{f} - Y_{1}, X_{f} - X_{1}) - θ_{1} \end{matrix}]

Denkbar ist jedoch auch, dass die Lage des fahrzeugexternen Objektes 12 im globalen Koordinatensystem K_G bekannt ist und zur Korrektur der Lage X₁, Y₁ des Fahrzeugs 10 herangezogen wird.However, it is also conceivable that the location of the object external to the vehicle 12 in the global coordinate system K _G is known and to correct the position X ₁ , Y _{1 of} the vehicle 10 is used.

Hierzu wird das fahrzeugexterne Objekt 12, das in diesem Fall eine Landmarke, wie ein Kirchturm, Fernsehturm oder dergleichen ist, identifiziert und seine Position im globalen Koordinatensystem K_G in einer entsprechenden Datenbank bzw. Karte vom Zustandsmodul ausgelesen. Denkbar ist auch, dass das Zustandsmodul diese Daten von einem anderen Modul, insbesondere einem vom Fahrzeug separaten Server erhält.For this purpose, the vehicle-external object 12 , which in this case is a landmark, such as a church tower, television tower or the like, and its position in the global coordinate system K _G read out in a corresponding database or card by the status module. It is also conceivable that the status module receives this data from another module, in particular a server separate from the vehicle.

Aufgrund der gemessenen Lage x_m, y_m bzw. der normalisierten Lage x_f, y_f im fahrzeugfesten Koordinatensystem K₁ kann dann auf den Ursprung U₁ des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ bzw. die Lage X₁, Y₁ des Fahrzeugs 10 im globalen Koordinatensystem G geschlossen werden.Based on the measured position x _m , y _m or the normalized position x _f , y _f in the vehicle-fixed coordinate system K ₁ can then go to the origin U ₁ of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ or the position X ₁ , Y _{1 of} the vehicle 10 in the global coordinate system G.

Aufgrund der Verwendung von kartesischen Koordinaten im fahrzeugfesten Koordinatensystem K₁ und die Verwendung des fahrzeugfesten Koordinatensystems K₁ zur Bestimmung der normalisierten Lage kann der Fahrzeugzustand deutlich robuster bestimmt werden, da keine großen Abstände zum Ursprung des globalen Koordinatensystems bei der Bestimmung der normalisierten Lage und damit eines Teils des Fahrzeugzustandes berücksichtigt werden müssen. Außerdem werden keine Polarkoordinaten verwendet, die zu numerischen Instabilitäten führen könnten.Due to the use of Cartesian coordinates in the vehicle-fixed coordinate system K ₁ and the use of the vehicle-fixed coordinate system K ₁ To determine the normalized position, the vehicle state can be determined much more robustly, since no large distances from the origin of the global coordinate system need to be taken into account when determining the normalized position and thus part of the vehicle state. In addition, no polar coordinates are used, which could lead to numerical instabilities.

Claims

Method for determining a vehicle state of a vehicle (10), comprising the following steps: a) Detecting a position (P _m ) of at least one section (22) of an object (12) external to the vehicle by means of at least one vehicle-integrated sensor (16) by detecting the distance ( r _m ) and the orientation (φ _m ) of the vehicle (10) to the vehicle-external object (12), b) determining a position of the vehicle-external object (12) in a vehicle-fixed coordinate system (K ₁ ) based on the detected distance (r _m ) and of the orientation (φ _m ) detected by a status module (20) of the vehicle (10), c) determination of an object line (O) by extrapolation of the vehicle-external object (12) by the status module (20), in particular based on the detected position ( P _m ) of the at least one section (22) on the one hand and the extent of the at least one section (22) and / or the orientation (φ _m ) of the vehicle (10) on the other hand, d) determining a base point (F) of the vehicle (10) on the object line (O) through the state module (20) as the point at which a straight line from the origin (U ₁ ) of the vehicle-fixed coordinate system (K ₁ ) intersects the object line (O) perpendicularly, e) determining a normalized position of the vehicle-external Object (12) in the vehicle-fixed coordinate system (K ₁ ) by the status module (20) by determining a normalized distance (r _f ) and a normalized orientation (φ _f ) of the vehicle (10) to the base point (F), and f) controlling the Vehicle (10 ) on the basis of the determined normalized position, the normalized position being part of a vehicle state.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the normalized position in the vehicle-fixed coordinate system (K ₁ ) is transformed into Cartesian coordinates.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the vehicle state is used for a simultaneous position determination and map creation.

Method according to claim one of Claims 1 to 3 , characterized by at least one of the following further steps: a) determining at least one dynamic parameter of the vehicle (10), in particular the vehicle speed, the transverse acceleration of the vehicle (10), the longitudinal acceleration of the vehicle (10) and / or the rate of rotation of the vehicle (10) ), b) Using the determined vehicle condition, in particular the normalized position, and the at least one dynamic parameter, estimate a predicted vehicle condition, in particular a predicted normalized position, at a future forecast time (t + i), based on the current vehicle condition, in particular the current normalized position , c) determining the current vehicle condition, in particular the current normalized position, at the prognosis time (t + i), d) correcting the predicted vehicle condition, in particular the predicted normalized position, based on the determined current vehicle condition, in particular the current normalized L age at the prognosis time (t + i), and e) controlling the vehicle (10) on the basis of the corrected vehicle state, in particular the corrected normalized position.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the origin (U ₁ ) of the vehicle-fixed coordinate system (K ₁ ) lies on a longitudinal axis of the vehicle (10), in particular on the center of a rear axle (18) of the vehicle (10).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object (12) external to the vehicle is identified, in particular as a landmark.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the vehicle-external object (12), the normalized position and / or the position of the vehicle (10) from the vehicle-fixed, in particular Cartesian coordinate system (K ₁ ) into a global coordinate system (K _G ) are transformed.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that the position of the vehicle-external object (12) in the global coordinate system (K _G ) is known and is used for the transformation.

Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the position of the vehicle and / or the origin (U ₁ ) of the vehicle-fixed coordinate system (K ₁ ) is known in the global coordinate system (K _G ) and is used for the transformation.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the start of the journey is assumed as the origin (U _G ) of the global coordinate system (K _G ) and the location and / or position of the vehicle (10) in the global coordinate system (K _G ) based on the determined since the beginning of the journey Vehicle states and / or the temporal course of the dynamic parameters is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object (12) external to the vehicle is a static, linear object (L), in particular a crash barrier or a lane marking.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the vehicle (10) on a lane, in particular in a lane, is determined on the basis of the normalized position.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle state, in particular the normalized position, of at least one driver assistance system (21) of the Vehicle (10) is transferred, wherein the driver assistance system controls the vehicle (10) on the basis of the normalized location and / or the vehicle state, in particular controls partially or completely autonomously.

Vehicle with at least one vehicle-integrated sensor (16) and a control unit (14) which has a status module (20), the vehicle (10), in particular the sensor (16) and the status module (20), being set up for this purpose, a method perform according to one of the preceding claims.

Control device for a vehicle (10), with a status module (20), wherein the control device (14) is set up to implement a method according to one of the Claims 1 to 13 perform, in particular by means of a vehicle-integrated sensor (16).

Computer program with program code for the steps of a method according to one of the Claims 1 to 13 to be carried out when the computer program is executed on a computer or a corresponding processing unit, in particular on a control device (14) of a vehicle (10), in particular according to Claim 15 .