Odometrie

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Bildmitte: Fünfstellige Anzeige des Odometers in einem Auto

Odometrie oder auch Hodometrie (von griechisch hodós ‚Weg‘ und métron ‚Maß‘ – also „Wegmessung“) bezeichnet eine Methode der Schätzung von Position und Orientierung (Lageschätzung) eines mobilen Systems anhand der Daten seines Vortriebsystems. Durch Räder angetriebene Systeme benutzen dafür die Anzahl der Radumdrehungen, während laufende Systeme (z. B. Roboter) die Anzahl ihrer Schritte verwenden. Ein Gerät, das die Odometrie zur Lageschätzung verwendet, ist ein Odometer. Die Odometrie ist im Zusammenspiel mit der Koppelnavigation ein grundlegendes Navigationsverfahren für bodengebundene Fahrzeuge aller Art (Kraftfahrzeuge, Roboter), allerdings wird es auf Grund seiner Fehlereigenschaften selten als alleiniges Verfahren eingesetzt.

Verfahren[Bearbeiten]

Die Anzahl n der Radumdrehungen zwischen zwei Messzeitpunkten wird gezählt (beispielsweise mit Inkrementalgebern) und zusammen mit dem bekannten Radumfang \pi \cdot d, wobei d den Raddurchmesser vorstellt, in eine Wegdifferenz \Delta s umgerechnet:

\Delta s = \pi \cdot d \cdot n.

Über die Lenkwinkel der einzelnen Räder kann die Richtung der Fahrzeugbewegung ermittelt werden, wobei die Berechnungsvorschrift für den Lenkwinkel vom Typ des Fahrwerks (Vorderachslenker, Hinterachslenker) abhängig ist.

Odometrische Messverfahren ermöglichen eine relative Positionsbestimmung, da sie nur mit Wegdifferenzen arbeiten. Für eine absolute Positionsangabe muss eine Position bekannt sein, auf die die Positionsdifferenzen bezogen werden können. Im eindimensionalen Fall (Schienenfahrzeug) ergibt sich die Gleichung

s(t_\mathrm{neu}) =  s(t_\mathrm{alt}) \!\ + \Delta s .

Fehlerbetrachtung[Bearbeiten]

Die folgenden Größen können Einfluss auf die Genauigkeit der Positionsmessung haben.

  • Radgeometrie (Unrundheit, Verschleiß, fehlerhafte Messung des Durchmessers)
  • Bodenbeschaffenheit (Unebenheit, Schlupf)
  • Fahrgestellgeometrie (Spiel, fehlerhafte Messung der Radabstände und Lenkeinrichtungen)
  • Fahrzeuggewicht (ungleiche Verteilung: stärkere Belastung und Verformung einzelner Räder)
  • Wind

Alle Fehler fließen in die Positionsdifferenz ein, die zur letzten bekannten Position hinzuaddiert wird. Somit addieren sich die Fehler mit jedem Messschritt, und mit länger dauernder Messung entsteht eine immer größere Abweichung. Diese Regeldifferenz (Schleppfehler) in der odometrischen Positionsberechnung ist praktisch nicht zu vermeiden, auch wenn alle Fehlereinflüsse minimiert werden.

Anwendung[Bearbeiten]

Fahrzeugtechnik[Bearbeiten]

Odometrie bezeichnet hier eine Funktionalität, die zu bestimmten Zeitpunkten die Position, Ausrichtung und den Fahrzustand eines Kfz bestimmt. Als Eingangsgrößen dienen in der Regel Messgrößen aus dem Fahrwerk (Raddrehung, Richtung), des Gierratensensors (ESP/ABS) und der Lenkung (Radlenkwinkel, Lenkradwinkel). Bei der Fahrzeugnavigation wird es ergänzend zur GPS-Ortung eingesetzt, um Bereiche ohne Empfang wie Tunnelstrecken zu überbrücken und die GPS-Ergebnisse zu verfeinern.

Robotik[Bearbeiten]

In der autonomen Robotik ist die Odometrie eines der einfachsten und dadurch eines der häufigsten Hilfsmittel zur Lokalisierung. In der Regel werden die Odometriemessungen durch weitere Sensorik – typischerweise Echoortung oder GPS – ergänzt, um bessere Ergebnisse zu erhalten.[1]

Quellen und Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. Joachim Hertzberg et al., Mobile Roboter, Springer Verlag, eXamen.press, 2012