DE19717829A1 - Verfahren zur Positionsbestimmung zum Zwecke der Navigation eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung zum Zwecke der Navigation eines Kraftfahrzeugs im Straßenver­ kehr unter Ausnutzung eines Satelliten-Navigationssystems mit Hilfe eines Satellitenempfängers und von Meßsignalen zusätzli­ cher Sensoren, bei dem die Daten des Satellitenempfängers mit den Meßsignalen der zusätzlichen Sensoren zur Bestimmung von aktuellen Positionsdaten verknüpft werden. Die Erfindung be­ trifft ferner eine Ortungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, zur Positionsbestimmung Daten eines globalen Satelliten-Navigationssystems (z. B. GPS) heranzuziehen. Für die Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs ist die ein­ gestellte Genauigkeit des Satelliten-Navigationssystems regel­ mäßig nicht ausreichend, um beispielsweise die Position eines Kraftfahrzeugs einer bestimmten Straße zuzuordnen, die in Form einer elektronischen Karte im Navigationssystem abgespeichert ist.

Es ist daher bekannt, zusätzliche Sensoren zu verwenden, mit denen eine weitere Positionsbestimmung für das Fahrzeug durch­ geführt wird. Bei Kraftfahrzeugen bieten sich als zusätzliche Sensoren beispielsweise die Radsensoren eines automatischen Bremssystems (ABS) an, die mit einer hohen Genauigkeit die Radbewegungen eines Kraftfahrzeugs detektieren können. Mit Hilfe derartiger Sensoren sind über kurze Zeiträume sehr exakte Positionsbestimmungen möglich. Allerdings addieren sich etwaige Fehler über einen längeren Zeitraum so auf, daß es zu groben Ungenauigkeiten kommen kann. Diese groben Ungenauigkei­ ten können durch die prinzipiell immer gleich genauen Daten des Satellitenempfängers vermieden werden.

Zu einer hochgenauen Bestimmung der Position von Luft- und Seefahrzeugen ist es bekannt, die Daten des Satellitenempfän­ gers und die Daten von zusätzlichen Sensoren in einer Koppel­ rechnung, beispielsweise mit Hilfe eines Kalman-Filters, zu koppeln. Die hierfür erforderlichen Rechenvorgänge sind sehr kompliziert und benötigen einen nicht unerheblichen Rechenauf­ wand. Für eine angestrebte Low-Cost-Anwendung zur Navigation von privaten Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr eignen sich die bekannten Systeme daher nicht. Die hohen Kosten derartiger ge­ koppelter Systeme stehen einer größeren Verbreitung von elek­ tronischen Kraftfahrzeug-Navigationshilfen entgegen.

Die vorliegende Erfindung geht somit von der Problemstellung aus, ein Navigationssystem für Kraftfahrzeuge im Straßenver­ kehr zu erstellen, das mit einer für die Navigation von Kraft­ fahrzeugen im Straßenverkehr ausreichenden Genauigkeit und Schnelligkeit preiswert zu erstellen ist und sich somit für Massenanwendungen eignet.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen der zusätzlichen Sensoren ausgehend von einer Referenzposition eine neue Position ermittelt wird und daß regelmäßig in zeitlichen Abständen aus der so er­ mittelten neuen Position und einer zugehörigen, durch den Sa­ tellitenempfänger ermittelten Position, falls empfangbar, eine neue Referenzposition durch Mittelung der beiden Positionswer­ te mit einer deutlich stärkeren Gewichtung der mit den Senso­ ren ermittelten neuen Position errechnet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß es für die Navigation eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr nicht erforderlich ist, exakte Positionen zu jeder Zeit ver­ fügbar zu haben, sondern daß auch relativ längere Zeiten be­ nötigt werden können, um korrigierte Daten zu erhalten. Daher ist es erfindungsgemäß ausreichend, die mit den grundsätzli­ chen Fehlern behafteten Daten der zusätzlichen Sensoren und des Satellitenempfängers beispielsweise in zeitlichen Abstän­ den im Sekundenbereich zu mitteln, wobei erfindungsgemäß die Mittlung mit einer deutlich stärkeren Gewichtung der mit den Sensoren ermittelten neuen Position erfolgt. Für die Mittelung kann das Verhältnis der durch die Sensoren ermittelten Posi­ tion zu der durch den Satellitenempfänger ermittelten Position größer oder gleich 3 : 1 sein, vorzugsweise bei etwa 10 : 1 lie­ gen.

Da ein sich langsam aufsummierender Fehler der durch die Sen­ soren ermittelten Daten mit Hilfe der Daten des Satelliten­ empfängers aufdeckbar ist, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, durch eine Feststellung der Abweichungen einer Vielzahl von Daten des Satellitenempfängers von den Daten der zusätzlichen Sensoren die Sensoren zu kalibrieren, also eine automatische Kalibrierung der Sensoren in einem ständig selbstlernenden System durchzuführen.

Ausgehend von der oben genannten Problemstellung ist erfin­ dungsgemäß ferner eine Ortungsvorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einem Satellitenempfänger zur Bildung von Positionsdaten, mit zusätzlichen Sensoren zu Bil­ dung von Positionsdaten auf der Basis einer Referenzposition und mit einem Mittelwertbildner zur gewichteten Mittelung der Positionsdaten im Verhältnis der durch Sensoren ermittelten Positionsdaten zu den durch die Satellitennavigation ermittel­ ten Positionsdaten von wenigstens 3 : 1, vorzugsweise etwa 10 : 1, versehen ist.

Die vorliegende Erfindung kommt mit einem sehr geringen Rechenaufwand aus, um eine neue Referenzposition für die Er­ mittlung einer neuen Position mit Hilfe der Sensoren zu er­ rechnen. Sollte ein Satellitennavigationssignal nicht empfang­ bar sein, entfällt zu diesem Zeitpunkt die Mittelung, und die durch die Sensoren ermittelte neue Position wird als neue Re­ ferenzposition verwendet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm für die Ortung nach einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung

Fig. 2 eine schematische Darstellung für das Ortungsprinzip bei Empfang eines Satellitensignals

Fig. 3 eine schematische Darstellung für die Ortung bei einem nicht empfangbaren Satellitensignal.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird nach dem Schritt 1 "Starten der Ortung" von der Ortungsvor­ richtung auf die erste von einem Satellitenempfänger empfange­ ne Position (GPS-Position) gewartet (Schritt 2: "Warten auf erste GPS-Position"). Nach dem Vorliegen der ersten GPS-Posi­ tion wird diese als Referenzposition verwendet (Schritt 3: "Übernahme der GPS-Position als Referenzposition"). Mit Hilfe der zusätzlichen Sensoren wird der von dem Kraftfahrzeug zu­ rückgelegte Weg ermittelt und mit der Referenzposition gekop­ pelt (Schritt 4: "Koppeln mit Hilfe der Sensorinformation auf die Referenzposition"). Liegt nun eine neue, aktuelle GPS-Po­ sition vor (Schritt 5: Entscheidung "Liegt eine aktuelle GPS-Position vor?"), kann durch einen Vergleich einer Mehrzahl von durch die zusätzlichen Sensoren ermittelten Positionsdaten mit GPS-Positionen eine Kalibrierung der Sensoren vorgenommen wer­ den (Schritt 6: "Kalibrieren der Sensoren mit Hilfe der GPS- Messung"). Die mit den zusätzlichen Sensoren ermittelte Posi­ tion (Koppelposition) wird mit der aktuellen GPS-Position in einem festen Verhältnis von ≧ 3 : 1, beispielsweise 10 : 1, zur Bildung einer "aktuellen Position" gemittelt (Schritte 7: "Verknüpfen von GPS- und Koppelposition in einem festen Ver­ hältnis zur aktuellen Position"). Diese aktuelle Position wird als neue Referenzposition übernommen (Schritt 8: "Übernahme der "aktuellen" Position als Referenzposition"), und der Kopp­ lungszyklus beginnt auf der Basis der neuen Referenzposition von neuem.

Ist eine Mittlung zwischen Koppelposition und GPS-Position nicht möglich, weil keine aktuelle GPS-Position vorliegt ("Nein"-Alternative in Schritt 5), beispielsweise aufgrund eines abgeschatteten Satellitenempfangs, wird die von den zu­ sätzlichen Sensoren errechnete Position (Koppelposition) als "aktuelle" Position gewertet (Schritt 9: "Übernahme der Kop­ pelposition als "aktuelle" Position") und im Schritt 8 als neue Referenzposition übernommen.

Fig. 2 verdeutlicht in einem schematischen Ortsdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. Ausgehend von einer Referenzposi­ tion REF (T0), die durch die erste GPS-Position gebildet ist, werden mehrere Berechnungen für den aktuellen Ort zur Ermitt­ lung einer gekoppelten Position K (T1) aufgrund der Signale der zusätzlichen Sensoren durchgeführt. Wenn inzwischen eine neue GPS-Position G (T1) vorliegt, wird durch eine gewichtete Mittlung mit einem Übergewicht für die gekoppelte Position K (T1) eine neue Referenzposition REF (T1) ermittelt. Auf der Basis dieser neuen Referenzposition REF (T1) werden erneute Berechnungen aufgrund der Ausgangssignale der zusätzlichen Sensoren durchgeführt, bis eine neue gekoppelte Position K (T2) vorliegt, zu der eine neue, aktuelle GPS-Position G (T2) erhalten wird. Durch eine erneute gewichtete Mittlung entsteht eine neue Referenzposition REF (T2), die Ausgangs­ punkt für weitere Rechnungen zur Bestimmung neuer Positionen auf der Basis der Ausgangssignale der zusätzlichen Sensoren bildet.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren werden die Unge­ nauigkeiten der GPS-Position durch die Mittlung mit den er­ rechneten gekoppelten Positionen "geglättet".

Darüber hinaus wird mit sehr einfachen Berechnungen ein für Landkraftfahrzeuge völlig ausreichendes Navigationsergebnis erzielt, wobei zu berücksichtigen ist, daß die jeweilige Mitt­ lung bei normalen GPS-Empfang etwa in Abständen von einer Se­ kunde stattfindet.

Fig. 3 zeigt die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, wenn aufgrund ungünstiger Empfangsbedingungen keine Sa­ tellitennavigation möglich ist. In diesem Fall wird ausgehend von einem Referenzsignal REF (T0) die durch die Sensoren er­ mittelten Wege berechnet und die so errechnete gekoppelte Po­ sition K (T1), K (T2) als neue Referenzposition REF (T1), REF (T2) verwendet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß immer Navigationssignale verfügbar sind, auch wenn über eine gewisse Zeit keine Satellitensignale empfangen werden können.

Sollte beim Einschalten der Ortungsvorrichtung eine GPS-Posi­ tion nicht empfangen werden, kann selbstverständlich eine Re­ ferenzposition REF (T0) verwendet werden, die beispielsweise durch eine Eingabe einer bekannten Position des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird und vom Navigationsgerät aufgrund der abge­ speicherten elektronischen Straßenkarte zugeordnet werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur Positionsbestimmung zum Zwecke der Naviga­ tion eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr unter Ausnut­ zung eines Satelliten-Navigationssystems mit Hilfe eines Satellitenempfängers und von Meßsignalen zusätzlicher Sensoren, in dem die Daten des Satellitenempfängers G (T1), G (T2) mit den Meßsignalen der zusätzlichen Sen­ soren K (T1), K (T2) zur Bestimmung der aktuellen Posi­ tionsdaten verknüpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen der zusätzlichen Sensoren ausgehend von einer Referenzposition REF (T0), REF (T1), REF (T2) eine neue Position K (T1), K (T2) ermittelt wird und daß regelmäßig in zeitlichen Abständen aus der so ermittelten neuen Position K (T1), K (T2) und einer zugehörigen, durch den Satellitenempfänger ermittelten Position G (T1), G (T2), falls empfangbar, eine neue Referenzposi­ tion REF (T1), REF (T2) durch Mittelung der beiden Posi­ tionswerte G (T1), K (T1); G (T2), K (T2), mit einer deutlich stärkeren Gewichtung der mit den Sensoren ermit­ telten neuen Position K (T1), K (T2) errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Abstände im Sekundenbereich liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mittlung das Verhältnis von durch die Senso­ ren ermittelten Position K (T1), K (T2) zur durch Satel­ litenempfang ermittelten Position G (T1), G (T2) von we­ nigstens 3 : 1 gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis etwa 10 : 1 beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch eine Feststellung der Abweichun­ gen einer Vielzahl von Daten des Satellitenempfängers G (T1), G (T2) von den Daten der zusätzlichen Sensoren K (T1), K (T2) die Sensoren kalibriert werden.

6. Ortungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Satellitenempfänger zur Bildung von Positionsdaten G (T1), G (T2) und mit zusätzlichen Sensoren zur Bildung von Positionsdaten K (T1, K (T2) auf der Basis einer Referenzposition REF (T0), REF (T1), REF (T2) und mit einem Mittelwertbildner zur gewichteten Mittelung der Positionsdaten im Verhält­ nis der durch die Sensoren ermittelten Positionsdaten K (T1), K (T2) zu den durch Satellitennavigation ermit­ telten Positionsdaten G (T1), G (T2) von wenigstens 3 : 1.

7. Ortungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mittelwertbildner auf ein Verhältnis von etwa 10 : 1 eingestellt ist.