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WO2006040233A1 - Navigationssystem und verfahren zur bestimmung der position eines fahrzeugs innerhalb eines dreidimensionalen strassennetzes - Google Patents

Navigationssystem und verfahren zur bestimmung der position eines fahrzeugs innerhalb eines dreidimensionalen strassennetzes Download PDF

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Publication number
WO2006040233A1
WO2006040233A1 PCT/EP2005/054563 EP2005054563W WO2006040233A1 WO 2006040233 A1 WO2006040233 A1 WO 2006040233A1 EP 2005054563 W EP2005054563 W EP 2005054563W WO 2006040233 A1 WO2006040233 A1 WO 2006040233A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
determining
height
road
geographical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/054563
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2006040233A1 publication Critical patent/WO2006040233A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments
    • G01C21/30—Map- or contour-matching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle navigation system with means for determining a vehicle position tennavigation by Satelli ⁇ and / or dead reckoning navigation, map data egg nes road network, means for allocating a vehicle Posi ⁇ tion to a road of the road network and means for Ausga ⁇ be driving instructions based on a current vehicle position, and the calculated route. Furthermore, the invention relates to a method for determining the position of a motor vehicle within a three-dimensional road network.
  • Navigation systems and methods for determining the position of a motor vehicle are known and are commercially set ⁇ .
  • Corresponding navigation systems are marketed, for example, by a subsidiary of the patent applicant under the name "VDO DAYTON".
  • VDO DAYTON the user enters the desired destination via an input device or selects the destination from a list.
  • the starting location is determined automatically from the systems usually namely based on signals of a Sa ⁇ setting tenor processing system.
  • the calculation of a route between the starting place and the destination takes place according to known calculation algorithms.
  • the vehicle position may be determined by dead reckoning. In the latter case, the traveled distance and changes in direction of the driving evaluated.
  • One vehicle position determined by satellite navigation and / or dead reckoning has certain defects that the driving ⁇ so determined does not necessarily imaging position on a road of a road is .
  • the vehicle position determined by satellite navigation and / or dead reckoning is therefore assigned a position on a road of the road network.
  • the corresponding algorithms have been tried and tested in practice.
  • the object of the invention is therefore to develop a Kraft povertynaviga ⁇ tion system and a method for determining the position ei ⁇ nes motor vehicle such that the position of a motor vehicle on a road is also determined in different levels extending roads and the hier ⁇ caused by However, additional costs are kept low.
  • the object is, in a generic Kraftchristnavi- gationssystem according to the invention characterized in that the force ⁇ vehicle navigation system further comprises means for determining ei ⁇ ner relative change of the geographical altitude during running contains and the assignment of the vehicle position to a road of the road network by using the change in the relative Height or derived therefrom absolute geo ⁇ graphic height.
  • Verfah for determining the position of a motor vehicle ren inner ⁇ half of a three-dimensional road network takes the off ⁇ evaluation of by satellite navigation and / or Koppelnaviga- tion obtained two-dimensional position data as well as evaluation of relative changes in the geographical height of the vehicle during running, wherein the change in the geographic altitude is determined based on a vehicle condition.
  • the inventor has recognized that the determination of relative altitudes is completely sufficient for use in vehicle navigation systems.
  • the determination of an absolute altitude is not absolutely necessary. For example, if it is known that the vehicle is 10 m higher at the present time than it was 1 000 m or one minute, it is quite sufficient. This relative height information is in the Map matching framework used to determine the current road segment.
  • Height is calibrated using an absolute geographic altitude. After such a calibration, using the information about the relative change in altitude of the vehicle position, the absolute geographic altitude can always be determined.
  • the calibration can be carried out using received satellite navigation data. In particular, it is then provided that the calibration is only carried out if the quality of the received Satellitennavigati ⁇ onsquel exceeds a predetermined limit. In ⁇ from reaching good reception of satellite navigation signals, as for example occurs outside built at ge ⁇ ringer shadowing, the accuracy of the height information derived from the satellite navigation signals may be sufficient for this purpose.
  • the calibration can also be performed using absolute height data of the map data.
  • a calibration can be performed, for example, when the vehicle reaches a point charac ⁇ rule, such as an intersection or a turning ⁇ geddling. At a turn-off point, the position of the vehicle is known with high accuracy. About the altitude in the map data can then be done with high accuracy calibration of the altitude information.
  • a tilt angle sensor can be used. Inclination angle sensors are relatively inexpensive and yet quite adequate for the intended look ⁇ nen purpose.
  • the inclination angle sensor can also be installed in the vehicle. Alternatively, however, the shared use of the data of an inclination angle sensor already available for other vehicle components is possible.
  • the tilt angle sensor for a headlight leveling or alarm system When using a tilt angle sensor of a change in the height position over a certain distance traveled ge of the sine of the inclination angle is integrated over the gefah ⁇ rene route for the determina ⁇ determination. The length of the distance traveled is determined from the tachometer or odometer signal already used in the vehicle navigation system.
  • the inclination of the motor vehicle can also change as a result of changes in the load. Changes in the inclinations of the motor vehicle by changing the load, however, take place exclusively when the vehicle is at a standstill. Changes in the output signal of the inclination angle sensor at a standstill driving ⁇ imaging can therefore be Siert kompen ⁇ to improve the accuracy.
  • the inventive method can be used not only in a Navigati ⁇ onssystem in other systems that require ei ⁇ ne accurate positioning, particularly in ei ⁇ NEM system for toll collection.
  • the invention will be explained in more detail with reference to anußsbei ⁇ game and the drawing.
  • the single figure shows a block diagram of a Navigati ⁇ onssystems invention.
  • the central component of the navigation system is the rake ⁇ unit (CPU) 1, which also includes the necessary memory elements.
  • CPU central component
  • Connected to the CPU 1 is an operating unit 2, via which, for example, the destination can be entered or selected.
  • the control unit 2 may be the same Ge ⁇ housing as the CPU 1 be housed, however, the Be ⁇ may be diene unit formed as a remote control 2, that communicates with the CPU 1, for example an optical interface or a radio interface in connection.
  • an optical output unit 3 is connected, via a map data display and route guidance Informa ⁇ functions as well as other information can be output.
  • the route guidance information can furthermore be output acoustically via a loudspeaker 4.
  • the CPU 1 is further connected to a database 5 containing the map data.
  • This data is stored, for example, on a CD-ROM or a DVD.
  • the navigation system includes a CD-ROM or a DVD drive connected to the CPU 1.
  • the navigation system further includes a receiver 6 for receiving satellite navigation signals.
  • the navigation system also contains a direction sensor 7 and a displacement sensor 8, which are likewise connected to the CPU 1, so that a position determination is possible with the aid of a suitable computer program.
  • the CPU 1 can additionally be connected to a radio receiver, which is designed to receive RDS-TMC signals.
  • received traffic information can be forwarded from the radio receiver 9 to the CPU 1 and used for consideration in the route calculation.
  • traffic information can also be accessed via a radio receiver
  • Mobile device in particular according to the GSM standard, received and forwarded to the arithmetic unit.
  • the map data can also be transmitted by means of a mobile radio connection from a central service point to the vehicle.
  • a reader for a Speichermedi ⁇ um accounts with the map data in the vehicle.
  • the route calculation can also be done outside the vehicle.
  • An inclination angle sensor 9 is furthermore connected to the CPU 1. From the signals of the inclination angle sensor 9, a relative change in the altitude of the vehicle is calculated in the CPU 1. To determine a change in the height position over a certain distance traveled on the sine of the Nei ⁇ is riert supply angle of the vehicle over the distance traveled integ ⁇ . The information about the distance traveled is provided by the displacement sensor 8 available. The position of the vehicle is determined by the CPU 1 using the signal of the receiver 6 for receiving satellite navigation signals by means of satellite navigation and using the signals of the direction sensor 7 and the position sensor 8 by means of dead reckoning. By means of the additionally determined relative height information and a MAP matching method, the position of the vehicle on a road can now be determined precisely even if several roads run in different planes.
  • Determining a current vehicle position on a road by comparing the geographical positions of the vehicle determined by satellite navigation and / or dead-reckoning with road map data containing height information taking into account the relative geographical height information.
  • this is set to zero, for example, at the beginning of the journey, and the relative altitude is continuously determined in the manner described above while evaluating the signals of the inclination angle sensor 9 and the travel sensor 8.
  • the relative altitude is continuously determined in the manner described above while evaluating the signals of the inclination angle sensor 9 and the travel sensor 8.
  • This Informa ⁇ tion is used in map matching.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeugnavigationssystem mit Mitteln zur Bestimmung einer Fahrzeugposition durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation, Landkartendaten eines Straßennetzes, Mitteln zur Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes und Mitteln zur Ausgabe von Fahrhin- weisen anhand einer aktuellen Fahrzeugposition und einer be- rechneten Route vorgeschlagen, bei dem das Kraftfahrzeugnavi- gationssystem weiterhin Mittel zur Bestimmung einer relativen Änderung der geographischen Höhe während einer Fahrt enthält und die Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes unter Heranziehung der Änderung der relativen Höhe oder einer daraus abgeleiteten absoluten geographischen Höhe erfolgt.

Description

Beschreibung
Navigationssystem und Verfahren zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs innerhalb eines dreidimensionalen Straßennet- zes
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugnavigationssystem mit Mitteln zur Bestimmung einer Fahrzeugposition durch Satelli¬ tennavigation und/oder Koppelnavigation, Landkartendaten ei- nes Straßennetzes, Mitteln zur Zuordnung einer Fahrzeugposi¬ tion zu einer Straße des Straßennetzes und Mitteln zur Ausga¬ be von Fahrhinweisen anhand einer aktuellen Fahrzeugposition und der berechneten Route. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahr- zeugs innerhalb eines dreidimensionalen Straßennetzes.
Navigationssysteme und Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs sind bekannt und werden kommerziell ein¬ gesetzt. Entsprechende Navigationssysteme werden beispiels- weise von einem Tochterunternehmen der Patentanmelderin unter der Bezeichnung "VDO DAYTON" vertrieben. Bei diesen Navigati¬ onssystemen gibt der Benutzer den gewünschten Zielort über eine Eingabeeinrichtung ein oder wählt den Zielort aus einer Liste aus. Der Startort wird von den Systemen in der Regel automatisch bestimmt und zwar anhand von Signalen eines Sa¬ tellitenortungssystems. Anhand von digitalen Landkartendaten erfolgt die Berechnung einer Route zwischen dem Startort und dem Zielort nach bekannten Rechenalgorithmen. Zur Bestimmung der stets aktuellen Fahrzeugposition während der Fahrt kann die Satellitennavigation herangezogen werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Fahrzeugposition durch Koppelnavigation bestimmt werden. Bei letzterer werden in bekannter Weise die zurückgelegte Fahrstrecke und Richtungsänderungen des Fahr- zeugs ausgewertet. Eine durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation ermittelte Fahrzeugposition ist jedoch mit gewissen Fehlern behaftet, so dass die so ermittelte Fahr¬ zeugposition nicht zwangsläufig auf einer Straße eines Stra- ßennetzes liegt. Durch ein so genanntes Map-Matching-Verfah- ren wird der durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavi¬ gation ermittelten Fahrzeugposition daher eine Position auf einer Straße des Straßennetzes zugeordnet. Die entsprechenden Algorithmen sind erprobt und haben sich in der Praxis be- währt.
Dennoch kann es in der Praxis bei bestimmten Straßenverläufen zu Fehlern bei der Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes kommen. Eine derartige Situation tritt beispielsweise dann auf, wenn Straßen in verschiedenen Ebenen übereinander verlaufen. Bei herkömmlichen Fahrzeugna- vigationssytemen, die lediglich eine zweidimensionale Positi¬ onsbestimmung aufweisen, kann in solch komplexen Straßennet¬ zen die Fahrzeugposition nicht exakt bestimmt werden. Zur Verbesserung der Positionsbestimmung ist daher eine Informa¬ tion über die aktuelle Höhenlage des Fahrzeugs erforderlich. Diese kann grundsätzlich durch die Satellitennavigation be¬ stimmt werden. Nachteilig ist dabei jedoch die recht geringe Genauigkeit. Insbesondere in Großstädten, in denen die zuvor geschilderten komplexen Straßennetze vorwiegend auftreten, kann der Empfang der Satellitennavigationssignale durch Ab¬ schattung behindert oder unmöglich sein.
Als eine Alternative zur Bestimmung der Höhenlage bietet sich der Einsatz eines barometrischen Höhenmessers an. Derartige Geräte sind jedoch teuer und hinsichtlich der nur geringen Höhenunterschiede von in verschiedenen Ebenen verlaufenden Straßen auch zu ungenau. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftfahrzeugnaviga¬ tionssystem und ein Verfahren zur Bestimmung der Position ei¬ nes Kraftfahrzeugs derart weiterzubilden, dass die Position eines Kraftfahrzeugs auf einer Straße auch bei in verschiede- nen Ebenen verlaufenden Straßen bestimmt wird und die hier¬ durch verursachten Zusatzkosten jedoch gering gehalten wer¬ den.
Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeugnavi- gationssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kraft¬ fahrzeugnavigationssystem weiterhin Mittel zur Bestimmung ei¬ ner relativen Änderung der geographischen Höhe während einer Fahrt enthält und die Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes unter Heranziehung der Änderung der relativen Höhe oder einer daraus abgeleiteten absoluten geo¬ graphischen Höhe erfolgt. Bei einem erfindungsgemäßen Verfah¬ ren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs inner¬ halb eines dreidimensionalen Straßennetzes erfolgt die Aus¬ wertung von durch Satellitennavigation und/oder Koppelnaviga- tion erhaltenen zweidimensionalen Positionsdaten sowie durch Auswertung von relativen Änderungen der geographischen Höhe des Fahrzeugs während einer Fahrt, wobei die Änderung der geographischen Höhe anhand eines Fahrzeugzustands bestimmt wird.
Von dem Erfinder wurde erkannt, dass für den Einsatz in Fahr¬ zeugnavigationssystemen die Bestimmung relativer Höhenlagen völlig ausreichend ist. Die Bestimmung einer absoluten Höhen¬ lage ist nicht zwingend erforderlich. So ist es völlig aus- reichend, wenn beispielsweise bekannt ist, dass das Fahrzeug zum gegenwärtigen Zeitpunkt 10 m höher fährt als vor 1 000 m oder einer Minute. Diese relative Höheninformation wird im Rahmen des Map-Matching verwendet, um das aktuell befahrene Straßensegment zu ermitteln.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass an mindestens ei- ner Fahrzeugposition die ermittelte Änderung der relativen
Höhe unter Verwendung einer absoluten geographischen Höhe ka¬ libriert wird. Nach einer solchen Kalibrierung kann unter Verwendung der Information über die relative Höhenänderung der Fahrzeugposition stets auch die absolute geographische Höhe ermittelt werden.
Die Kalibrierung kann unter Verwendung von empfangenen Satel¬ litennavigationsdaten durchgeführt werden. Insbesondere ist dann vorgesehen, dass die Kalibrierung nur dann durchgeführt wird, wenn die Qualität der empfangenen Satellitennavigati¬ onsdaten einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Bei aus¬ reichend gutem Empfang der Satellitennavigationssignale, wie er beispielsweise außerhalb geschlossener Ortschaften bei ge¬ ringer Abschattung auftritt, kann die Genauigkeit der aus den Satellitennavigationssignalen abgeleiteten Höheninformation hierfür ausreichend sein.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kalibrierung auch unter Verwendung von absoluten Höhenangaben der Landkartendaten er- folgen. Eine solche Kalibrierung kann beispielsweise dann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug einen charakteristi¬ schen Punkt, wie zum Beispiel eine Kreuzung oder einen Abbie¬ gepunkt erreicht. An einem Abbiegepunkt ist die Position des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit bekannt. Über die Höhenangabe in den Landkartendaten kann dann mit hoher Genauigkeit eine Kalibrierung der Höheninformation erfolgen. Zur Bestimmung der relativen Änderung der Höhe kann ein Nei¬ gungswinkelsensor eingesetzt werden. Neigungswinkelsensoren sind vergleichsweise preiswert und dennoch für den vorgesehe¬ nen Zweck völlig ausreichend. Der Neigungswinkelsensor kann zusätzlich im Fahrzeug eingebaut werden. Alternativ ist je¬ doch die Mitbenutzung der Daten eines bereits für andere Fahrzeugkomponenten vorhandenen Neigungswinkelsensors mög¬ lich. Zu erwähnen sind insbesondere der Neigungswinkelsensor für eine Scheinwerferniveauregulierung oder eine Alarmanlage. Bei Verwendung eines Neigungswinkelsensors wird zur Bestim¬ mung einer Veränderung der Höhenlage über eine bestimmte ge¬ fahrene Strecke der Sinus des Neigungswinkels über die gefah¬ rene Strecke integriert. Die Länge der gefahrenen Strecke wird aus dem bereits im Fahrzeugnavigationssystem verwendeten Tachometer- oder Odometersignal ermittelt.
Außer durch ein Befahren von Steigungs- und/oder Gefällstre¬ cken kann sich die Neigung des Kraftfahrzeugs auch durch Än¬ derung der Beladung verändern. Änderungen der Neigungen des Kraftfahrzeugs durch Änderung der Beladung erfolgen jedoch ausschließlich bei Stillstand des Fahrzeugs. Änderungen des Ausgangssignals des Neigungswinkelsensors bei stehendem Fahr¬ zeug können daher zur Verbesserung der Genauigkeit kompen¬ siert werden.
Zur Bestimmung der relativen Höhenlage können jedoch auch an¬ dere Sensoren oder Sensorkombinationen eingesetzt werden, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer in einem Navigati¬ onssystem auch in anderen Systemen eingesetzt werden, die ei¬ ne genaue Positionsbestimmung erfordern, insbesondere in ei¬ nem System zur Mauterfassung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels und der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Navigati¬ onssystems .
Zentraler Bestandteil des Navigationssystems ist die Rechen¬ einheit (CPU) 1, die auch die erforderlichen Speicherelemente enthält. Mit der CPU 1 ist eine Bedieneinheit 2 verbunden, über die beispielsweise der Zielort eingegeben oder ausge- wählt werden kann. Die Bedieneinheit 2 kann im gleichen Ge¬ häuse wie die CPU 1 untergebracht sein, jedoch kann die Be¬ dieneinheit 2 auch als Fernbedienung ausgebildet sein, die mit der CPU 1 beispielsweise über eine optische Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle in Verbindung steht.
Mit der CPU 1 ist eine optische Ausgabeeinheit 3 verbunden, über die eine Kartendatendarstellung und Zielführungsinforma¬ tionen sowie sonstige Informationen ausgegeben werden können. Die Zielführungsinformationen können weiterhin über einen Lautsprecher 4 akustisch ausgegeben werden.
Die CPU 1 ist ferner mit einer Datenbank 5 verbunden, die die Landkartendaten enthält. Diese Daten sind beispielsweise auf einer CD-ROM oder einer DVD abgespeichert. In diesem Fall enthält das Navigationssystem ein CD-ROM oder ein DVD-Lauf¬ werk, das mit der CPU 1 verbunden ist. Andere bekannte Spei¬ chermittel, wie eine Festplatte oder eine Speicherkarte, kön¬ nen ebenfalls zum Einsatz kommen.
Anhand der Landkartendaten kann von der CPU 1 bei gegebenem
Start- und Zielort in bekannter Weise eine Berechnung der op¬ timalen Route durchgeführt werden, die dann über die optische Ausgabeeinheit 3 ausgegeben werden kann. Zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition enthält das Na¬ vigationssystem ferner einen Empfänger 6 zum Empfang von Sa¬ tellitennavigationssignalen. Um eine von Satelliten unabhän¬ gige Positionsbestimmung durchführen zu können, enthält das Navigationssystem ferner einen Richtungssensor 7 und einen Wegsensor 8, die ebenfalls mit der CPU 1 verbunden sind, so dass mit Hilfe eines geeigneten Computerprogramms mit diesem Signal eine Positionsbestimmung möglich ist.
Weiterhin kann die CPU 1 zusätzlich mit einem Rundfunkempfän¬ ger verbunden sein, der zum Empfang von RDS-TMC-Signalen aus¬ gebildet ist. Somit können empfangene Verkehrsinformationen vom Rundfunkempfänger 9 an die CPU 1 weitergeleitet und zur Berücksichtigung bei der Routenberechnung herangezogen wer- den. Alternativ können Verkehrsinformationen auch über ein
Mobilfunkgerät, insbesondere nach dem GSM-Standard, empfangen und an die Recheneinheit weitergeleitet werden.
Abweichend von dem gezeigten Navigationssystem können die Landkartendaten auch mittels einer Mobilfunkverbindung von einer zentralen Servicestelle in das Fahrzeug übertragen wer¬ den. In diesem Falle kann ein Lesegerät für ein Speichermedi¬ um mit den Landkartendaten im Fahrzeug entfallen. Auch die Routenberechnung kann außerhalb des Fahrzeugs erfolgen.
Mit der CPU 1 ist weiterhin ein Neigungswinkelsensor 9 ver¬ bunden. Aus den Signalen des Neigungswinkelsensors 9 wird in der CPU 1 eine relative Änderung der Höhenlage des Fahrzeugs berechnet. Zur Bestimmung einer Veränderung der Höhenlage ü- ber eine bestimmte gefahrene Strecke wird der Sinus des Nei¬ gungswinkels des Fahrzeugs über die gefahrene Strecke integ¬ riert. Die Information über die gefahrene Strecke wird dabei von dem Wegsensor 8 zur Verfügung gestellt. Die Position des Fahrzeugs wird von der CPU 1 unter Verwen¬ dung des Signals des Empfängers 6 zum Empfang von Satelliten¬ navigationssignalen mittels Satellitennavigation und unter Verwendung der Signale des Richtungssensors 7 und des Wegsen- sors 8 mittels Koppelnavigation ermittelt. Mittels der zudem ermittelten relativen Höheninformation und eines MAP- Matching-Verfahrens kann nun die Position des Fahrzeugs auf einer Straße auch dann genau ermittelt werden, wenn mehrere Straßen in verschiedenen Ebenen verlaufen.
Die Bestimmung der Position des Fahrzeugs innerhalb eines 3- dimensionalen Straßennetzes kann dann insbesondere durch fol¬ gende Verfahrensschritte erfolgen:
- Bestimmen einer ersten geographischen Position des Fahr¬ zeugs durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigati¬ on,
- Bestimmen einer ersten relativen geographischen Höhenin¬ formation des Kraftfahrzeugs an der ersten Position des Kraftfahrzeugs,
- Bestimmen einer zweiten geographischen Position des Fahr¬ zeugs durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigati¬ on,
- Bestimmen einer zweiten relativen geographischen Höhenin- formation des Kraftfahrzeugs an der zweiten Position des
Kraftfahrzeugs,
- Bestimmen einer aktuellen Fahrzeugposition auf einer Straße durch Vergleich der durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation bestimmten geographischen Po- sitionen des Fahrzeugs mit Höheninformationen enthalten¬ den Straßenkartendaten unter Berücksichtigung der relati¬ ven geographischen Höheninformationen. Zur Ermittlung der relativen Höhenposition wird diese bei¬ spielsweise zu Beginn der Fahrt auf Null gesetzt und in der zuvor beschriebenen Weise unter Auswertung der Signale des Neigungswinkelsensors 9 und des Wegsensors 8 die relative Hö- henlage fortlaufend ermittelt. Somit kann beispielsweise festgestellt werden, dass das Fahrzeug zum aktuellen Zeit¬ punkt sich 10 m höher befindet als vor 500 m. Diese Informa¬ tion wird beim Map-Matching verwendet. War die Zuordnung des Fahrzeugs zu einer Straße bei der um 500 m zurückliegenden Position des Fahrzeugs noch eindeutig, so kann zwischenzeit¬ lich beispielsweise eine Straßenverzweigung derart vorhanden sein, dass eine Fahrspur der Straße auf gleicher Höhe weiter verläuft, während eine zweite Fahrspur einer ansteigenden Rampe zu einer höher liegenden Ebene folgt. Unter Auswertung der Höhenlage kann nun im Map-Matching-Verfahren genau unter¬ schieden werden, auf welcher Ebene sich das Fahrzeug befin¬ det. Mit dem erfindungsgemäßen Navigationssystem ist daher auch bei komplizierten Straßenführungen in verschiedenen Ebe¬ nen eine eindeutige Positionierung möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftfahrzeug-Navigationssystem mit
- Mitteln zur Bestimmung einer Fahrzeugposition durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation,
- Landkartendaten eines Straßennetzes
- Mitteln zur Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes,
- Mitteln Ausgabe von Fahrhinweisen anhand einer ak- tuellen Fahrzeugposition und einer berechneten Rou¬ te, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kraftfahrzeug-Navigationssystem weiterhin Mittel zur Bestimmung einer relativen Änderung der geografischen Höhe während einer Fahrt enthält und die Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes un¬ ter Heranziehung der Änderung der relativen Höhe oder einer daraus abgeleiteten absoluten geografischen Höhe erfolgt.
2. Navigationssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an mindestens einer Fahrzeugposition die ermittelte Änderung der relativen Höhe unter Verwendung einer absoluten geografischen Hö- he kalibrierbar ist.
3. Navigationssystem nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kalibrierung unter Verwendung von empfangenen Satellitennavigationsdaten durchführbar ist.
4. Navigationssystem nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kalibrierung in Abhängigkeit von der Qualität der empfangenen Satelli¬ tennavigationsdaten durchführbar ist.
5. Navigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kalibrierung unter Verwendung von absoluten Höhen¬ angaben der Landkartendaten durchführbar ist.
6. Navigationssystem nach Anspruch 5, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass die Kalibrierung unter
Verwendung der absoluten Höhenangaben der Landkartenda¬ ten an einem charakteristischen Punkt des Straßennet¬ zes, wie insbesondere einer Straßenkreuzung oder einem Abbiegepunkt, durchführbar ist.
7. Navigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Bestimmung der relativen Änderung der Höhe einen Neigungswinkelsensor (9) enthalten.
8. Navigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Änderungen des Ausgangssignals des Neigungswinkelsen¬ sors (9) bei stehendem Fahrzeug kompensierbar sind.
9. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahr¬ zeugs innerhalb eines 3-dimensionalen Straßennetzes durch Auswertung von durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation erhaltenen 2-dimensionalen Positionsdaten sowie durch Auswertung von relativen Än¬ derungen der geografischen Höhe des Fahrzeugs während einer Fahrt, wobei die Änderung der geographischen Höhe anhand eines Fahrzeugzustandes bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass es sich bei dem Fahrzeugzustand um einen Neigungswinkel handelt und die Änderung der geographischen Höhen aus den Signalen eines Neigungs¬ winkelsensors (9) und einer Wegstreckeninformation ge¬ wonnen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Änderungen der Neigung des stehenden Fahrzeugs kompensiert werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an min¬ destens einer Fahrzeugpositionen der Änderung der geo¬ graphischen Höhe eine absolute geografische Höhe zuge¬ ordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Zuordnung der absolu¬ ten geografischen Höhe unter Verwendung von empfangenen Satellitennavigationsdaten durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Zuordnung nur dann durchgeführt wird, wenn die Qualität der empfangenen Satellitennavigationsdaten einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zu- Ordnung einer absoluten geografischen Höhe unter Ver¬ wendung der Höheninformationen von Landkartendaten er¬ folgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Zuordnung der absolu¬ ten geografischen Höhe unter Verwendung der Höheninfor¬ mationen der Landkartendaten an einem charakteristi¬ schen Punkt des Straßennetzes, wie insbesondere einer Straßenkreuzung oder einem Abbiegepunkt, erfolgt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Verfahrens¬ schritte: - Bestimmen einer ersten geographischen Position des Fahrzeugs durch Satellitennavigation und/oder Kop¬ pelnavigation,
- Bestimmen einer ersten relativen geographischen Hö¬ heninformation des Kraftfahrzeugs an der ersten Position des Kraftfahrzeugs,
- Bestimmen einer zweiten geographischen Position des Fahrzeugs durch Satellitennavigation und/oder Kop¬ pelnavigation,
- Bestimmen einer zweiten relativen geographischen Höheninformation des Kraftfahrzeugs an der zweiten
Position des Kraftfahrzeugs,
- Bestimmen einer aktuellen Fahrzeugposition auf ei¬ ner Straße durch Vergleich der durch Satellitenna¬ vigation und/oder Koppelnavigation bestimmten geo- graphischen Positionen des Fahrzeugs mit Höhenin¬ formationen enthaltenden Straßenkartendaten unter Berücksichtigung der relativen geographischen Hö¬ heninformationen. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verfahren zur Positionsbestimmung in einem Navigations¬ system oder einem System zur Mauterfassung angewendet wird.
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