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