DE69314218T2

DE69314218T2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE69314218T2
Application number: DE69314218T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Morita
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2013-04-16
Also published as: JP2584564B2; US5493294A; JPH06289779A; EP0566391A1; EP0566391B1; DE69314218D1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugpositions-Erfassungsvorrichtung und im besonderen eine Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung, die ein Global Positioning System verwendet, um die genaue Position eines Fahrzeugs zu erfassen.
Bisher wurde eine große Vielfalt von Verfahren vorgeschlagen, die alle mit einem Richtungssensor und einem Entfernungssensor zum Ableiten der Fahrtstrecke des Fahrzeugs durchgeführt werden, was als "Kopplungsverfahren" bezeichnet wird, da die Position des Fahrzeugs durch den Richtungs- und den Entfernungssensor, die an dem Fahrzeug montiert sind, erfaßt wird. Die Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung, die das oben erwähnte Verfahren verwendet, ist relativ einfach an dem Fahrzeug zu montieren, da keine externen Hilfseinrichtungen notwendig sind. Der Richtungs- und der Entfernungssensor verursachen jedoch Fehler, je größer die Fahrtentfernung ist, was dazu führt, daß die Fehler der Positionserfassung akkumuliert werden.
Es wurde ein Kartenangleichverfahren vorgeschlagen, welches solche akkumulierten Fehler der Positionserfassung vermindern kann, indem die Muster der Straßennetzdaten und der Fahrtwege, die von dem Richtungs- und dem Entfernungssensor abgeleitet werden, angeglichen werden. Eine solche Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung, die das Kartenangleichverfahren verwendet, wird zum Beispiel in den japanischen offengelegten Patentveröffentlichungen Nr. 63-148115, 63-115004 und 64-53112 sowie in DE-A-3 718 996 offenbart.
Die oben erwähnte Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung trifft jedoch auf die Schwierigkeiten, daß die durch das Kopplungsverfahren errechneten Positionsfehler nicht dadurch korrigiert werden können, daß die Karte zum Erfassen der genauen Fahrzeugposition zum Vergleich herangezogen wird, wenn die Straßennetzdaten veraltet sind und daher ungenau sind und wenn das Straßennetz komplizierte Muster und winzige Gitter aufweist. Dies führt zu einem anderen Problem, das darin besteht, daß ein Fahrer eine falsche Straße anstelle einer richtigen Straße während des Fahrens seines Fahrzeugs erkennt. Wenn der Fahrer erst einmal die Fahrzeugposition falsch abgelesen hat, wird eine lange Zeit benötigt, um die genaue Fahrzeugposition wiederzugewinnen. Aus diesem Grund könnte man vorschlagen, die Genauigkeit der Straßennetzarbeitsdaten zu verbessern, was jedoch eine andere Schwierigkeit, und zwar das abrupte Ansteigen der Arbeitskräfte und der Herstellungskosten für die Straßennetzdaten, mit sich bringt. Die Verbesserung der Zuverlässigkeit des Kartenangleichverfahrens ist eine andere Aufgabe für die Spezialisten auf diesem Gebiet. So wird zum Beispiel eine andere Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung in der japanischen offengelegten Veröffentlichung Nr. 2-275310 vorgeschlagen und offenbart. Die oben erwähnte Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung ist so konstruiert, daß sie ein Global Positioning System (nachfolgend einfach als "GPS" bezeichnet) verwendet, um die absolute Fahrzeugposition zu erfassen, um auf der Grundlage der von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugposition die von dem vorhergehenden Kartenangleichverfahren abgeleitete Fahrzeugposition zu korrigieren, wodurch das Kartenangleichverfahren verbessert wird. Das GPS ist ein System zum Erfassen der Fahrzeugposition auf der Grundlage von elektrischen Wellen, die von künstlichen Satelliten (nachfolgend einfach als "GPS Satelliten" bezeichnet) gesendet werden. Konkreter werden die elektrischen Wellen von drei oder mehreren Satelliten, die sich auf ihren vorgegebenen Umlaufbahnen drehen, an einen GPS Empfänger, der an dem Fahrzeug montiert ist, gesendet. Der GPS Empfänger errechnet die Ausbreitungsverzögerungszeiten der elektrischen Wellen jeweils von den Satelliten zu dem GPS Empfänger des Fahrzeugs, um die zwei- oder dreidimensionale Position des Fahrzeugs auf der Grundlage der Entfernungen zwischen den jeweiligen Satelliten und dem GPS Empfänger zu erfassen. Das heißt, die zwei- oder dreidimensionale Positionserfassung benötigt drei GPS Satelliten oder vier GPS Satelliten.
Die Fahrzeugpositions-Erfassungsvorrichtung, die das oben erwähnte GPS verwendet, sucht nach Kartendaten, die die von dem GPS erfaßte Fahrzeugposition enthalten, um eine wahrscheinlichste Position von den Kartendaten als eine reale Fahrzeugposition zu erfassen. Wenn jedoch die von dem GPS erfaßte Fahrzeugposition einen großen Fehlerspielraum aufweist, in dem eine Vielzahl von Straßen positioniert ist, ist es fast unmöglich, zu bestimmen, auf welcher Straße das Fahrzeug fährt. Im Moment beträgt die Anzahl der sich um die Erde drehenden Satelliten 17, sie wird jedoch in der nahen Zukunft erhöht werden. Drei oder vier von den acht Satelliten, die an den Punkten #1-#8 positioniert sind, wie in Fig. 6 dargestellt ist, werden zum Beispiel bestimmt, um eine optimale bestimmte Satellitenkombination zu bilden, die angemessen und automatisch je nach den Bedingungen variiert werden kann. Die elektrischen Wellen von der optimal bestimmten Satellitenkombination werden von dem GPS empfangen, um die Fahrzeugposition zu erfassen. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, umfaßt die Positionsausgabe des GPS eine sogenannte Versetzung OS, die eine Abweichung zwischen der von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugposition PG und einer wahren Fahrzeugposition P darstellt, und einen Ellipsenfehler RE, der auf der Grundlage einer Anordnung der bestimmten Satelliten bestimmt wirdes Die Versetzung OS und der Ellipsenfehler RE sind unterschiedlich, je nachdem welche Satellitenkombination bestimmt wird. Wenn eine andere bestimmte Satellitenkombination von den acht Satelliten ausgewählt wird, während die wahrscheinlichsten Positionen, die jeweils den Positionen entsprechen, die von dem GPS während einer bestimmten Zeitspanne abgeleitet werden, als die realen Fahrzeugpositionen mit Bezug auf die durchsuchten Kartendaten, die die von dem GPS abgeleitenen Positionen enthalten, berechnet werden, bergen die errechneten Positionen einen zusätzlichen Fehler. Wie in Fig. 8 gezeigt wird, sind die Versetzungen OS, die den von einer gewissen bestimmten Satellitenkombination abgeleitenen Fahrzeugpositionen PG entsprechen, immer konstant. Wenn jedoch die bestimmte Satelllitenkombination bei einer Position X während der Positionserfassung durch das GPS wie in Fig. 9 gezeigt durch eine andere Satellitenkombination ersetzt wird, ändern sich die Versetzungen OS, die den von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugpositionen PG entsprechen, an der Position X abrupt. Daher wird fälschlicherweise erkannt, daß das Fahrzeug auf einem Weg fährt, welcher als eine gestrichelte Linie, die die abtgeleiteten Positionen PG verbindet, dargestellt ist, wohingegen das Fahrzeug sich in Wirklichkeit auf der Straße R befindet. Außerdem ist es unmöglich, vorherzusagen, wann die bestimmte Satellitenkombination verändert wird, das heißt, wann die Versetzung verändert wird. Wenn dementsprechend die bestimmte Satellitenkombination in einem kurten Zyklus verändert wird, können jede Menge Daten nicht erhalten werden, wodurch es schwierig wird, die genaue Fahrzeugposition zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Schwierigkeiten des bekannten Stands der Technik auszumerzen, und es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die die Versetzung uniform hält und es ermöglicht, den Fehler der Positionserfassung zu minimieren und die Genauigkeit der Positionserfassung zu verbessern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das oben genannte Ziel der vorliegenden Erfindung kann durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeugs erreicht werden, wobei die Vorrichtung besteht aus: einer Elektrischen-Wellen- Empfangseinrichtung zum Empfangen von elektrischen Wellen von einer Vielzahl von die Erde umkreisenden Satelliten zur Lieferung der Fahrzeugpositionsdaten; einer Satelliten-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung von mindestens drei Satelliten aus der Vielzahl der Satelliten zur Bildung einer bestimmten Satellitenkombination; einer Fahrzeugpositions- Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Fahrzeugposition auf der Basis der Fahrzeugpositionsdaten, die von der bestimmten Satellitenkombination geliefert und von der Elektrischen-Wellen-Empfangseinrichtung empfangen werden; einer Straßennetzdaten-Speichereinrichtung zum Speichern von Straßennetzdaten, die in Abhängigkeit von einem Bestimmungsort auszuwählen sind; dadurch gekennzeichnet, daß die Straßennetzdaten eine Vielzahl von Straßennetzmustern aufweisen, auf die jeweils eine Vielzahl von Gittermustern gelegt werden soll, die jeweils wiederum in eine Vielzahl von Gitterabschnitten unterteilt sind; wobei die Vorrichtung weiterhin besteht aus: einer Satellitenkombinations- Festlegungseinrichtung zum Festlegen der bestimmten Satellitenkombination, um eine Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit, daß das Fahrzeug in einem vorgegebenen Bereich um die geschätzte Fahrzeugposition herum existiert, in einem unveränderlichen Zustand zu halten und um eine Versetzung, die eine Abweichung zwischen der geschätzten Fahrzeugposition und einer wahren Fahrzeugposition darstellt, konstant zu machen; eine Vorläufige-Tabellenerstellungs-Einrichtung zum überlagern des Gittermusters auf das Straßennetzmuster auf solch einer Art und Weise, daß die geschätzte Fahrzeugposition auf dem Straßennetzmuster angezeigt wird und in der Mitte des Gittermusters positioniert wird, um den Wert der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit zu bestimmen und eine vorläufige geschätzte Tabelle zu erstellen, die vorläufige geschätzte Werte enthält, die jeweils den bestimmten Werten der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit in allen Gitterabschnitten des Gittermusters entsprechen; einer Korrigierten-Tabellenerstellungs-Einrichtung zum Erstellen einer korrigierten geschätzten Tabelle auf solch eine Art und Weise, daß die vorläufigen geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle jeweils zu den geschätzten Werten einer vorher erstellten, von der festgelegten Satellitenkombination abgeleiteten Tabelle hinzugefügt werden; einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Abweichung zwischen einem Gitterabschnitt des Gittermusters, spezifiziert durch einen größten Wert innerhalb der geschätzten Werte der korrigierten geschätzten Tabelle, und der geschätzten Fahrzeugposition, so daß die Versetzung abgeleitet werden kann; sowie einer Wahren-Fahrzeugpositions- Berechnungseinrichtung zum Berechnen der wahren Fahrzeugposition auf der Basis der abgeleiteten Versetzung und der geschätzten Fahrzeugposition.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Merkmale und Vorteile einer Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung, wie sie von der Erfindung vorgeschlagen wird, werden anhand der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugpositions-Erfassungssystems ist, das eine bevorzugte Ausführungsform einer Fahrzeugpositions Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des Prozesses ist, der durch die bevorzugte Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugpositions-Erfassungsvorrichtung durchgeführt wird;
Fig. 3 eine erklärende Darstellung ist, die ein Straßennetzmuster mit der Fahrzeugposition jeweils in der Mitte der Gittermuster zeigt;
Fig. 4(a) bis 4(d) erklärende Abbildungen sind, die die Prozesse des Erstellens von korrigierten geschätzten Tabellen zeigen;
Fig. 5(a) bis 5(d) erklärende Abbildungen sind, die die von den korrigierten geschätzten Tabellen erhaltenen und den Gitterabschnitten jedes Gittermusters zugeordneten geschätzten Werte zeigen;
Fig. 6 eine erklärende Abbildung ist, die ein Beispiel einer Anordnung von künstlichen Satelliten zeigt;
Fig. 7 eine erklärende Abbildung ist, die eine Versetzung OS zwischen einer geschätzten, von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugposition PG und einer wahren Fahrzeugposition sowie die Beziehung zwischen der geschätzten Fahrzeugposition PG und einem Ellipsenfehler RE zeigt;
Figur 8 eine erklärende Abbildung ist, die die geschätzten, von einer gewissen bestimmten Satellitenkombination von dem GPS in einer gewissen Zeitspanne abgeleiteten Fahrzeugpositionen PG sowie konstante Versetzungen OS zeigt, die jeweils den einzelnen geschätzten Fahrzeugpositionen PG entsprechen; und
Figur 9 eine erklärende Abbildung ist, die die geschätzten, vorher von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugpositionen PG zeigt, wobei eine gewisse bestimmte Satellitenkombination durch eine andere Satellitenkombination während der Erfassung der geschätzten Fahrzeugpositionen PG ersetzt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Ausführungsform einer Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Anschluß unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 der Zeichnungen beschrieben.
Die Fahrzeugpositions-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, wie in Fig. 1 abgebildet ist, eine Konsole 1, eine Sichtanzeige 2 mit einem Bildschirm, einen Richtungssensor 3, einen Entfernungssensor 4, einen Straßenkartenspeicher 5, ein Speicherlaufwerk 6, einen GPS Empfänger 7, einen Prozessor 8, einen Navigationsregler 9 und ein Tonausgabegerät 10. Die Konsole 1 umfaßt eine Tastatur zum Eingeben von Start- und Stopsignalen an den Prozessor 8. Die Sichtanzeige 2 umfaßt eine Kathodenstrahlröhre (CRT) oder eine Flüssigkristallanzeige mit einem durchsichtigen Berührungsbildschirm auf dem Bildschirm zum Darstellen eines Menüs, welches von dem Navigationsregler 9 geliefert wird, so daß der Fahrer den Berührungsbildschirm auf der Sichtanzeige 2 berühren kann, um verschiedene Arten von Straßenkarten, den Vergrößerungsmaßstab der Karte, den Zielort und so weiter einzugeben. Die Sichtanzeige 2 dient als Interface zwischen dem Fahrer und dem Navigationsregler 9. Der Richtungssensor 3 umfaßt einen geomagnetischen Sensor, ein Gyroskop, einen Drehwinkelgeschwindigkeitssensor und dergleichen zum Erfassen der Veränderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Der Drehgeschwindigkeitssensor ist so konstruiert, daß er einen Drehwinkel auf der Grundlage des Unterschieds zwischen den Umdrehungen der rechten und linken Räder erfassen kann. Der Entfernungssensor 4 umfaßt einen Radsensor, einen Radgeschwindigkeitssensor oder dergleichen zum Erfassen der Entfernung auf der Grundlage der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Umdrehung des Rades. Der Straßenkartenspeicher 5 umfaßt ein Speichermedium mit großer Speicherkapazität wie zum Beispiel eine CD-ROM (Compact-Disc- Festwertspeicher), ein Magnetband oder dergleichen zum Speichern der Kartendaten, wobei viele graphisch angezeigte Karten in eine gitterartige Form unterteilt sind. Auf der Sichtanzeige 2 werden die Kartendaten angezeigt, die viele Karten umfassen, die jeweils in eine Vielzahl von Gittereinheiten aufgeteilt sind, auf denen wiederum jeweils in graphischer Darstellung die Straßentypen und Koordinatenpositionen dargestellt sind. In dem Straßenkartenspeicher 5 sind die Straßennetzdaten zum Angleichen der Karten an jede der einzelnen Gittereinheiten gespeichert. Die Straßennetzdaten umfassen Datenkombinationsknoten, die Kreuzungen anzeigen und Verbindungen, die Straßenabschnitte anzeigen, Daten, die die Entfernungen der Verbindungen anzeigen, Daten, die die Zeitabstände anzeigen, die zum Zurücklegen der gesamten Entfernungen der Verbindungen benötigt werden, Daten, die die Diskriminierung der Straßenarten anzeigen (Autobahnen, Hauptstrecken, Straßen, etc.), Daten, die die Straßenweiten anzeigen, Punktdaten, die die Identifizierung von Großstädten, Städten, Dörfern, bekannten Einrichtungen, aufälligen Punkten auf Eisenbahnstrecken anzeigen. Die Kartendaten, die auf der Sichtanzeige 2 aufgezeigt werden sollen, umfassen eine Vielzahl von Karten mit unterschiedligem Verkleinerungsgrad je nach den Dimensionen der unterteilten Gittereinheiten auf der Straßenkarte. Das Speicherlaufwerk 6 funktioniert dahingehend, daß es die Daten aus dem Straßenkartenspeicher 5 abliest. Der GPS Empfänger 7 ist so konstruiert, daß er von einer aus drei oder vier Satelliten bestehenden gewissen Satellitenkombination empfangene Pseudo- Zufallsrauschen-Codes dekodieren kann, um die Verzögerungszeiten der elektrischen Wellen von diesen Satelliten zu messen und die Position des Fahrzeugs auf der Erde auszurechnen. Konkreter ausgedrückt empfängt der GPS Empfänger 7 radioelektrische Wellen von den Satelliten 7a, 7b und 7c, die von den Satelliten 7a bis 7e, die auf ihren Umlaufbahnen kreisen, bestimmt wurden. Der Prozessor 8 leitet die Fahrzeugposition auf der Grundlage der Positionsdaten, die durch den GPS Empfänger 7 empfangen wurden, ab und korrigiert die Fahrzeugposition, um die wahre Fahrzeugposition auf einer Fahrzeugfahrstraße zu erfassen. Außerdem vergleicht der Prozessor 8 die wahre Fahrzeugposition und die Straßennetzdaten, die aus dem Straßenkartenspeicher 5 erhalten wurden. Der Navigationsregler 9 führt verschiedene Berechnungen und Regelungen durch, unter anderem Berechnungen der Führungswege, Verweise und Auslesen der Straßenkarten in dem vorgegebenen Bereich, Erstellen der Anzeigedaten zum Führen des Fahrers, Operationen der Sichtanzeige 2 und des Tonausgabegeräts 10 sowie Regelungen des Prozessors 8.
Konkret hat der Prozessor 8 Funktionen zum Bilden einer Satellitenkombination, zum Schätzen einer Fahrzeugposition, dem Erstellen einer vorläufigen geschätzten Tabelle, dem Erstellen einer korrigierten geschätzten Tabelle, dem Ableiten einer Versetzung, dem Erfassen der wahren Fahrzeugposition, dem Integrieren von Ausgaben der Fahrtentfernungs- und der Fahrtrichtungssensoren und zum Angleichen der erfaßten wahren Fahrzeugpositionen und der Straßennetzdaten.
In der Funktion zum Bilden der Satellitenkombination bestimmt der Prozessor 8 drei oder vier GPS Satelliten aus einer Vielzahl von GPS Satelliten, die rund um die Erde kreisen, um somit eine bestimmte Satellitenkombination zu bilden, die zum Erfassen der Fahrzeugposition verwendet wird. Die bestimmte Satellitenkombination ist festgelegt, bis die wahre Fahrzeugposition erfaßt ist, wobei es möglich ist, eine Fahrzeugexistenz-Wahrscheinlichkeitsverteilung in einem stabilen Zustand zu halten und eine Versetzung konstant zu machen. Die Fahrzeugexistenz Wahrscheinlichkeitsverteilung bedeutet die Wahrscheinlichkeiten, daß das Fahrzeug in einem vorgegebenen Gebiet, welches sich um die folgende geschätzte Fahrzeugposition herum erstreckt, existiert. Die Versetzung bedeutet auch eine Abweichung zwischen der geschätzten Fahrzeugposition und der folgenden wahren Fahrzeugposition.
In der Funktion des Schätzens einer Fahrzeugposition schätzt der Prozessor 8 eine Fahrzeugposition und speichert diese auch auf der Grundlage der Fahrzeugpositionsdaten, das heißt der Ausbreitungsverzögerungs zeiten der elektrischen Wellen, die von der festgelegten Satellitenkombination geliefert und von dem Empfänger 7 empfangen werden.
In der Funktion des Erstellens einer vorläufigen geschätzten Tabelle erhält der Prozessor 8 aus dem Straßenkartenspeicher 5 ein Straßennetzmuster in dem vorgegebenen Kartengebiet. Über das Straßennetzmuster wird ein Gittermuster mit 16 (4x4) Gitterabschnitten so aufgelegt, daß die geschätzte Fahrzeugposition auf dem Straßennetzmuster angezeigt wird und sich in der Mitte des Gittermusters befindet. Dann legt der Prozessor 8 auf der Grundlage der Fahrzeugexistenz- Wahrscheinlichkeitsverteilung den Wahrscheinlichkeitswert fest, daß das Fahrzeug in jedem der Gitterabschnitte des Gittermusters existiert, und erstellt eine vorläufige geschätzte Tabelle mit vorläufigen geschätzten Werten, die jeweils den festgelegten Wahrscheinlichkeitswerten in allen Gitterabschnitten des Gittermusters entsprechen.
In der Funktion des Erstellens einer korrigierten geschätzten Tabelle erstellt der Prozessor 8 eine korrigierte geschätzte Tabelle, die so korrigiert ist, daß die vorläufigen geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle jeweils zu den geschätzten Werten einer vorher erstellten Tabelle, die von der festgelegten Satellitenkombination abgeleitet wurde und in einem Gebiet, welches von der vorläufigen Tabelle abzuleiten ist, addiert werden.
In der Funktion des Ableitens eines Versetzungswertes berechnet der Prozessor 8 eine Abweichung zwischen einem Gitterabschnitt eines Gittermusters, spezifiziert durch einen größten Wert innerhalb der geschätzten Werte der korrigierten geschätzten Tabelle, und der geschätzten Fahrzeugposition, so daß die Abweichung als Versetzung erkannt wird.
In der Funktion des Erfassens einer wahren Fahrzeugposition berechnet der Prozessor 8 eine wahre Fahrzeugposition auf der Grundlage der Versetzung und der geschätzten Fahrzeugposition
In der Funktion des Integrierens der Ausgaben des Fahrtentfernungs- und des Fahrtrichtungssensors integriert der Prozessor 8 die von dem Entfernungssensor 4 erfaßte Fahr zeugfahrtentfernung, während er den Betrag der Fahrtrichtungsänderungen, die von dem Richtungssensor 3 erfaßt wurden, integriert.
In der Funktion des Angleichens der erfaßten wahren Fahrzeugpositionen und der Straßennetzdaten gleicht der Prozessor 8 die wahren Fahrzeugpositionen und die in dem Straßenkartenspeicher 5 gespeicherten Straßennetzdaten unter Berücksichtigung der vorher erwähnten integrierten Daten an.
Der Prozess des Erfassens der Fahrzeugposition durch die vorher erwähnte Fahrzeugpositions- Erfassungsvorrichtung wird nachfolgend mit Hilfe eines Ablaufdiagramms in Fig. 2 beschrieben.
In einem Schritt S1 werden nach dem Starten des Prozesses drei oder vier Satelliten zur Erfassung der Fahrzeugposition bestimmt, damit sie eine bestimmte Satellitenkombination bilden und festlegen. In einem Schritt S2 wird die Fahrzeugposition auf der Grundlage der Ausbreitungsverzögerungszeiten der elektrischen Wellen, die von der in dem Schritt S1 festgelegten bestimmten Satellitenkombination geliefert werden und von dem GPS Empfänger 7 empfangen werden, erfaßt. In einem Schritt S3 wird ein von dem Straßenkartenspeicher 5 erhaltenes Straßennetzmuster in dem vorgegebenen Gebiet von einem Gittermuster, welches in eine Vielzahl von Gitterabschnitten unterteilt ist, so abgedeckt, daß die abgeleitete Fahrzeugposition auf dem Straßennetzmuster angezeigt wird und in der Mitte des Gittermusters positioniert ist. Auf der Grundlage der Fahrzeugexistenz Wahrscheinlichkeitsverteilung bei der geschätzten Fahrzeugposition wird eine in jedem der Gitterabschnitte des Gittermusters geschätzt. Wenn in einem Schritt 4 die Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeitswerte nicht in allen Gitterabschnitten des Gittermusters geschätzt werden, wird "NEIN" ausgewählt, um den Prozess zu einem Schritt S5 voranzubringen. In dem Schritt S5 wird entschieden, ob eine oder mehrere Verbindungen, die Straßenabschnitte anzeigen, in einem Gitterabschnitt eines Gittermusters gelegen sind oder nicht. Wenn der Gitterabschnitt eine oder mehrere dieser Verbindungen aufweist, wird "JA" ausgewählt, um den Prozess zu einem Schritt S6 voranzubringen. In dem Schritt S6 wird ein Wert für die Existenzwahrscheinlichkeit wie zum Beispiel "0,5" , abgeleitet von einer vorgegebenen Fahrzeugexistenz-Wahrscheinlichkeitsverteilung für den Gitterabschnitt mit der Verbindung, dem Gitterabschnitt zugeordnet, wie in Fig. 5(a) zu sehen ist. Dann geht der Regler von dem Schritt 6 auf den Schritt 4 zurück. Wenn auf der anderen Seite ein Gitterabschnitt ohne Verbindung abgebildet wird, wird "NEIN" ausgewählt, um den Schritt S5 auf den Schritt S4 zurückzubringen. Wenn in dem Schritt S4 die Werte der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit in allen Gitterabschnitten des Gittermusters geschätzt werden, wird "JA" ausgewählt, um den Prozess auf einen Schritt 7 voranzubringen. In dem Schritt S7 wird jeder der Werte der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit, die als geschätzte Werte jedem der Gitterabschnitte zugeteilt wurden, in einem Speicher so gespeichert, daß eine vorläufige geschätzte Tabelle erstellt wird. In einem Schritt S8 wird eine vor der vorläufigen geschätzen Tabelle erstellte geschätzte Tabelle aus dem Speicher gelesen. In einem Schritt S9 wird jeder der geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle, die in dem Schritt S7 erstellt wurde, zu jedem der geschätzten Werte der vorher erstellten in dem Schritt S8 ausgelesenen Tabelle addiert, wobei eine korrigierte Tabelle entsteht, das heißt eine korrigierte geschätzte Tabelle mit korrigierten Werten. In einem Schritt S10 wird entschieden, ob der größte geschätzte Wert, der in der korrigierten geschätzten Tabelle auftaucht, einen vorgegebenen Standardwert T, zum Beispiel "1,7", überschreitet oder nicht. Wenn der größte geschätzte Wert den vorgegebenen Standardwert T nicht überschreitet, wird "NEIN" ausgewählt, um den Schritt S10 auf den Schritt S2 zurückzubringen, damit die Schritte S2 bis S10 wiederholt werden. Wenn auf der anderen Seite der größte geschätzte Wert den vorgegebenen Standardwert T überschreitet, wird "JA" ausgewählt, um den Prozess zu einem Schritt S11 zu bringen. In dem Schritt S11 wird eine Abweichung zwischen dem Gitterabschnitt mit dem größten geschätzten Wert, der den vorgegebenen Standardwert T in dem Schritt S10 überschreitet, und der von dem GPS erfaßten Fahrzeugposition berechnet und als eine Versetzung erkannt. Dann wird auf der Grundlage der Versetzung und der in dem Schritt 32 erfaßten Fahrzeugposition eine wahre Fahrzeugposition errechnet und erfaßt.
Zum besseren Verständnis des oben erwähnten Prozesses der wahren Positionserfassung werden Beschreibungen in Fig. 3 bis 5 gegeben. Fig. 3 zeigt ein Straßennetzmuster und Gittermuster, die über die Straßennetzmuster gelegt wurden, wobei eine Fahrzeugposition in der Mitte jedes Gittermusters ist.
Fig. 4 stellt Prozesse der Erstellung der korrigierten geschätzten Tabellen dar. Fig. 5 stellt die geschätzten Werte dar, die aus den korrigierten geschätzten Tabellen erhalten werden und den Gitterabschnitten der Gittermuster zugeordnet werden. Es wird zum Beispiel angenommen, das Fahrzeug fahre in einem Gebiet im Bereich der Straßen R1 und R2, wie in Fig. 3 dargestellt. Zuerst wird die bestimmte Satellitenkombination durch den Prozessor 8 festgelegt, und dann wird eine Fahrzeugposition PGI von dem GPS Empfänger 7 abgeleitet. Ein Gittermuster MP1 wird auf ein von dem Straßenkartenspeicher 5 erhaltenes Straßennetzmuster eines gewissen Kartengebietes so aufgelegt, daß die Fahrzeugposition PG1 sich in der Mitte des Gittermusters MP1 befindet. Werte der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit die jeweils den Gitterabschnitten des Gittermusters entsprechen, werden auf der Grundlage der Fahrzeugexistenz- Wahrscheinlichkeitsverteilung in einer Region, die die Fahrzeugposition PGI abdeckt, geschätzt, wobei eine vorläufige geschätzte Tabelle ST1 erstellt wird. Die Form der weiter oben erwähnten Fahrzeugexistenz- Wahrscheinlichkeitsverteilung basiert zum Beispiel auf einer zweidimensionalen Gauss' schen Verteilungskurve. Wie aus Fig. 4(a) entnommen werden kann, wird eine vorläufige geschätzte Tabelle PT1, die aus dem Kartengebiet, für welches die Tabelle ST1 vorher erstellt wurde, erhalten wird, ausgelesen. In dieser Ausführungsform sind alle geschätzten Werte der Tabelle PT1 "0", da keine geschätzte Tabelle vor der geschätzten Tabelle ST1 erstellt wurde. Dann werden die geschätzten Werte der Tabelle PT1 jeweils zu den geschätzten Werten der vorläufigen geschätzten Tabelle ST1 addiert, wobei eine korrigierte geschätzte Tabelle FT1 erstellt wird, die eine geschätzte Wertverteilung auf dem Gittermuster hat, die der Tabelle FT1, wie in Fig. 5(a) gezeigt, entspricht. Von der geschätzten Wertverteilung der korrigierten geschätzten Tabelle FT1 aus Figes 5(a) wird ein Gitterabschnitt (durch eine schraffierte Fläche dargestellt) mit dem größten geschätzten Wert bestimmt. Dieser größte geschätzte Wert von "0,5" überschreitet nicht den vorgegebenen Standardwert "1,7", worauf eine andere Fahrzeugposition PG2 von dem GPS Empfänger 7 abgeleitet wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt wird, wird ein anderes Gittermuster MP2 auf ähnliche Art und Weise so auf das Straßennetzmuster in dem weiter oben erwähnten Kartengebiet gelegt, daß die Fahrzeugposition PG2 sich in der Mitte des Gittermusters MP2 befindet. Ähnlich wie die weiter oben erwähnte vorläufige geschätzte Tabelle ST1 erstellt wurde, wird eine andere vorläufige geschätzte Tabele ST2 erstellt. Wie in Fig. 4(b) dargestellt ist, werden die geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle ST2 jeweils zu den geschätzten Werten einer vorher erstellten Tabelle PT2 (gleich der geschätzten Tabelle FT1), die in dem Kartengebiet (in Fig. 3 abgebildet), in welchem die vorläufige geschätzte Tab ST1 abgeleitet wurde, abgeleitet wird, addiert, wobei eine korrigierte geschätzte Tabelle FT2 entsteht, die eine geschätzte Wertverteilung auf dem Gittermuster entsprechend Tabelle FT2, wie in Fig. 5(b) dargestellt ist, aufweist. Von der geschätzten Wertverteilung der korrigierten geschätzten Tabelle FT2 aus Fig. 5(b) wird ein Gitterabschnitt (durch eine schraffierte Fläche dargestellt) mit dem größten geschätzten Wert "1,0" 10 abgeleitet. Dieser größte geschätzte Wert "1,0" übertrifft nicht den vorgegebenen Standardwert von "1,7", worauf eine weitere Fahrzeugposition PG3 von dem GPS Empfänger 7 abgeleitet wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt wird, wird ein weiteres Gittermuster MP3 auf ähnliche Art und Weise so auf das Straßennetzmuster in dem weiter oben erwähnten Kartengebiet gelegt, daß die Fahrzeugposition PG3 sich in der Mitte des Gittermusters MP3 befindet. Ähnlich wie die weiter oben erwähnten vorläufigen geschätzten Tabellen ST1 und ST2 erstellt wurden, wird eine weitere vorläufige geschätzte Tabelle ST3 erstellt. Wie in Fig. 4(c) dargestellt ist, werden die geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle ST3 jeweils zu den geschätzten Werten einer vorher erstellten Tabelle PT3 (gleich der geschätzten Tabelle FT2), die in dem Kartengebiet, in welchem die vorläufige geschätzte Tabelle ST2 abgeleitet wurde, abgeleitet wird, addiert, wobei eine korrigierte geschätzte Tabelle FT3 entsteht, die eine geschätzte Wertverteilung auf dem Gittermuster entsprechend Tabelle FT3, wie in Fig. 5(c) dargestellt ist, aufweist. Von der geschätzten Wertverteilung der korrigierten geschätzten Tabelle FT3 aus Fig. 5(c) wird ein Gitterabschnitt (durch eine schraffierte Fläche dargestellt) mit dem größten geschätzten Wert "1,5" abgeleitet. Dieser größte geschätzte Wert "1,5" übertrifft nicht den vorgegebenen Standardwert von "1,7", worauf eine weitere Fahrzeugposition PG4 von dem GPS Empfänger 7 abgeleitet wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt wird, wird noch ein weiteres Gittermuster MP4 auf ähnliche Art und Weise so auf das Straßennetzmuster in dem weiter oben erwähnten Kartengebiet gelegt, daß die Fahrzeugposition PG4 sich in der Mitte des Gittermusters MP4 befindet. Ähnlich wie die weiter oben erwähnten vorläufigen geschätzten Tabellen ST1 bis ST3 erstellt wurden, wird noch eine weitere vorläufige geschätzte Tabelle ST4 erstellt. Wie in Fig. 4(d) dargestellt ist, werden die geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle ST4 jeweils zu den geschätzten Werten einer vorher erstellten Tabelle PT4 (gleich der geschätzten Tabelle FT3), die in dem Kartengebiet, in welchem die vorläufige geschätzte Tabelle ST3 abgeleitet wurde, abgeleitet wird, addiert, wobei eine korrigierte geschätzte Tabelle FT4 entsteht, die eine geschätzte Wertverteilung auf dem Gittermuster entsprechend Tabelle FT4, wie in Fig. 5(d) dargestellt ist, aufweist. Von der geschätzten Wertverteilung der korrigierten geschätzten Tabelle FT4 aus Fig. 5(d) wird ein Gitterabschnitt (durch eine schraffierte Fläche dargestellt) mit dem größten geschätzten Wert "2,0" abgeleitet. Wenn der größte geschätzte Wert "2,0" den vorgegebenen Standardwert von "1,7" übertrifft, wird die Fahrzeugposition auf der Straßenverbindung, die in dem Gitterabschnitt mit dem größten geschätzten Wert "2,0" erscheint, als die wahre Fahrzeugposition erfaßt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, wird ein Gittermuster so auf ein Straßennetzmuster eines gewissen Kartengebietes, das von dem Straßenkartenspeicher 5 erhalten wird, aufgelegt, daß die von dem GPS abgeleitete Fahrzeugposition in der Mitte des Gittermusters positioniert ist. Werte der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit in den Gitterabschnitten des Gittermusters werden auf der Grundlage der Fahrzeugexistenz- Wahrscheinlichkeitsverteilung in einer Region, in deren Mitte die Fahrzeugposition ist, geschätzt und gespeichert, wodurch die vorläufige geschätzte Tabelle in dem Gittermuster erstellt wird. Die geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle werden jeweils zu den geschätzten Werten der vorher geschätzten Tabelle, die von dem Kartengebiet, wo die aktuelle vorläufige geschätzte Tabelle abgeleitet wurde, erhalten wird, addiert, so daß eine korrigierte geschätzte Tabelle erstellt wird. Die Versetzung, die die Abweichung zwischen dem Gitterabschnitt mit dem größten geschätzten Wert der korrigierten geschätzten Tabelle und der von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugposition angibt, ist immer konstant in bezug auf die wahre Fahrzeugposition. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die bestimmte Satellitenkombination, die zum Erfassen der Fahrzeugposition verwendet wird, so lange festgelegt ist, bis die wahre Fahrzeugposition erfaßt ist. Daher sind die auf der Grundlage der weiter oben erwähnten Versetzung erfaßten Fahrzeugpositionen und die von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugpositionen äußerst genau. In anderen Worten ausgedrückt, werden die von dem GPS abgeleiteten Fahrzeugpositionen verbessert und werden zu korrigierten Positionen auf den Verbindungen in den Gitterabschnitten der Gittermuster, die jeweils eine höchste Wahrscheinlichkeit haben, verändert, wobei die Straßenverbindungen und Punkte darauf genau spezifiziert werden. In dieser Ausführungsform werden zusätzlich die von dem Entfernungssensor 4 erfaßte Fahrzeugfahrtentfernung und die Menge der von dem Richtungssensor 3 erfaßten Fahrtrichtungsänderungen gleichzeitig mit der Erfassung der Fahrzeugposition integriert. Die erfaßten wahren Fahrzeugpositionen und die Straßennetzdaten, die von dem Straßenkartenspeicher 5 gespeichert werden, werden unter Berücksichtigung dieser integrierten Daten angeglichen, wobei es ermöglicht wird, die Fahrzeugposition genau zu erfassen.
Die Experten auf diesem Gebiet werden verstehen, daß die oben gegebene Beschreibung sich auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht, worin verschiedene Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne daß der Geist und der Bereich der Erfindung, wie dies in den beigefügten Ansprüchen festgelegt wurde, verlassen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs, bestehend aus:

einer Elektrischen-Wellen-Empfangseinrichtung (7) zum Empfangen von elektrischen Wellen von einer Vielzahl von die Erde umkreisenden Satelliten (7a bis 7e) zur Lieferung der Fahrzeugpositionsdaten;

einer Satelliten-Bestimmungseinrichtung (8) zur Bestimmung von mindestens drei Satelliten aus der Vielzahl der Satelliten (7a bis 7e) zur Bildung einer bestimmten Satellitenkombination;

einer Fahrzeugpositions-Schätzeinrichtung (8) zum Schätzen einer Fahrzeugposition (PG1, PG2, PG3 oder PG4) auf der Basis der Fahrzeugpositionsdaten, die von der bestimmten Satellitenkombination geliefert und von der Elektrischen-Wellen-Empfangseinrichtung (7) empfangen werden;

einer Straßennetzdaten-Speichereinrichtung (5) zum Speichern von Straßennetzdaten, die in Abhängigkeit von einem Bestimmungsort auszuwählen sind;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Straßennetzdaten eine Vielzahl von Straßennetzmustern aufweisen, auf die jeweils eine Vielzahl von Gittermustern (MP1 bis MP4) gelegt werden soll, die jeweils wiederum in eine Vielzahl von Gitterabschnitten unterteilt sind;

wobei die Vorrichtung weiterhin besteht aus:

einer Satellitenkombinations- Festlegungseinrichtung (8) zum Festlegen der bestimmten Satellitenkombination, um eine Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit, daß das Fahrzeug in einem vorgegebenen Bereich um die geschätzte Fahrzeugposition (PG1, PG2, PG3 oder PG4) herum existiert, in einem unveränderlichen Zustand zu halten und um eine Versetzung, die eine Abweichung zwischen der geschätzten Fahrzeugposition (PG1, PG2, PG3 oder PG4) und einer wahren Fahrzeugposition darstellt, konstant zu machen;

eine Vorläufige-Tabellenerstellungs-Einrichtung (8) zum überlagern des Gittermusters (MP1, MP2, MP3 oder MP4) auf das Straßennetzmuster auf solch einer Art und Weise, daß die geschätzte Fahrzeugposition (PG1, PG2, PG3 oder PG4) auf dem Straßennetzmuster angezeigt wird und in der Mitte des Gittermusters (MP1, MP2, MP3 oder MP4) positioniert wird, um den Wert der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit zu bestimmen und eine vorläufige geschätzte Tabelle (ST1, ST2, ST3 oder ST4) zu erstellen, die vorläufige geschätzte Werte enthält, die jeweils den bestimmten Werten der Fahrzeugexistenzwahrscheinlichkeit in allen Gitterabschnitten des Gittermusters (MP1, MP2, MP3 oder MP4) entsprechen;

einer Korrigierten-Tabellenerstellungs-Einrichtung (8) zum Erstellen einer korrigierten geschätzten Tabelle (FT1, FT2, FT3 oder FT4) auf solch eine Art und Weise, daß die vorläufigen geschätzten Werte der vorläufigen geschätzten Tabelle (ST1, ST2, ST3 oder ST4) jeweils zu den geschätzten Werten einer vorher erstellten, von der festgelegten Satellitenkombination abgeleiteten Tabelle (PT1, PT2, PT3 oder PT4) hinzugefügt werden;

einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung (8) zum Berechnen einer Abweichung zwischen einem Gitterabschnitt des Gittermusters (MP1, MP2, MP3 oder MP4), spezifiziert durch einen größten Wert innerhalb der geschätzten Werte der korrigierten geschätzten Tabelle (FT1, FT2, FT3 oder FT4), und der geschätzten Fahrzeugposition, so daß die Versetzung abgeleitet werden kann; sowie

einer Wahren-Fahrzeugpositions- Berechnungseinrichtung (8) zum Berechnen der wahren Fahrzeugposition auf der Basis der abgeleiteten Versetzung und der geschätzten Fahrzeugposition (PGI1, PG2, PG3 oder PG4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Berechnung des Abweichungswertes mittels der Abweichungs-Berechnungseinrichtung (8) dann durchgeführt wird, wenn der größte geschätzte Wert der korrigierten geschätzten Tabelle (FT1, FT2, FT3 oder FT4), die mittels der Korrigierten- Tabellenerstellungs-Einrichtung (8) erstellt wurde, einen vorgegebenen Wert (T) überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin besteht aus:

einer Richtungs-Erfassungseinrichtung (3) zum Erfassen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs;

einer Entfernungs-Erfassungseinrichtung (4) zum Erfassen der Fahrtentfernung des Fahrzeugs; sowie

einer Fahrzeugpositions-Bestimmungseinrichtung (8) zum Bestimmen der wirklich existierenden Fahrzeugposition auf Fahrtstraßen, auf der Basis der von der Richtungs-Erfassungseinrichtung (3) erfaßten Fahrtrichtung, der von der Entfernungserfassungseinrichtung (4) erfaßten Fahrtentfernung, der von der Wahren- Fahrzeugpositions-Berechnungseinrichtung (8) berechneten wahren Fahrzeugpositionen und der von der Straßennetzdaten-Speichereinrichtung (5) gespeicherten Straßennetzdaten.