DE69723296T2

DE69723296T2 - Verfahren und vorrichtung zum kalibrieren von spurweite

Info

Publication number: DE69723296T2
Application number: DE69723296T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey George GEIER
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: EP0944812A1; DE69723296D1; EP0944812B1; US5928295A; WO1998027405A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von globalen Positionsbestimmungsatelliten ("global positioning satellite (GPS)")-Empfängern in Kraftfahrzeugnavigations-, Notfallbenachrichtigungs- und Verfolgungssystemen ist heutzutage weit verbreitet. Jedoch funktionieren Systeme auf ausschließlicher GPS-Basis nicht gut in dicht gedrängten urbanen Umgebungen, wo Signalblockierung und -rückstrahlung durch hohe Gebäude zusätzlich zu Funkfrequenzinterferenz häufig auftritt. Eine kostengünstige Lösung für dieses Problem ist die Verstärkung des GPS-Empfängers mit irgendeiner Form einer Koppelnavigation ("Dead Reckoning (DR)") zum Schließen der als Folge eines GPS-Abdeckungsverlustes auftretenden Lücken und zum Verbessern der Genauigkeit der GPS-Trajektorie.
Ein DR-System kann die Form einer Schnittstelle annehmen, um zur Bereitstellung einer Anzeige der Umdrehungszahl eines jeden Rades in das Fahrzeug eingebaute linke und rechte Radsensoren zu trennen. Die durchschnittliche Umdrehungszahl eines jeden Rades wird zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet, und die Radumdrehungsdifferenz dividiert durch den Abstand zwischen den Rädern (als Spurweite bezeichnet) wird zum Bestimmen von Veränderungen in dem Steuerkurs des Fahrzeugs verwendet. Die Genauigkeit des DR-Systems hängt entscheidend von der Genauigkeit ab, auf welche der Steuerkurs des Fahrzeugs bestimmt wird, wodurch jeder Grad von Steuerkursfehler in der Abwesenheit eines GPS einen Querspur-Positionsfehler erzeugt, der ungefähr wie 1,7% der zurückgelegten Strecke anwächst.
Um jedoch aus der Umdrehungszahl eines jeden Rades genaue Steuerkursinformationen abzuleiten, müssen der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Reifen oder die Spurweite mit hochgradiger Genauigkeit bekannt sein, wobei ein Fehler von 1% im Allgemeinen akzeptabel ist, da jedes Mal, wenn das Fahrzeug eine Biegung befährt (d. h. seinen Steuerkurs um neunzig Grad verändert), grob gesagt einen Steuerkursfehler von einem Grad erzeugt wird. Leider ist diese Spurweite möglicherweise nicht derart genau bekannt. Des Weiteren können unterschiedliche Klassen desselben Fahrzeugtyps Abweichungen von bis zu 5% erzeugen, was einen signifikanten Navigationsfehler erzeugt, wenn die GPS-Positionsbestimmung verloren geht. Zum Beispiel wird ein Fehler von 5% in der Spurweite im Anschluss an eine Umkehr der Fahrzeugrichtung (d. h. eine Drehung um hundertachtzig Grad) annähernd zehn Meter an Querspur-Positionsfehler pro zurückgelegte hundert Meter erzeugen. Folglich muss für jedes Fahrzeug, in das der auf DR beruhende Radsensor eingebaut wird, die Spurweite mit hochgradiger Genauigkeit bekannt sein. Dies erlegt den Fahrzeugherstellern eine un liebsame Bürde auf, da das DR-System über den Fahrzeugtyp und die Fahrzeugklasse informiert werden muss oder sie den Spurweitenwert direkt eingeben lassen müssen.
Folglich wird ein Verfahren des Abschätzens der Spurweite eines Fahrzeugs mit hochgradiger Genauigkeit benötigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das Komponenten eines in ein bewegbares Fahrzeug eingebauten GPS- und DR-Systems veranschaulicht;
2 ist eine Illustration einer Auswirkung eines Spurweitenfehlers auf die Fahrzeugkursbestimmung und damit der Demonstration eines Bedarfs für die vorliegende Erfindung;
3 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das die Verarbeitungsschritte des Kalibrierens der Spurweite eines bewegbaren Fahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
4 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das die Verarbeitungsschritte zum Abschätzen einer Steuerkursveränderung eines Fahrzeugs veranschaulicht, das GPS-Doppler-Doppeldifferenzen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschätzen des Abstandes zwischen den Rädern (bekannt als Spurweite) eines bewegbaren Fahrzeugs mit hochgradiger Genauigkeit bereit. Zur automatischen Abschätzung und Kalibrierung der Spurweite beseitigt die vorliegende Erfindung durch die Verwendung von Radsensoren im Zusammenhang mit GPS-Daten das Fehlerwachstum in DR-Systemen. Beim Abschätzen der Spurweite wird der mit deren unvollkommener Kenntnis assoziierte Fehleraufbau beseitigt, und mit unterschiedlichen Fahrzeugtypen und -klassen assoziierte Abweichungen in der Spurweite können toleriert werden. Kurz gesagt wird die Spurweite durch Berechnen einer Steuerkursrate direkt von den GPS-Daten und deren Vergleich mit der aus den Radsensoren abgeleiteten Steuerkursrate gemessen, womit nachfolgende Verfeinerungen an der abgeschätzten Spurweite durch Filtern jeder gemessenen Spurweite berechnet werden.
Mit Bezug auf 1 wird ein Blockdiagramm gezeigt, das Komponenten eines in ein bewegbares Fahrzeug 10 eingebauten GPS- und DR-Navigationssystems veranschaulicht. 1 enthält einen DR-Prozessor 40 und einen GPS-Empfänger 30, der an eine GPS- Antenne 20 gekoppelt ist, wobei all diese Komponenten für einen Einbau in das bewegbare Fahrzeug 10 geeignet sind. 1 enthält ferner Radsensoren 42, die an die Räder des bewegbaren Fahrzeugs 10 gekoppelt sind, um Radumdrehungsdaten zu beziehen und derartige Daten über Signalleitungen 45 dem DR-Prozessor 40 zur Verfügung zu stellen. Typischerweise werden die Sensoren 42 an die nichtangetriebenen Räder des Fahrzeugs 10 angebaut und können somit, abhängig davon, ob das Fahrzeug über Vorderrad- bzw. Hinterradantrieb verfügt, entweder an die Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs 10 angebaut werden. Obwohl die Verwendung der Sensoren 42 an nichtangetriebenen Rädern bevorzugt wird, um die Auswirkungen des deutlicher an den an getriebenen Rädern auftretenden Räderdurchdrehens zu verringern, können ferner die Sensoren 42 an den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs 10 angebaut werden, wodurch aus der Verwendung von Umdrehungsdaten von allen vier Rädern Vorteile abgeleitet werden können.
In 1 wird ebenfalls eine Mehrzahl von GPS-Satelliten 5 zum Erzeugen von GPS-Signalen gezeigt, die durch den GPS-Empfänger 30 empfangen werden, um dem GPS-Empfänger 30 die Bestimmung des Standorts des bewegbaren Fahrzeugs 10 auf eine wohlbekannte Weise zu ermöglichen. Im Allgemeinen sind vier Satelliten erforderlich, um dem GPS-Empfänger 30 den Empfang einer dreidimensionalen Standortbestimmung für das Fahrzeug 10 zu ermöglichen.
Der DR-Prozessor 40, der in den GPS-Empfänger integriert werden kann, empfängt GPS-Daten 35, wie Doppler- oder Steuerkursmessungen von dem GPS-Empfänger 30, und nimmt Radumdrehungsdaten 45 von den Radsensoren 42 auf. Der DR-Prozessor 40 gibt auch die integrierten Standortdaten 50 an ein anwendungsspezifisches Gerät 60 aus. Für Fahrzeugnavigationsanwendungen kann das anwendungsspezifische Gerät 60 ein getrennter Prozessor sein, der zum Lokalisieren des Fahrzeugs auf der richtigen Strafe und zum Erzeugen einer für den Fahrer sichtbaren Anzeige einen Kartenabgleichalgorithmus implementiert. Für Notfallbenachrichtungs- und Fahrzeugverfolgungsanwendungen kann das anwendungsspezifische Gerät 60 einem zellularen Funktelefon oder -gerät die notwendige Schnittstelle zum Einrichtung einer Nachrichtenverbindung an spezielle dritte Parteien zur Verfügung stellen und damit solche dritte Parteien über den Standort des bewegbaren Fahrzeugs 10 informieren.
2 ist ein detailliertes bildliches Diagramm, das die Steuerkursratenbestimmung eines Links 70- und Rechts 75-Radumdrehungssensoren verwendenden DR-Systems und den entsprechenden Fehler veranschaulicht, der durch einen Fehler in Kenntnis des tatsächlichen (wahren) Spurweitenabstandes 80 eingeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Sensoren 70 und 75 ähnlich den Sensoren 42 von 1 an Räder 71 bzw. 76 des bewegbaren Fahrzeugs 10 gekoppelt, womit die Räder 71 und 76 die Vorder- oder Hinterräder eines bewegbaren Fahrzeugs darstellen können. Obwohl aufgrund des verringerten potentiellen Raddurchdrehens der Anbau an nichtangetriebene Räder bevorzugt wird, ist der Anbau sowohl an angetriebene als auch an nicht angetriebene Räder möglich, und der durch eine mangelhafte Kenntnis der Spurweite induzierte Fehler ist für alle gleich.
2 demonstriert die Auswirkung, die ein Spurweitenfehler 95 des bewegbaren Fahrzeugs 10 auf einen vorbestimmten Steuerkurs dieses Fahrzeugs hat, womit der Spurweitenfehler 95 den Fehler zwischen der nominalen Spurweite 92 (eine die anfänglich geliefert oder abgeschätzt wird) und der tatsächlichen Spurweite EO des bewegbaren Fahrzeugs 10 darstellt. Der Spurweitenfehler 95 kann zum Beispiel der durch den Fahrzeughersteller gelieferte Fehler oder ein Fehler in einem Wert sein, der angenommen ist. Es ist wert anzumerken, dass der in 2 illustrierte Spurweitenfehler 95 absichtlich übertrieben ist, um seine Auswirkung auf den Fahrzeugsteuerkursfehler 110 hervorzuheben.
Der Steuerkurs des bewegbaren Fahrzeugs 10 wird über die Radsensoren 70 und 75 durch die von den linken 85 und rechten 90 Rädern zurückgelegten Strecken bestimmt, womit die Bewegung des bewegbaren Fahrzeugs gemäß 2 einem Linksabbiegen des Fahrzeugs entspricht, weil die durch das linke Rad 85 zurückgelegte Strecke geringer als die durch das rechte Rad 90 zurückgelegte Strecke ist. Die Strecke 91 stellt die durch das rechte Rad zurückgelegte Strecke und dessen Stellung gemäß dem nominalen oder angenommenen Spurweitenabstand 92 dar. Die Strecke 90, die gleich der Strecke 91 ist, stellt die durch das rechte Rad zurückgelegte Strecke und dessen Stellung gemäß dem tatsächlichen Spurweitenabstand 80 dar und erzeugt, wenn verglichen mit der Stellung des rechten Rades für den nominalen Spurweitenabstand, einen unterschiedlichen Standort für den rechten Reifen 76.
Der wahre Steuerkurs (105) des Fahrzeugs kann von der Senkrechten zu der gestrichelten Linie 102 bestimmt werden, welche die neue Position des linken Rades mit der neuen Position des linken Rades gemäß dem tatsächlichen Spurweitenabstand verbindet. Auf ähnliche Weise wird der geschätzte Steuerkurs 100 von der Senkrechten zu der gestrichelten Linie 107 bestimmt, welche die neue Position des linken Rades mit der neuen Position des linken Rades gemäß dem nominalen Spurweitenabstand verbindet. Als Folge ergibt sich aufgrund des Spurweitenfehlers 95 ein Steuerkursfehler 110, wie durch die Differenz zwischen dem wahren Steuerkurs 105 und dem geschätzten Steuerkurs 100 des Fahrzeugs bestimmt.
Wie aus 2 klar ersichtlich, trägt ein Spurweitenfehler unmittelbar zu einem Steuerkursfehler bei. Dementsprechend wäre es wünschenswert, die Spurweite eines bewegbaren Fahrzeugs genau bestimmen zu können, um die aus einem DR-System abgeleitete Steuerkursinformation zu verbessern. Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur genauen Bestimmung des Kalibrierens des Spurweitenfehlers bereit und dadurch zur wesentlichen Verbesserung des bestimmten Steuerkurses eines DR-Systems.
Mit Bezug auf 3 wird ein detailliertes Flussdiagramm 115 gezeigt, das die durch den DR-Prozessor 40 ausgeführten Schritte beim Ableiten von Steuerkursveränderungsinformationen von den Radsensoren 70 und 75 und Sammeln von GPS bezogenen Daten von dem GPS-Empfänger 30 zur Verwendung beim Festlegen und Kalibrieren der Spurweite (80) des bewegbaren Fahrzeugs 10 veranschaulicht.
Zuerst werden die Radsensordaten von den Sensoren 70 und 75 akkumuliert, wie durch das Kästchen 120 dargestellt. Die Radsensorrohdaten sind im Allgemeinen als diskrete Impulse verfügbar, wobei jeder Impuls einen minimal ermittelbaren Reifenabstand, typischerweise wenige Zentimeter, darstellt. Diese Impulse werden über ein vorbestimmtes Zeitintervall, beispielsweise eine mit den GPS-Messdaten synchrone Sekunde, summiert. Folglich wird eine Berechnung der durch jedes Rad über die letzte GPS-Sekunde zurückgelegten Strecke ausgeführt.
Als nächstes wird, wie durch das Kästchen 130 dargestellt, die Differenz Δd zwischen der durch die linken und rechten Räder zurückgelegten Strecke festgestellt.
Anschließend kann die Fahrzeugsteuerkursveränderung unter Verwendung der eingestellten Spur und der Radabstanddifferenz gefunden werden, wie in dem Kästchen 150 dargestellt und durch die nachstehende Gleichung (1) gegeben:
ΔHw = Δd/Trackest (1)
wo: Track_est die aktuelle Abschätzung der Spurweite ist, der zuerst ein nominaler oder angenommener Wert gegeben wird.
Wie in dem Kästchen 160 gezeigt, wird diese DR-Steuerkursveränderung (ΔH_w) dann mit gesammelten GPS-Steuerkursdaten (ΔH_GPS) beim Messen des Fehlers in der nominalen (geschätzten) Spurweite (Track_err) verwendet, wie durch das Kästchen 170 und die Gleichung (2) dargestellt. Die GPS-Steuerkursdaten (ΔH_GPS) können, wie hiernach mit Bezug auf 4 genauer beschrieben, von Doppler-Messungen oder durch einfaches Unterscheiden aufeinander folgender GPS-Steuerkursdaten bestimmt werden.
Trackerr = Trackest [1 – (ΔHw/ΔHGPS)] (2)
wo: Track_err eine Messung des Spurweitenfehlers ist;
ΔH_w eine Steuerkursveränderung ist, die unter Verwendung der aktuellen geschätzten Spurweite und der abgefühlten Impulszähldifferenzen abgefühlt wird; und
ΔH_GPS eine aus den GPS-Informationen bestimmte GPS- Steuerkursveränderung ist.
Wie aus der Gleichung (2) ersichtlich, wird bei dem Spurweitenfehler (Track_err) eine Abschätzung erhalten, die auf der durch die bestimmten DR- und GPS-Steuerkurse verfeinerten anfänglichen (oder aktuellen) Abschätzung der Spurweite beruht.
Vor der Bestimmung des Spurfehlers wird jedoch, wie in dem Kästchen 165 dargestellt, ein Test durchgeführt, um zu verifizieren, dass eine ausreichende Steuerkursveränderung aufgetreten ist. Eine Minimalsteuerkursveränderung von 0,2 Radianten (grob gesagt 10 Grad) ist erforderlich, um den Spurweitenfehler zu schätzen und wird auferlegt. Steuerkursveränderungen unterhalb dieses Pegels können in der Gleichung (2) nicht wirkungsvoll verwendet werden, da die Fehler in der GPS-abgefühlten Steuerkursveränderung bei der Spurfehlermessung Trackerr große Fehler erzeugen.
Wie durch das Kästchen 180 dargestellt, wird im Anschluss an die Berechnung des Fehlers in der Spurweite (Kästchen 170) ein Test zur Bestimmung durchgeführt, ob der bestimmte Spurweitenfehler vernünftig ist. Nur wenn die gemessene Fehlergröße geringer als die erwartete Veränderlichkeit der Spurweite über Fahrzeugtypen und -klassen ist, wird dann der Spurweitenfehler wie in der Gleichung (3) zum Aktualisieren des Spurweitenfehlers verwendet.
Trackest = Trackest + ktrack Trackerr (3)
wo: Track_{est der aktuelle Wert für die Spurab} schätzung ist; und
k_track der zum Aktualisieren der Spurabschätzung verwendete Gewinn ist.
Der zum Aktualisieren der geschätzten Spur verwendete Gewinn kann zum Zulassen einer Filterung der mit dem GPS-Steuerkurs- oder Doppler-Messungen assoziierten Fehler auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt werden oder kann als eine Funktion der erwarteten Genauigkeit der Spurmessung eingestellt werden (d. h. ein Kalmanfilteransatz). Für den Kalmanfilteransatz wird der auf Trackerr angewendete Gewinn jede Sekunde, in der die Spurkalibrierung aktiv ist, berechnet und wird die erwartete Genauigkeit der GPS-bestimmten Steuerkursveränderung über die aktuelle Sekunde als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Satellitengeometrie und des erwarteten Fehlers in den GPS-Doppler-Messungen reflektieren.
Mit Bezug auf 4 wird ein detailliertes Flussdiagramm 201 gezeigt, das veranschaulicht, wie die GPS-Doppler-Messungen zum Abschätzen der GPS-bestimmten Steuerkursveränderung ΔH_GPS gemäß dem Spurweitenkalibrierungsverfahren von 3 verwendet werden. Zu beachten ist, dass die GPS-Steuerkursveränderung, wie oben erwähnt, alternativ durch einfaches Unterscheiden aufeinander folgender GPS-Steuerkurse abgeleitet werden kann. Es wird jedoch erwartet, dass der auf Doppler-Doppeldifferenzen basierende Ansatz genauer sein wird, da bei der Bildung der Abschätzung alle verfügbaren Daten, einschließlich der aus den Radumdrehungszahlen angeleiteten Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzung, maximal genutzt werden.
Die Gleichung (4) drückt die Beziehung zwischen den Doppler-Doppeldifferenzen und der (zu bestimmenden) Steuerkursveränderung ΔH aus. Folglich stellt die unter Verwendung der Gleichung (4) bestimmte Steuerkursveränderung eine die verfügbaren Doppler-Messungen und die aus den Radsensoren abgeleitete Fahrzeuggeschwindigkeit verwendende Bestabschätzung der Steuerkursveränderung dar. Diese Steuerkursveränderung wird lediglich für die Zwecke der Spurkalibrierung verwendet, d. h. sie wird nicht für Dead-Reckoning-Gleichungen, zum Beispiel in der Gleichung 1, verwendet.
δΔDoppres = Δv cosΔH ΔvFaktor – v sinΔH ΔHFaktor (4)
wo: Δv die abgefühlte Geschwindigkeitsveränderung ist;
ΔH die Steuerkursveränderung ist;
Δv_Faktor = cosE_i cosdAz_i – cosE_j cosdAz_j;
v die Geschwindigkeit bei der vorigen Sekunde ist;
Δv_Faktor = cosE_i sindAz_i – cosE_j sindA_j;
E_i und E_j die Satellitenhöhenwinkel sind;
dAz = H – Az;
Az_i, Az_j die Satellitenazimutwinkel sind; und
H der Steuerkurs bei der vorherigen Sekunde ist.
Vorausgesetzt, dass eine ausreichende Anzahl von Doppler-Messungen verfügbar ist, wie durch das Kästchen 200 dargestellt, wird die Variable δΔDopp_res in der Gleichung 4 durch Unterscheiden der Doppler-Differenzen zwischen zwei GPS-Satelliten über aufeinander folgende Sekunden gemäß der Gleichung 5 gebildet, wie durch das Kästchen 210 dargestellt.
δΔDoppres = (Doppres l – Doppres j) k – (Doppres l – Doppres j) k – 1 (5)
wo: ^l,j Satelletenindexe bezeichnen; und
k Sekunden bezeichnet.
Doppelunterscheiden der Doppler-Messungen beseitigt den Beitrag des Anwender-Taktfrequenzfehlers und der selektiven Verfügbarkeit und gestattet eine genaue Bestimmung einer Steuerkursveränderung unter Verwendung von GPS bei relativ niedriger Geschwindigkeit.
Die Gleichung 3 stellt in ΔH eine nichtlineare Gleichung dar, was gelöst werden muss, wie durch das Kästchen 220 dargestellt. Das Lösungsverfahren beginnt mit der Annahme, dass die Steuerkursveränderung ein kleiner Winkel ist (Fahrzeugsteuerkursraten sind im Allgemeinen auf 40 Grad/sek begrenzt), was die Vereinfachung der Gleichung 3 auf die in der Gleichung 6 gezeigte zulässt.
δΔDoppres = Δv ΔvFaktor – V ΔH ΔHFaktor (6)
Da die Gleichung 5 in ΔH linear ist, ist eine direkte Lösung möglich. Für ein maximales ΔH von 40 Grad kann jedoch der in cosΔH in der Gleichung 4 integrierte Term zweiter Ordnung signifikant werden. Die Einfügung des Terms ergibt für die Steuerkursveränderung eine quadratische Gleichung mit zwei Lösungen. Die Auswahl der geeigneten Lösung aus diesen wird einfach durch Auswählen der nichtlinearen Lösung durchgeführt, die der aus der Gleichung 3 abgeleiteten linearen Lösung am nächsten ist. Somit kann jedes Paar von GPS-Satelliten zum Bestimmen der aktuellen Steuerkursveränderung verwendet werden.
Da im Allgemeinen mehr als ein einzelnes Paar von Doppler-Messungen verfügbar sein wird, ist ein Verfahren zum Kombinieren der Steuerkursveränderungsabschätzungen von mehreren Paaren erforderlich, womit die Verwendung eines Ansatzes der gewichteten kleinsten Quadrate ("Weighted Least Squares (WLS)") bevorzugt wird, wie durch das Kästchen 230 dargestellt, da er den genaueren Steuerkursveränderungsabschätzungen mehr Gewicht verleiht. Deshalb ist eine Kennzeichnung der Genauigkeit jeder Steuerkursveränderungsabschätzung erforderlich. Die Gleichung 7 stellt einen Ausdruck dar für den mit der linearen Lösung assoziierten Fehler als eine Funktion der erwarteten Genauigkeit der Doppler-Messungen, wobei die Genauigkeit zu deren Beschleunigung und die erwartete Abweichung von einer Ausgleichtrajektorie bestimmt werden können.
σ2 ΔH = {2(σ2 PRR i + σ2 PRR j) + σ2 OSF Δv2 ΔvFaktor 2 + ΔsinE2 (Δv2 σM 2 + v2 σΔM 2)}/v2 ΔHFaktor 2 (7)
wo: σ² _PPR ⁱ = i-te Satelliten-Doppler-Messungs-Geräuschveränderlichkeit;
σ² _OSF = Tachometer-Skalierfaktor-Fehlerveränderlichkeit;
ΔsinE = sinE_i – sinE_j;
σ_M ² = mit der Straßenneigung assoziierte Veränderlichkeit, und
σ_ΔM ² = mit der Straßenneigungsveränderung assoziierte Veränderlichkeit.
Bei der Bildung der WLS-Abschätzung wird jede Steuerkursveränderung durch ihre Fehlerveränderlichkeit umgekehrt gewichtet, wie durch die Gleichung 6 ausgedrückt. Eine Fehlerveränderlichkeit für die WLS-Abschätzung kann dann di rekt aus den Gewichten und den individuellen Veränderlichkeiten berechnet werden.
Die WLS-Abschätzung für die Steuerkursveränderung und ihre Fehlerveränderlichkeit vorausgesetzt, wird, wie durch das Kästchen 240 dargestellt, ein Übereinstimmungstest angewendet, wenn eine Redundanz existiert (d. h. wenn mehr als ein einzelnes Doppler-Paar verfügbar ist). Dieser Übereinstimmungstest wird konzipiert zum Aussieben unzuverlässiger Steuerkursveränderungsabschätzungen, wie sie durch reflektierte Signalverfolgung oder übermäßige Straßenneigung oder vertikale Beschleunigung (wie sie z. B. durch das Fahren über eine Geschwindigkeitsbegrenzungsschwelle induziert werden könnte) bewirkt werden könnten. Die Übereinstimmungskontrolle basiert auf der Berechnung der Summe der Quadrate der normalisierten Doppler-Messungsrückstände. Diese Statistik wird mit einer aus den Chi- Quadrat-Wahrscheinlichkeitstabellen abgeleiteten Schwelle verglichen, wie durch das Kästchen 250 dargestellt. Falls die Schwelle überschritten wird, wird die Steuerkursveränderungsabschätzung als unzuverlässig betrachtet und wird nicht beim Bilden der Spurmessung verwendet. Ansonsten wird die WLS-Steuerkursveränderungsabschätzung als zuverlässig betrachtet und kann bei der Spurfehlermessung verwendet werden. Dementsprechend können die Doppler-Doppeldifferenzen wie oben beschrieben verwendet werden, um zur Verwendung für das Abschätzen des Spurweitenfehlers gemäß den Gleichungen 2 und 3 genaue GPS-Steuerkursinformationen zu erhalten.
Zur Demonstration der Wirksamkeit des Spurkalibrierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung, wurden Segmente von mit einem Testfahrzeug gesammelten Daten verarbeitet, wobei der anfängliche Wert der Spurabschätzung absichtlich um +/- 5% des wahren Spurabweichungswertes über die Fahrzeugklassen versetzt wurde. Somit entspräche der kleinere anfängliche Wert dem kleinsten Fahrzeug in einer vorgegebenen Klasse von Fahrzeugen (z. B. einem Toyota Tercel Fahrzeug), während der größere anfängliche Wert dem größten Fahrzeug, z. B. einem Lexus, entspräche. Verschiedenen vollständigen Kreisen entsprechende Steuerkursveränderungen vorausgesetzt, trat Konvergenz des gemäß der vorliegenden Erfindung geschätzten Spurweitenwertes bis innerhalb 1% des "Nominalen" (d. h. vom Hersteller geliefert) auf, wie in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.
Tabelle 1: Testergebnisse der Spurabschätzung
Der anfängliche Wert in der Tabelle 1 entspricht dem anfänglichen Voreinstellungswert für Track_est in jedem Fall, und der geschätzte Wert entspricht dem endgültigen Wert für Track_est aus der Spurkalibirierungserfindung (im Anschluss an die drei für diesen Test der Erfindung ausgeführten vollständigen Kreise). Die letzte Spalte stellt auf der Grundlage der durch den Hersteller für dieses Testfahrzeug gelieferten Informationen (dieser Wert wird durch den Hersteller spezifiziert als bis besser als 1% genau) die beste Abschätzung der tatsächlichen Spurweite dar. Dementspre chend erbringt die Tabelle 1 den Nachweis für die Wirksamkeit des Spurkalibrierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren einer Spurweite eines bewegbaren Fahrzeugs, in dem ein Navigationssystem eingebaut ist, wobei das System einen globalen Positionsbestimmungssatelliten-GPS-Empfänger und ein Koppelnavigationssystem ("dead reckoning" (DR)) enthält, wobei das DR-System an die Räder des bewegbaren Fahrzeugs gekoppelte Sensoren aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Bestimmen (120, 130, 150) einer auf der Grundlage einer anfänglichen Abschätzung für die Spurweite des bewegbaren Fahrzeugs aus dem DR-System abgeleiteten Steuerkursveränderung; Bestimmen (160) einer aus dem GPS-Empfänger abgeleiteten Steuerkursveränderung; und Verwenden (165, 170, 180, 190) der aus den GPS- und DR-Systemen abgeleiteten Steuerkursveränderungen zum Verfeinern der anfänglichen Abschätzung der Spurweite.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren an Vorderräder des bewegbaren Fahrzeugs angebaut sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren an Hinterräder des bewegbaren Fahrzeugs angebaut sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren sowohl an Vorder- als auch an Hinterräder des bewegbaren Fahrzeugs angebaut sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens einer Steuerkursveränderung von dem GPS-Empfänger das Unterscheiden von aufeinander folgenden GPS-Steuerkursinformationen enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens einer Steuerkursveränderung von dem GPS-Empfänger das Verwenden von Doppler-Messungen enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin folgende Schritte enthält: Abschätzen eines Fehlers in der Spurweite unter Verwendung der von den GPS- und DR-Systemen bestimmten Steuerkursveränderungen; und Verfeinern des Fehlers in der Spurweite bei einem vorbestimmten Zeitintervall.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfeinern des Fehlers das Filtern von aufeinander folgenden geschätzten Fehlern der Spurweite enthält.
Vorrichtung zum Abschätzen einer Spurweite eines bewegbaren Fahrzeugs, das folgende Bestandteile umfasst und gekennzeichnet ist durch: an Räder des bewegbaren Fahrzeugs gekoppelte Sensoren (42) zum Bestimmen eines ersten Steuerkurses des bewegbaren Fahrzeugs auf der Grundlage eines anfänglichen Wertes für die Spurweite des bewegbaren Fahrzeugs; einen globalen Positionsbestimmungssatelliten-GPS-Empfänger (30) zum Bestimmen eines zweiten Steuerkurses des bewegbaren Fahrzeugs auf der Grundlage von GPS-Daten; und Verarbeitungsmittel (40) zum Empfangen der ersten und zweiten Steuerkurse und zum Verfeinern des anfänglichen Wertes der Spurweite.
Vorrichtung von Anspruch 9, wobei das Verarbeitungsmittel Mittel enthält zum Abschätzen eines Fehlers in der Spurweite unter Verwendung der ersten und zweiten Steuerkurse; und Verfeinern des Fehlers in der Spurweite bei vorbestimmten Zeitintervallen.