CN105371856B

CN105371856B - 车辆导航系统

Info

Publication number: CN105371856B
Application number: CN201510478374.9A
Authority: CN
Inventors: 弗洛里安·巴特尔斯
Original assignee: Elektrobit Automotive Software GmbH
Current assignee: Elektrobit Automotive Software GmbH
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: JP2016038379A; US20160040994A1; CN105371856A; DE102014215570A1; JP6298020B2; DE102014215570B4; US9671235B2

Abstract

一种用于操作导航设备的方法。导航设备根据接收到的信号进行位置测定。与此同时，另一个位置测定是基于惯性传感器传出的信号进行。将这两个确定的位置进行比较。如果这两个确定的位置的差异大于预设的极限值限定的预设量，错误值被确认。如果不允许的偏差被确认，要特别考虑运动的方向，速度差异和位置变化。当错误值被确认，车辆周围的阴影区域被确定并与所确定的瞬时位置相关联，其结果是与车道平面相关联。

Description

车辆导航系统

技术领域

本发明涉及一种处理车辆导航系统传感器数据的方法。车辆传感器系统包含一个接收器，用于接收位置信号，特别是卫星信号，以便决定一个车辆的绝对位置，另一个位置决定方式是基于来自于惯性传感器的传感器信号进行。当一个错误值溢出时，导航程序继续进行，使用来自惯性传感器的信号。

背景技术

德国专利申请102007041121A描述了一种为了车辆辅助系统处理传感器数据的方法。在该车辆辅助系统内，一个第一传感器挑出测量出的数值并将其传输给一个处理单元。该测量出的数值用于确定绝对位置。一个错误与该测量出的数值关联。一个第二个传感器挑出一个计算出的值，并以此使第一个测量出的值中的错误得到调整。并提供了一个第三传感器，它允许第一测量的值的冗余判断。当一个与第一个被测量的值有关的错误超过了一个限定的值，它会被提供给处理单元使用第三传感器提供的传感器数据以继续确定车辆的位置。在该程序中，第一传感器通过卫星导航确定车辆的位置。第二传感器检测使卫星信号品质降低的物体。误差来源，尤其是可能导致卫星信号遮蔽的是隔音墙、桥、隧道以及高楼。第三传感器可以使用轮胎速度、偏航率以及斜向加速度，或者另外一个摄像机以确定车辆的相对运动。

欧洲专利文献EP1550840是关于一种确定移动中车辆位置的设备及方法。GPS信号被用于确定车辆的绝对位置。如果GPS信号质量超出可忍受的范围之外，此时车辆的位置将基于被检测到的车辆速度和方向确定。车轮传感器可用于判定此速度和方向。当GPS信号在可忍受的范围内时，轮胎传感器的测定值将被采用。该专利公开是用以改进车辆位置的判定。

欧洲专利EP1983303B1及EP0724136B1的说明书公开了车辆导航系统，在该系统中，导航系统显示器亮度被指定为根据接收的GPS点播信号或者根据GPS数据质量来确定。特别的，从欧洲专利EP0724136B1可以得知的当接收到的卫星信号的数量降低为零时，自动激活一个通道模式。

特别的，在主要的都市地区，越来越多的道路被一条接一条的建造。因此，如果车辆的位置被识别，但如果无法考虑到车辆位于一条高架道路或者隧道中，就会导致导航系统发出错误的导航指示。

其缺陷在于，只有在不再收到一个GPS信号时才会识别一个错误的值，并且只有在那时才会进行基于位置确认的导航程序，它不同于GPS位置测定。

发明内容

本发明的目的是改进导航。

更多的，本发明基于推动一种更早识别在阴影区域如隧道或高架道路的车辆的方法的目的。

根据权利要求1，上述目标通过以下方法被实现：

在本发明的方法中，位置与移动均根据位置信号决定，如导航系统接收的GPS信号。遍及整个文件，术语GPS被用作于指代例如一种全球导航卫星系统(GNSS)。此导航系统例如可位于一个车辆内。在此方法中，车辆的位置与运动通过位置决定程序被确定。

此外，导航系统接收惯性传感器的传感器信号并且基于这些传感器信号进行第二种位置测定。该惯性传感器的传感器数据代表相对运动。

现代汽车由于其它系统的需要，如刹车系统以及驱动装置控制，已经使用了大量的惯性传感器。除了别的之外，这些传感器包括，车轮传感器，加速度传感器，惯性参照传感器，偏航率传感器以及转向角传感器。基于惯性传感器的信号，导航系统可以实施一个第二位置确认。该位置确认是一种相对位置确认，换言之，该位置确认表示出两个时间点之间位置变化的程度。

基于按照一个给定的的时间顺序接收到的位置信号确定的位置生成了一条第一运动线，与此同时，基于按照一个给定的时间顺序的惯性感应器的信号确定的位置生成了一条第二运动线。本发明的方法提供了对由第一条和第二条运动线代表的第一条确定的运动和第二条确定的运动的比较。该比较总是为了相同的时间间隔而作出。从技术上来讲，分毫不差的时间上的相同点经常是不可能的；惯性运动通常是根据一个相对高的频率的计算的，也就是说，例如，每秒10次或更多。GPS运动是典型的根据每秒计算一次的。随着时间的推移，错误或误差是可以被计算出来的，例如，利用内推法。如果一个结果意义上的定位误差是不相干的话，内推法是可以被摈弃的。采用本方法，该种比较可对相同的时间间隔使用。

可以使惯性传感器的使用的传感器信号和接收到的传感器信号带有时间戳，并且根据这些信号确定的位置带有相同时间戳。也可以使到达导航装置的传感器信号带有一个时间戳，且该时间戳被当作进行比较的基础。

在比较的过程中，如果检测到至少一个预设的极限值已经被超过，那么运载器周边阴影区域则根据一个道路数据网络而测定。这里，可以在导航系统当中储存大量的预设的极限值。

在极限值被超过时，车辆的周边环境包括至少第二运动线，优选的为第一和第二运动线。优选的，车辆的周边环境的阴影区域的确定包括第一和第二运动线涵盖的区域外加此区域周围的区域。特别的，车辆的周边环境的阴影区域的确定包括在极限值被超过后的第二运动线。这里，第二运动线可被继续，例如从第一运动线的位置测定开始，而第一运动线的极限值还未被超过。这可以例如，在极限值被超过之前，基于从1至5秒或甚至20秒内收到的位置信号从一个位置测定开始。也可以在极限值被超过或极限值被超过前10秒，使用位置测定100米继续此导航程序。因此，它改善了基于惯性传感器的信号的位置测定的精确度。此外，此方法也改善了阴影区域的选择。

通过将最低速度2km/h以上的若干极限值，连接到其它额外条件，也被证明是有益的。特别是在低速条件下，根据接收到的定位信号测算的定位可以显示出突变偏差。对超过2km/h的速度所施加的限制使极限值被超过的频率变得最小化。所以，尤其是在突然停止的情况下，所产生的错误可以被忽略。这使在检测到错误值被溢出而位置在一片阴影区域的情况变得最小。

如果以下情形适用的话，可以探测到极限值被超过，该方法被证明是有益的：

vDR>2km/h (1)以及

|vGPS–vDR|>5km/h (2)或者

|vGPS–vDR|>0.5×vDR (3),

其中，取自第二运动线的速度是vDR。该设定的速度是基于惯性感应器的信号，惯性感应器也被称为惯性参考感应器。在这里，vGSP是基于收到的信号确定的速度。这些速度也可以取自于第一和第二运动线。特别地，如果GPS信号是作为接收到的位置信号而使用，那么该速度就是基于接收到的GPS信号而确定。由于前述公示(3)的条件，基于接收到的信号确定的速度与基于惯性信号确定的速度(其信号与基于惯性信号确定的速度相关)之间的显著差别，可以被识别出。

在vDR大于2km/h，且

|dGPS-dDR|>20 (4)

的情况下，可以识别出极限值已经被超过了，该方法被证明是有益的。这些条件的出现被视为处在一个阴影区域内的位置的迹象。在这里，dGPS是基于接收到的位置数据确定的两个连续不断的位置之间的距离，dDR是指基于来自于惯性感应器的信号确定的两个连续不断的位置之间的距离。在这些条件下，可推测连续不断的位置是在相同的时间点确定的。通过对阴影区域的道路数据网络的检查，在阴影区域内的车辆的位置可以在一个早期的时间点被识别。

更多的，在vDR大于2km/h，且

|ΔHGPS–ΔHDR|>10° (5)

的情况下，可以识别出极限值已经被超过了，该方法被证明是有益的。在这里，H代表朝向(heading)，且连同公式5，与第二运动线相关的第一运动线的一次漂移或跳跃是可以被识别出来的。朝向是一个技术术语，表明一个车辆行驶的方向。一般来说，所谓朝向是指车辆相对于北极的夹角。当一辆小汽车倒车行使时，车辆的朝向和运动方向的差别就是180度，这是最为显而易见的。GPS报告运动方向时，通常采用WGS84坐标系统相关的方式，该系统的北侧对应地理意义上的北极。它适用于当ΔHGPS＝HGPS(i+n)–HGPS(i)时，也就是说，随着时间的推移，也就是，1…N秒后被报告的方向H的一项变化。

在N秒内方向上的变化是根据GPS和惯性传感器来确定的，这两个方向上的变化进行互相比较。这让转向得以识别。例如，在车辆以每秒2°的转向进入隧道。当信号丢失时，GPS信号报告一个恒定的位置；然后在5秒钟后，已达到10°的方向变化差值，或在N＝6时，已超过10℃的阈值。估算200米的区域已被证明是有利的。作为替代方案，它可以估算在一段长达10秒，尤其甚至长达20秒的时间。

在一个有利的实施方案中，在转弯速度超过每秒5°时，人们可以认识到，所述预定的极限值已被超过。出现以下情况：

|每单位时间方向变化(GPS)-

每单位时间上的方向变化(DR)|>5°/秒 (6)

基于连续的GPS数据(移动方向)的基础上，可以根据GPS计算车辆转弯速度有多快。转弯速度同样可以从惯性参考传感器或其它方法直接确定，例如，通过在ESP中或导航控制单元的一个陀螺仪的方法。这两个转动的速度是可以对比的。

在非常低的速度下考虑跳跃作为一个为阴影区域的指示已被证明是正确的。恰恰在低速行驶时，非常难以识别阴影区域。在这方面，特别是在下列条件已证明适合于检验在低转速下的极限值：

VDR≤10公里/小时 (7)

|DGPS-DDR|>50米 (8)

如果阴影区域已经确定，瞬时车辆位置与阴影区域相关联。特别的，如果几个阴影区已经在车辆的周围被确定，以基于所述第二位置测定进行一个选择，特别优选的选择一个阴影区域，即在第二移动线的区域，是有利的。

附图说明

下面，本发明将被更详细地在图中示意性地示出的实施例的基础上进行说明。

如下所示：

图1为车辆的周围带有一个位置测定的视图，

图2为导航装置，

图3为的导航方法的示意图。

参考号列表

1 建筑

3 车道

5 车道方向

7 中间线

9 路口

11 红绿灯

13 高架路

15 隧道入口

17 低车道/阴影车道

19 车辆

21 GPS定位

23 连续GPS定位

31 根据惯性传感器位置测定

33 根据惯性传感器连续的位置

41 第一运动线

43 第二运动线

51 导航设备

52 道路数据网(图形描述)

53 处理器单元

55 信号接收装置

57 道路网络数据

59 位置测定单元(惯性传感器)

61 速度输出设备/输出设备

63 GPS卫星

65 惯性传感器

67 惯性参考传感器

71 根据惯性传感器的信号确定位置

73 GPS信号接收

75 根据GPS信号确定车辆位置

77 测定的车辆移动比较

81 错误值溢出

83 阴影区域判定

85 将机动车位置与阴影区域相关联

87 导航指令输出。

具体实施方式

在图1中，显示了道路数据网络52的一部分，它被存储在导航装置51的电子表格中。有一车辆19，位于跑道3上，作为这部分内的例子被显示。所描述的部分显示车辆在道路的左侧行驶。当然，以同样的方式，系统在道路的右侧运行。驱动方向5或与驱动方向相关的车道用箭头标示。车道标有中心线7，以划分不同的行驶方向。各个车道由虚线表示。交通信号灯11用于调节路口9的交通流量。

由导航系统检测的车辆(图中未示出)的运动由第二移动线43标出，第二移动线由一条短划线后跟有两个点的重复图案组成。每一划线33和每个随后的两个点33表示基于惯性传感器数据确定的位置。在第二运动线43上个别确定的位置31作为一个实施例被标出。

此外，第一移动线41被示出。第一移动线以虚线的形式显示，其中每个划线表示基于接收到的GPS数据作为位置数据确定的位置21。两个连续确定的位置均标有标号23。

可以看到的是，基于GPS信号确定的位置在建筑1的阴影中漂移，并且不断的偏离通过惯性传感器所确定的汽车位置。然而，该误差太小了，以至于不符合任何表明超过极限值的条件，因此，不会有错误值溢出。在其中一个交通信号灯11前的静止位置45中，由GPS信号确定的位置围绕着惯性传感器确定的位置跳跃。在停止状态，该被认为已经超出范围的极限值被设置为50米，并且该偏差被设置如此之大以至于，同样的，没有错误值溢出。当车辆驶离信号灯后，第一移动线41靠近第二移动线43。该车辆现在左转，并进入一个半圆，朝向一隧道入口15。首先，第一移动线不同于第二移动线43。但是，这种差异不会导致极限值被超出。只有在进入隧道入口之后才会使用第一移动曲线。第一移动曲线的确定位置相互之间十分接近。该第一移动线和第二移动线之间形成夹角α。该夹角α非常大，以至于超过了极限值，并且车辆周围的阴影区域的确定开始启动。在现存道路数据网络的基础上，隧道被确定，并且该位置与隧道道路相关。该隧道是阴影道17，该阴影道路在高架桥13的下方连续，作为较低的道路17。在示例中，惯性传感器所确定的位置和道路数据网络之间的关系在较早的时间点就已经建立了，以便于建立在惯性传感器确定的位置以及建立在移动上的导航程序能够直接继续。例如，如果接收到的位置的质量很好，那么就能建立第二移动线43的这种关系。

图2更详细的描述了该导航。该导航设备51具有一信号接收装置55，以接收位置信号。这些位置信号可以是来自几个GPS卫星的GPS信号，然而此中只示出了一个GPS卫星63作为示例。通过信号接收装置55接收的位置信号被传输到处理单元53。根据这些信号，处理单元53确定了一个GPS位置21。为了确定GPS位置，GPS方向和/或GPS速度，也可以是一个单独的处理器，该处理器位于信号接收装置55中。此外，一位置测定单元59将位置信号和移动信号输送到处理单元53，并且所述位置测定单元59与惯性传感器65进行信号通信，优选的，至少与惯性参考传感器67进行信号通信。基于由惯性传感器65向位置测定单元输送的信号，位置测定单元59进行位置测定。位置测定单元59也可以是处理单元53的一个部件。

图3更加详细地描述了运行导航设备，进行阴影区域或阴影道路17的早期识别的方法。

导航设备51以位置信号的形式接收GPS信号-方法步骤73。根据这些GPS信号确定瞬时位置-方法步骤75。将以这种方法确定的每一个位置，尤其是移动的位置、速度和方向-方法步骤77-与惯性传感器确定的应用数据相比较-方法步骤71。如果这种比较表明超过了预设的极限值，那么就会认为错误值被溢出-方法步骤81。一旦认为错误值被溢出，那么将触发阴影区域的测定-方法步骤83。如果通过与车辆周围的地图材料相比较，没有探测出阴影区域，那么错误值的溢出将被解读为瞬态扰动，例如，该瞬态扰动可能是由于一辆大型卡车在车辆旁边行驶，或是由于隔音墙引起的。那么，根据方法步骤87的正常导航程序可以继续。然而，如果探测到阴影区域或阴影道路，那么瞬时车辆位置可能与高架桥下或隧道中的阴影位置密切相关-方法步骤85。如果在车辆周围确定了几个阴影区域，那么所选择的阴影区域的方位对应于车辆的移动和/或最接近基于惯性传感器信号的瞬时确定位置。通过与阴影区域的联系，只要存在一个阴影区域和一个公开的平面，那么它会被确定在车辆所在的平面。随后，导航程序能够在瞬时位置的基础上继续运行。

如果存在多个阴影区域，那么在目前已行进的路线的基础上执行真实性检查。根据真实性检查，做出一个平面与瞬时位置的关联，然后，导航程序恢复。

总之，本发明特别指出了以下偏向特性：

一种方法，用于操作导航设备51。该导航设备51根据所接收的信号执行第一位置测定75。同时，根据惯性传感器发出的信号做出另一个位置测定71。比较这两个测定的位置。如果这两个测定的位置相互偏离超过了一个预设的数值，该预设的数值是由预设的极限值确定的，那么就会识别到一个错误值。如果识别到一个不被允许的偏差，那么就会考虑尤其是移动的方向，速度差异和位置改变。在识别到探测的错误值的情况下，确定了车辆周围的阴影区域，并且它们与所确定的瞬时位置相关，因此，做出与车辆所在平面的关联。

Claims

1.一种用于操作机动车辆(19)的导航设备(51)的方法，由此，导航设备(51)基于接收到的位置信号，基于卫星导航系统接收的信号，执行第一位置测定(21,75)，并基于来自惯性传感器(65)的传感器信号，执行第二位置测定(31,71)，由此，如果一个错误值被溢出，导航程序基于第二位置测定继续执行，

其特征在于，

为了确定所述错误值被溢出，车辆的第一运动线(41)基于所述第一位置测定确定，车辆(19)的第二运动线(43)基于所述第二位置定位(71)确定，由此，所述第一运动线(41)与所述第二运动线(43)进行相同的时间跨度的比较，并且如果至少一个预设的极限值被超过，就会认为错误值被溢出，由此如果错误值被溢出，车辆周围的阴影区域根据道路数据网络(52)被确定，并且如果车辆周围的阴影区域被确定，在所述第二运动线(43)的区域中，瞬时车辆位置与阴影区域(17)相关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑到车道平面，一阴影区域(17)与一车道平面相联系，并且导航程序继续运行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二运动线(43)继续从所述第一运动线(41)的位置测定开始，其中极限值未被超过。

4.根据之前的权利要求中任意一个所述的方法，其特征在于，如果通过第二运动线获取的速度大于2km/h，并且如果符合下述公式，预设的极限值被超过：

|vGPS–vDR|>5km/h或

|vGPS–vDR|>0.5×vDR,

其中vGPS是由第一运动线表示的速度，vDR是在相同测量时间内的由第二运动线表示的速度。

5.根据权利要求1，2，3中的任意一个所述的方法，

其特征在于，如果通过第二运动线获取的速度大于2km/h并且在相同测量时间里满足|dGPS–dDR|>20m，预设的极限值被超过，其中dGPS是第一运动线两个测点间的距离，dDR是第二运动线两个测点间的行进距离。

6.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，如果由第二运动线获取的速度大于2km/h，并且如果符合下述公式，预设的极限值被超出：

|ΔHGPS-ΔHDR|>10°其中经过时间n秒后，n＝1...N，

ΔHGPS＝HGPS(i+n)-HGPS(i)和

ΔHDR＝HDR(i+n)-HDR(i)，

其中，H是指其中机动车辆(19)指向的一个方向。

7.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，

如果通过第二运动线(43)获取的速度小于或等于10km/h，第二运动线的两个连续确定的位置之间的距离与第一运动线(41)的两个连续确定的位置之间的距离的差的绝对值超过50m，预设的极限值被超过。

8.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，

如果第一运动线(41)指示的车辆方向与第二运动线(43)指示的车辆方向相差多于10°，预设的极限值被超过。

9.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，

如果至少一个在车辆周围的阴影区域被确定，该至少一个阴影区的方向与所述第二运动线(43)比较，并且如果至少一个阴影区域的方向在限定的方向极限值内对应于车辆的第二运动线(43)，瞬时车辆位置与至少一个阴影区域(17)相关。

10.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，

所述第二运动线(43)至少是通过使用来自惯性参考传感器(67)的信号决定的。

11.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，

基于所述第二运动线(43)的瞬时位置的瞬时车辆位置的周边阴影车道区域(17)的确定，是通过使用来自道路网数据库的道路网络信息完成的。

12.根据权利要求1，2或3中任意一个所述的方法，

其特征在于，

所述第一位置测定(21，75)是在等长时间跨度的时间跨度内进行，或所述第二位置测定(31，71)是在等长时间跨度内的时间跨度内进行。

13.一种用于操作导航设备(51)的装置，包括：

一用于基于接收到的位置信号执行第一位置测定(21,75)的程序模块；

一用于基于来自惯性传感器(65)的传感器信号执行第二位置测定(31,71)的程序模块；

一用于只要没有超过错误值，则基于第一位置测定(75)执行导航，并且如果超过所述错误值，则基于第二位置测定(71)继续执行导航的程序模块；

一程序模块，用于确定是否已经超过了误差值，这是通过以下步骤完成的，包括基于第一位置测定来确定车辆的第一运动线(41)，并且基于第二位置测定(71)来确定车辆(19)的第二运动线(43)，并且比较具有相同的时间跨度的第一运动线(41)和第二运动线(43)，并且识别错误值已被超过，如果至少一个预定的限值已被超过；

一用于基于道路数据网络(52)确定车辆周围的阴影区域的程序模块；以及，

一如果在第二运动线(43)的区域中已经在车辆周围确定了阴影区域，则用于将瞬时车辆位置与阴影区域(17)相关联的程序模块。