DE102004003877B4 - Verarbeitungssystem im Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Verarbeitungssystem im Fahrzeug mit:einer externen Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80), die konfiguriert ist, einen Vorgang durchzuführen; undeinem Fahrzeugverhaltensdetektor (10), der in dem Fahrzeug vorgesehen ist, wobei das Fahrzeug eine Navigationsvorrichtung (20) umfasst, um einen Navigationsvorgang für das Fahrzeug durchzuführen,wobei der Fahrzeugverhaltensdetektor (10) aufweist:einen autonomen Sensor (13 bis 16), der konfiguriert ist, Informationen zu erfassen, die sich auf eine Änderung des Verhaltens des Fahrzeugs beziehen;eine Radionavigationsortungseinheit, die konfiguriert ist, Information für das Orten des Fahrzeugs zu erfassen, wobei die Radionavigationsortungseinheit einen GPS-Empfänger (12) und eine Antenne (12a) zum Empfang einer Radiowelle von einem GPS-Satelliten aufweist;eine Kalibriereinheit, die konfiguriert ist, Erfassungsinformation vom autonomen Sensor zu kalibrieren, indem die Information von der Radionavigationsortungseinheit genutzt wird;eine Informationsausgabeeinheit, die konfiguriert ist, die Erfassungsinformation, die von der Kalibriereinheit kalibriert wird, an die externe Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) auszugeben, die konfiguriert ist, einen Vorgang unter Nutzung der Erfassungsinformation durchzuführen, die von der Informationsausgabeeinheit ausgegeben wird, wobei die externe Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) die Navigationsvorrichtung (20) umfasst; undein Vorrichtungsgehäuse, wobeider autonome Sensor einen Winkelgeschwindigkeitssensor (13), einen Beschleunigungssensor (14), einen Lenkungssensor (15) und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (16) aufweist, undder GPS-Empfänger (12), der Winkelgeschwindigkeitssensor (13) und der Beschleunigungssensor (14) in dem Vorrichtungsgehäuse angeordnet sind,wohingegen die Antenne (12a), der Lenkungssensor (15) und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (16) außerhalb des Vorrichtungsgehäuses angeordnet sind, und wobeider Winkelgeschwindigkeitssensor (13) und Beschleunigungssensor (14) im Hinblick auf die senkrechte oder die waagerechte Achse des Fahrzeugs derart ausgerichtet sind, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor (13) die Winkelgeschwindigkeit einer auf das Fahrzeug einwirkenden Drehbewegung sowie der Beschleunigungssensor (14) eine Beschleunigung in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs genau erfassen kann.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technologie und Ähnliches zum Kalibrieren von Erfassungsinformationen von einem autonomen Sensor, um Änderungen im Fahrzeugverhalten auf der Grundlage von Informationen zu erfassen, die von einer Radionavigationsortungseinheit wie GPS abgegeben werden.
• Herkömmlich wird ein bestimmter autonomer Sensor mit verschiedenen Vorrichtungen im Fahrzeug gekoppelt, insbesondere mit Fahrzeugsteuerungen zum Erfassen von Fahrzeugverhaltensinformationen. Als ein Beispiel nutzt eine Automobilnavigationsvorrichtung ein Koppelnavigationsverfahren. Dieses Verfahren erfasst die Position, die Richtung, die Geschwindigkeit und Ähnliches des Fahrzeugs unter Nutzung von Ausgaben eines relativen Richtungssensors wie eines Gyroskops, eines Lenkungssensors, eines Radsensors, etc., und eines Distanzsensors wie eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, eines Raddrehzahlsensors, etc. Der relative Richtungssensor erfasst die Richtungsänderungen des Fahrzeugs. Der Distanzssensor erfasst die Fahrzeuggeschwindigkeiten (Abstände). Diese autonomen Sensoren machen es schwierig, charakteristische Änderungen auf Grund von individuellen Sensorunterschieden, Umgebungsveränderungen und Altersverschlechterung zu kalibrieren. Der autonome Sensor wurde daher lediglich als eine Einheit, die abhängig von Eigenschaften des Sensors selbst zweideutige Informationen abgibt, genutzt. Zum Beispiel verursacht die Automobilnavigationsvorrichtung, eine der Vorrichtungen im Fahrzeug, einen Fehler, weil Ausgaben (Position, Richtung, Geschwindigkeit, etc.) der Koppelnavigation einen Sensorfehler aufweisen. Da man insbesondere Positionen und Richtungen integriert erhält, erhöhen sich die Fehler allmählich.
• Wenn eine Navigationsvorrichtung eine GPS-basierte Kalibrierungsfunktion aufweist, wird das GPS genutzt, um autonome Sensoren zu kalibrieren. Demgemäß ist es möglich, charakteristische Änderungen in verschiedenen autonomen Sensoren zu kalibrieren und verschiedene Fahrzeugverhalten genau zu berechnen.
• Andererseits wird Information vom GPS zur Fahrzeugsteuerung außer der Fahrzeugnavigationsvorrichtung genutzt. Zum Beispiel stellt das GPS die absolute Position des Fahrzeugs bereit. Diese Position bestimmt eine Reise- bzw. Fahrumgebung. Auf der Grundlage dieser Fahrumgebung wird der Fahrzustand des Fahrzeugs gesteuert. Das bedeutet, es wird ein Stück Information bzw. ein Datenblock oder mehrere verschiedene Stücke von Information über die Fahrumgebung bereitgestellt, wie auf welcher Straße das Fahrzeug fährt, welche Breite, Länge und Höhe dem Reiseort entspricht, und wie die Straße voraus beschaffen ist. Diese Information kann genutzt werden, um die Fahrumgebung bei der Steuerung von Antriebs- und Fahrzuständen in Steuersystemen für die Räder des Fahrzeugs, für das Fahren und die Brennkraftmaschine zu nutzen (siehe beispielsweise JP H06-324138 A ). Es ist auch bekannt, dass die GPS-Information genutzt wird, um neutrale Positionen für Sensoren wie Lenkwinkelsensoren und Gierratensensoren zu lernen, die gemessene Werte erhalten, indem angenommen wird, dass die Geradeausfahrt des Fahrzeugs als neutrale Position gilt. Solche Sensoren benutzen GPS-erzeugte Fahrzeugpositionen und Abbildungsdatenbanken, um einen Kurvenradius R für eine Strecke zu berechnen, auf der das Fahrzeug fährt. Auf der Grundlage des Kurvenradiusses R bestimmt der Sensor, ob die Fahrstrecke gerade oder gekrümmt ist. Auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses lernt der Sensor die neutrale Position (siehe beispielsweise JP 2000-214180 A ).
• Die Fahrzeugnavigationsvorrichtung ist jedoch zusammen mit vielen anderen Vorrichtungen und Aufbauten in einem Armaturenbrett angeordnet. Im Allgemeinen ist die Fahrzeugnavigationsvorrichtung schräg gegen die horizontale Richtung des Fahrzeugs angebracht. Wenn das Layout wichtiger wird, bedeutet dies, dass die Installationsvoraussetzungen verringert werden müssen. Folglich kann die Fahrzeugnavigationsvorrichtung nicht ihre eigentliche Genauigkeit entfalten.
• Andererseits ist der Nutzen von GPS für Fahrzeugsteuerungen außer der vorstehend erwähnten Fahrzeugnavigationsvorrichtung begrenzt. Auf der Grundlage des GPS-erzeugten Absolutwerts des Fahrzeugs bezieht sich ein Nutzer einfach auf die Kartendaten, um die derzeitige Wegsituation zu verstehen. Demgemäß bleiben die vorstehend erwähnten Situationen im Wesentlichen ungelöst. Das bedeutet, die autonomen Sensoren machen es schwierig, charakteristische Änderungen auf Grund von individuellen Sensorunterschieden, Umweltänderungen und altersbedingter Verschlechterung zu kalibrieren. Der autonome Sensor wurde lediglich als eine Einheit, die unklare Informationen abhängig von Eigenschaften des Sensors selbst eingibt, genutzt.
• Relevanter Stand der Technik ist bekannt aus der DE 199 19 249 A1 , der DE 198 12 426 A1 , der US 6 360 165 B1 , der DE 199 45 119 A1 , der US 5 828 585 A und der WO 00 / 50 846 A1 .
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu ermöglichen, das Fahrzeugverhalten mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 8.
• Erfindungsgemäß wird ein in einem Fahrzeug vorgesehener Verhaltensdetektor wie folgt ausgestaltet. Ein autonomer Sensor ist vorgesehen, um Informationen zu erfassen, die sich auf eine Änderung des Verhaltens des Fahrzeugs beziehen. Eine Radionavigationsortungseinheit wird vorgesehen, um das Fahrzeug zu orten. Erfassungsinformationen vom autonomen Sensor werden kalibriert, indem Positionsinformationen von der Radionavigationsortungseinheit verwendet werden. Die kalibrierten Erfassungsinformationen werden an eine externe Vorrichtung ausgegeben, die einen Vorgang unter Nutzung der ausgegebenen Erfassungsinformationen durchführt.
• Wie vorstehend erwähnt, ist es schwierig, sich nur auf den autonomen Sensor zu verlassen, um charakteristische Änderungen auf Grund von individuellen Sensorunterschieden, Umweltänderungen und altersbedingter Verschlechterung zu kalibrieren. In der vorliegenden Erfindung wird die vom autonomen Sensor erfasste Information kalibriert, indem sie unter Nutzung von Information gefiltert wird, die von einer Radionavigationsortungseinheit eingespeist wird. Demgemäß kann ein Fahrzeugverhaltensdetektor nach der vorliegenden Erfindung Fahrzeugverhalten mit hoher Genauigkeit erfassen. Die Genauigkeit wird für die Erfassungsinformation selbst, die vom Fahrzeugverhaltensdetektor an externe Vorrichtungen ausgegeben wird, verbessert. Unter Nutzung dieser Erfassungsinformation können die externen Vorrichtungen festgelegte Vorgänge besser durchführen.
• Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben.
• 1 ist ein Blockschaubild, das ein Verarbeitungssystem im Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung skizziert;
• 2 ist ein Blockschaubild, das teilweise Funktionen in einer Vorrichtung zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens nach der Ausführungsform zeigt;
• 3 ist ein Konfigurationsschaubild, das ein Modell des Kalmanfilters zeigt;
• 4 ist ein Ablaufplan, der ein Berechnungsbeispiel der Berechnung des Fahrzeugverhaltens zeigt;
• 5 ist ein Ablaufplan, der einen Vorgang zusammen mit dem GPS zeigt;
• 6 ist ein Blockschaubild, das eine andere Ausführungsform skizziert; und
• 7 ist ein Blockschaubild, das eine noch andere Ausführungsform skizziert.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen begrenzt, sondern kann im gesamten beanspruchten Gebiet eingesetzt werden.
• 1 ist ein Blockschaubild, das ein Verarbeitungssystem im Fahrzeug nach einer Ausführungsform skizziert.
• Das Verarbeitungssystem im Fahrzeug nach der Ausführungsform weist einen Fahrzeugverhaltensdetektor 10 und sieben externe Vorrichtungen auf, um bestimmte Vorgänge durchzuführen, wobei Erfassungsinformationsausgaben vom Fahrzeugverhaltensdetektor 10 verwendet werden. Unter den sieben externen Vorrichtungen gibt es eine Navigationsvorrichtung 20, eine Automatikgetriebesteuervorrichtung (AT-Steuervorrichtung) 30, eine Messvorrichtung 40, eine Bremssteuervorrichtung 50, eine Fahrtenschreiber- bzw. Rekordervorrichtung 60, eine Tempomatsteuervorrichtung 70 und eine Notrufvorrichtung 80. Während die Ausführungsform die sieben externen Vorrichtungen beispielhaft zeigt, kann die vorliegende Erfindung auf andere Vorrichtungen angewendet werden, welche bestimmte Vorgänge unter Nutzung der ausgegebenen Erfassungsinformation vom Fahrzeugverhaltensdetektor 10 durchführen.
• Die Navigationsvorrichtung 20 führt einen Navigationsvorgang wie Kartenanzeige, Kartenanpassung, Routensuche und Routenführung durch.
• Die AT-Steuervorrichtung 30 steuert ein Automatikgetriebe.
• Die Messvorrichtung 40 nutzt eine Anzeigevorrichtung, um verschiedene Fahrzeugzustände wie Fahrzeuggeschwindigkeiten, Motordrehzahl, Öffnungs- und Schließzustände der Tür und Gangwählbereiche anzuzeigen.
• Die Bremssteuervorrichtung 50 steuert den Schlupf, wenn ein Fahrzeug gebremst wird. Die Bremssteuervorrichtung 50 steuert ein Bremsbetätigungsglied, das eine Laststeuerung über das Öffnen und Schließen eines Druckerhöhungssteuerventils und eines Druckverringerungssteuerventils vorsieht, die in einem hydraulischen Bremskreis vorgesehen sind, um Bremskräfte zu steuern.
• Wenn beispielsweise ein Unfall auftritt, zeichnet die Fahrtschreibervorrichtung 60 das Fahrzeugverhalten auf, das genutzt wird, um Gründe des Unfalls zu analysieren.
• Die Tempomatsteuervorrichtung 70 ist eine Fahrsteuervorrichtung, um eine sogenannte Tempomatsteuerung bereitzustellen. Wenn es ein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, steuert die Tempomatsteuervorrichtung 70 eine Distanz zwischen zwei Fahrzeugen, um automatisch dem betroffenen Fahrzeug zu erlauben, dem vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen. Wenn es kein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, stellt die Tempomatsteuervorrichtung 70 eine Geschwindigkeitssteuerung (eine Fahrsteuerung konstanter Geschwindigkeit) bereit, um das betroffene Fahrzeug mit einer festgelegten konstanten Geschwindigkeit anzutreiben.
• Die Notrufvorrichtung 80 weist eine (nicht gezeigte) Datenübertragungsvorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung zu einer Notrufzentrale auf. Wenn ein festgelegter Notfall auftritt, überträgt die Notrufvorrichtung 80 die nachstehenden Daten, d. h. Positions- und Geschwindigkeitsinformation und Bilder aus der Umgebung des Fahrzeugs, an die Notrufzentrale. Die Positions- und Geschwindigkeitsinformation ist als die Erfassungsinformationsausgabe vom Fahrzeugverhaltenssensor 10 erhältlich. Die Bilder in der Nähe des Fahrzeugs werden von einer (nicht gezeigten) Bildgebungsvorrichtung erhalten, um die Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen.
• Der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 weist eine Vorrichtung 11 zum Berechnen des Fahrzeugverhaltens und einen autonomen Sensor zum Erfassen von Änderungen des Fahrzeugverhaltens auf. Hier weist der autonome Sensor einen GPS(Global Positioning System)-Empfänger 12, einen Winkelgeschwindigkeitssensor (Gyroskop) 13, einen Vorwärts-/Rückwärts-Beschleunigungssensor 14, einen Lenkungssensor 15 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 auf. Der GPS-Empfänger 12 empfängt eine Radiowelle, die von einem GPS-Satelliten übertragen wird, über eine GPS-Antenne 12a. Der GPS-Empfänger 12 wirkt als eine Radionavigationsortungseinheit, um die Fahrzeugpositionen, Richtungen (Fahrtrichtungen), Geschwindigkeiten und Ähnliches zu erfassen. Der Winkelgeschwindigkeitssensor (Gyroskop) 13 gibt ein Erfassungssignal aus, das einer Winkelgeschwindigkeit der auf das Fahrzeug wirkenden Drehbewegung entspricht. Der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 erfasst eine Beschleunigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs. Der Lenkungssensor 15 erfasst Veränderungen der Lenkwinkel des Lenkrads. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 gibt Pulssignale in Intervallen aus, welche der Fahrzeugfahrgeschwindigkeit entsprechen.
• Ein (nicht gezeigtes) Vorrichtungsgehäuse der Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens enthält nicht nur die vorstehend erwähnte Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens, sondern auch den GPS-Empfänger 12, den Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und den Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14. Die GPS-Antenne 12a ist außerhalb des Vorrichtungsgehäuses angeordnet. Beispielsweise ist die GPS-Antenne 12a an der Unterseite eines Heckfensters oder einer vorderen Windschutzscheibe, d. h. an einem Ort angebracht, an dem leicht Radiowellen empfangen werden können. Der Lenkungssensor 15 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 sind ebenfalls außerhalb des Vorrichtungsgehäuses angeordnet.
• Wie vorstehend erwähnt, enthält das Vorrichtungsgehäuse den Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und den Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 sind im Fahrzeug mit Bezug auf die senkrechte oder waagerechte Achse des Fahrzeugs angeordnet. Demgemäß muss das Vorrichtungsgehäuse in einer Position angeordnet sein, in welcher der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 ideal angeordnet werden können. Insbesondere muss das Vorrichtungsgehäuse genau parallel zu einer Fahrzeugbodenoberfläche angebracht sein. In dieser Weise kann der eingebaute Winkelgeschwindigkeitssensor 13 eine Winkelgeschwindigkeit der auf das Fahrzeug wirkenden Drehbewegung genau erfassen. Der eingebaute Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 kann eine Beschleunigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs genau erfassen.
• Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens einer Kalibriereinheit ist als ein herkömmlicher Computer aufgebaut. Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens weist eine bekannte CPU, ein ROM, ein RAM, eine Ein-/Ausgabe, einen Bus bzw. mehrere Busse, welche diese Komponenten miteinander verbinden, und Ähnliches auf. Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens wird mit Erfassungsinformation von den autonomen Sensoren wie dem Winkelgeschwindigkeitssensor 13, dem Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14, dem Lenkungssensor 15 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 versehen. Zusätzlich wird der Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens Positionsinformation bereitgestellt, die sie vom GPS-Empfänger 12 erhält. Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens filtert die eingehende Information unter Nutzung der Ortungsinformation, die sie vom GPS-Empfänger 12 erhält, um die Erfassungsinformation von den autonomen Sensoren zu kalibrieren. Die Ausführungsform nutzt zur Kalibrierung einen Kalmanfilter.
• 2 zeigt einen Aufbau zur Kalibrierung unter Nutzung des Kalmanfilters 11c und der Erfassungsinformation, die vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 unter den vorstehend erwähnten autonomen Sensoren erhalten wird. Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens nutzt einen Abschnitt 11a zur Berechnung eines Relativwegs und einen Abschnitt 11b zur Berechnung einer absoluten Position, um Berechnungen auf der Grundlage von Signalen vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 durchzuführen. Diese Berechnungen (Koppelnavigationsberechnungen) geben eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen relativen Weg, eine absolute Position und eine absolute Richtung an. Der GPS-Empfänger 12 gibt eine Position, eine Richtung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit aus. Der Kalmanfilter 11c korrigiert einen Distanzkoeffizienten für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16, einen Versatz des Winkelgeschwindigkeitssensors 13, eine absolute Position und eine absolute Richtung. Um dies zu tun, nutzt der Kalmanfilter 11c die Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Absolutposition und die absolute Richtung, die von der Koppelnavigation erhalten wird, und die Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Position und die Richtung vom GPS-Empfänger 12.
• Nachstehend wird der Kalmanfilter 11c skizziert. Wie in 3 gezeigt, ist der Kalmanfilter 11c in einen Signalerzeugungsvorgang und einen Überwachungsvorgang geteilt. 3 nutzt ein lineares System (Φ). Nehmen wir an, dass ein Teil des Systemzustands X(t) beobachtet werden kann, und dass der Teil durch eine beobachtete Matrix H verknüpft ist. In diesem Fall gibt der Kalmanfilter 11c eine optimale Abschätzung von X(t). In 3 gibt das Bezugszeichen ω ein Rauschen wieder, das im Signalerzeugungsprozess erzeugt wird. Das Bezugszeichen v bezeichnet ein Rauschen, das im Überwachungsvorgang erzeugt wird. Eine Eingabe an den Filter ist Y(t). Eine Ausgabe desselben ist eine optimale Abschätzung für X(t).
• Die nachstehende Gleichung wird genutzt, um die Zustandsgröße X(t|t), d. h. eine optimale Abschätzung für den Zustand X unter Nutzung der Information bis zum Zeitpun.kt t zu finden. $$\text{X}\left(\text{t}|\text{t}\right)=\text{X}\left(\text{t}|\text{t}-\text{1}\right)+\text{K}\left(\text{t}\right)\left[\text{Y}\left(\text{t}\right)-\text{HX}\left(\text{t}|\text{t}-\text{1}\right)\right]$$

  

  wobei X(t|t-1) die vorab bestimmte Abschätzung und K(t) die Kalman-Verstärkung ist, die beide durch die nachstehenden Gleichungen 2 und 3 ausgedrückt werden. $$\text{X}\left(\text{t}|\text{t}-\text{1}\right)=\mathrm{\Phi }\text{X}\left(\text{t}-\text{1}|\text{t}-\text{1}\right)$$

  

  $$\text{K}\left(\text{t}\right)=\text{P}\left(\text{t}|\text{t}-\text{1}\right){\text{H}}^{\text{T}}{\left(\text{HP}\left(\text{t}|\text{t}-\text{1}\right){\text{H}}^{\text{T}}+\text{V}\right)}^{-1}$$

  

  wobei P die Fehlerkovariante der Zustandsgröße X ist, P(t|t-1) die Abschätzung der Fehlerkovarianten ist und P(t-1|t-1) die Fehlerkovariante ist. Diese Größen werden durch die nachstehenden Gleichungen 4 und 5 ausgedrückt. $$\text{P}\left(\text{t}|\text{t}-\text{1}\right)=\mathrm{\Phi }\text{P}\left(\text{t}-\text{1}|\text{t}-\text{1}\right)\mathrm{\Phi }\text{T}+\text{W}$$

  

  $$\text{P}\left(\text{t}-\text{1}|\text{t}-\text{1}\right)=\left(\text{I}-\text{K}\left(\text{t}-\text{1}\right)\left(\text{H}\right)\text{ P}(\text{t}-\text{1}|\text{t}-\text{2}\right)$$

  

  wobei V die Verteilung des Rauschens v, das beim Beobachtungsvorgang erzeugt wird, ist, W die Verteilung des Rauschens ω ist, das im Signalerzeugungsvorgang erzeugt wird, und A(i|j) die Abschätzung von A zum Zeitpunkt i auf der Grundlage der Information zum Zeitpunkt j ist. Der Exponent T bezeichnet die transformierte Matrix und -1 die inverse Matrix. Das Symbol I bedeutet die Einheitsmatrix.
• Die Symbole V und W sind Gauss-verteilte Zufallsrauschen mit Durchschnittswert 0, die nicht miteinander korreliert sind. Im vorstehend erwähnten Kalmanfilter 11c werden geeignete Fehler an ursprüngliche Werte für die Zustandsgröße X und die Fehlerkovariante P bereitgestellt. Die Wiederholung der vorstehend erwähnten Berechnungen für jede Überwachung verbessert die Genauigkeit der Zustandsgröße X. Die vorliegende Ausführungsform wendet den Kalmanfilter 11c auf die Koppelnavigation an.
• Die Definition des Signalerzeugungsvorgangs wird nun beschrieben. Der Kalmanfilter 11c zielt darauf ab, Fehler in der Koppelnavigation zu korrigieren. Demgemäß definiert die Zustandsgröße X die nachstehenden fünf Fehlerwerte. Die Vorgangsmatrix Φ stellt eine Zeitänderung im Fehlerwert bereit.
• (a) Versatzfehler (εG) $$\mathrm{\epsilon }{\text{G}}_{\text{t}}=\mathrm{\epsilon }{\text{G}}_{\text{t}-\text{1}}+{\mathrm{\omega }}_0$$

  
• Es gibt keine deterministische Änderung. Ein Rauschen wird zum letzten Fehler hinzuaddiert.
• (b) Absoluter Richtungsfehler (εA) $$\begin{array}{l}\mathrm{\epsilon }{\text{A}}_{\text{t}}=\text{T}\times \mathrm{\epsilon }{\text{G}}_{\text{t}-\text{1}}\mathrm{+\epsilon }{\text{A}}_{\text{t}-\text{1}}+{\mathrm{\omega }}_1\\ \end{array}$$

  
• Ein Richtungsfehler und ein Rauschen werden dem letzten Fehler hinzugefügt. Der Richtungsfehler wird durch Multiplizieren eines Versatzfehlers und einer verstrichenen Zeit seit der letzten Beobachtung festgestellt.
• (c) Distanzkoeffizientenfehler (εK) $$\mathrm{\epsilon }{\text{K}}_{\text{t}}=\mathrm{\epsilon }{\text{K}}_{\text{t}-\text{1}}+{\mathrm{\omega }}_2$$

  
• Es gibt keine deterministische Änderung. Ein Rauschen wird zum letzten Fehler hinzuaddiert.
• (d) Nordwärtsfehler (Breitengradfehler) für die absolute Position (εY) $$\mathrm{\epsilon }{\text{Y}}_{\text{t}}=\text{sin}\left({\text{A}}_{\text{t}}+\mathrm{\epsilon }{\text{A}}_{\text{t}-\text{1}}+\mathrm{\epsilon }{\text{G}}_{\text{t}-\text{1}}\times \text{T/2}\right)\times \text{L}\times \left(1+\mathrm{\epsilon }{\text{K}}_{\text{t}-\text{1}}\right)-\text{sin}\left({\text{A}}_{\text{t}}\right)\times \text{L}+\mathrm{\epsilon }{\text{Y}}_{\text{t}-\text{1}}$$

  
• Zum letzten Fehler wird ein Fehler hinzugefügt, der durch einen Richtungsfehler und einen Distanzfehler verursacht wird.
• (e) Ostwärtsfehler (Längengradfehler) für die absolute Position (εX) $$\mathrm{\epsilon }{\text{X}}_{\text{t}}=\text{cos}\left({\text{A}}_{\text{t}}+\mathrm{\epsilon }{\text{A}}_{\text{t}-\text{1}}+\mathrm{\epsilon }{\text{G}}_{\text{t}-\text{1}}\times \text{T/2}\right)\times \text{L}\times \left(1+\mathrm{\epsilon }{\text{K}}_{\text{t}-\text{1}}\right)-\text{cos}\left({\text{A}}_{\text{t}}\right)\times \text{L}+\mathrm{\epsilon }{\text{X}}_{\text{t}-\text{1}}$$

  
• Zum letzten Fehler wird ein Fehler hinzugefügt, der durch einen Richtungsfehler und einen Distanzfehler verursacht wird. In der vorstehend erwähnten Definition gibt das Symbol A_t die wahre absolute Richtung wieder, L gibt den zurückgelegten Abstand seit der letzten Beobachtung wieder, und T gibt die verstrichene Zeit seit der letzten Beobachtung wieder.
• Der Signalerzeugungsvorgang wird durch partielles Differenzieren und Linearisieren der vorstehend erwähnten Gleichungen mit der Zustandsgröße definiert.
• Die Definition des vorstehend erwähnten Überwachungsvorgangs wird nun beschrieben. Ein überwachter Wert wird aus einem Abstand zwischen einer Ausgabe der Koppelnavigation und einer Ausgabe des GPS-Empfängers 12 gefunden. Jede Ausgabe enthält einen Fehler. Der beobachtete Wert stellt die Summe des Koppelnavigationsfehlers und des GPS-Fehlers bereit. Der Signalerzeugungsvorgang wird durch Verknüpfen des beobachteten Werts Y mit der Zustandsgröße X definiert.
• Die Nutzung dieses Kalmanfilters setzt die vorab bestimmte Abschätzung X(t|t-1) in Gleichung 2 in Übereinstimmung mit der Distanzkoeffizientenkorrektur für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und den Versatz, die absolute Richtung und die absoluten Positionskorrekturen für den Winkelgeschwindigkeitssensor 13 auf Null. Daher wird Gleichung 1 in die nachstehende Gleichung 6 modifiziert. $$\text{X}\left(\text{t}|\text{t}\right)=\text{K}\left(\text{t}\right)\text{Y}\left(\text{t}\right)$$

  
• Folglich wird die Zustandsgröße X nach den fünf im Signalerzeugungsvorgang definierten Fehlerwerten durch die Kalmanverstärkung K(t) und den beobachteten Wert Y(t), der durch die Gleichungen 3 bis 5 bestimmt wird, bestimmt.
• Es wird empfohlen, sich über weitere Einzelheiten über den Kalmanfilter 11c in der JP H08-068654 A ( JP-3218876B2 ) zu informieren.
• Wie in 2 gezeigt, führt die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens die Berechnung des relativen Wegs, die Berechnung der absoluten Position und den Kalmanfiltervorgang durch. Nachstehend werden diese Vorgänge beschrieben.
• 4 ist ein Ablaufplan, der einen Verarbeitungsvorgang als ein Beispiel der Fahrzeugverhaltensverarbeitung zeigt.
• Zuerst berechnet der Vorgang eine Richtungsänderung und einen zurückgelegten Abstand im Schritt 100. Der Vorgang findet zuerst die Richtungsänderung durch Multiplizieren einer Ausgangswinkelgeschwindigkeit vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 mit dem Aktivierungszyklus T des Vorgangsprogramms in 4. Der Vorgang zieht dann ein Ergebnis der Multiplikation der (später beschriebenen) Versatzkorrekturgröße mit dem Aktivierungszyklus T für das Hauptprogramm von der Richtungsänderung ab. In dieser Weise führt der Vorgang eine Versatzkorrektur der Richtungsänderung durch. Der Vorgang multipliziert dann einen Fahrzeuggeschwindigkeitspulszähler vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 mit einem (später beschriebenen) Distanzkoeffizienten, um die zurückgelegte Distanz zu berechnen.
• Anschließend an den Schritt 100 führt der Vorgang im Schritt 200 die Berechnung des relativen Wegs durch. Der Vorgang aktualisiert zuerst die relative Richtung auf der Grundlage der Richtungsänderung (die im Schritt 100 gefunden wurde). Der Vorgang aktualisiert die relativen Positionskoordinaten unter Nutzung der aktualisierten relativen Richtung und der zurückgelegten Distanz, die im Schritt 100 gefunden wurden. Diese Aktualisierung wird durchgeführt, indem die X- und Y-Komponenten der relativen Richtung gegen die zurückgelegte Distanz zu den letzten relativen Positionskoordinaten addiert werden. Die relativen Positionskoordinaten werden aktualisiert, um einen relativen Weg zu finden.
• Anschließend an Schritt 200 berechnet der Vorgang im Schritt 300 die absolute Richtung und die absolute Position. Der Vorgang aktualisiert zuerst die absolute Richtung auf der Grundlage der Richtungsänderung (die im Schritt 100 gefunden wird). Der Vorgang aktualisiert die absoluten Positionskoordinaten in Übereinstimmung mit der aktualisierten absoluten Richtung und der in Schritt 100 gefundenen zurückgelegten Distanz. Die absolute Richtung A und die absolute Position, die im Schritt 300 aktualisiert werden, werden für den Vorgang der Kombination mit dem GPS im Schritt 400 genutzt.
• Nachstehend wird der Vorgang der Kombination mit dem GPS im Schritt 400 mit Bezug auf den Ablaufplan in 5 genau beschrieben.
• Im ersten Schritt 401 bestimmt der Vorgang, ob eine festgelegte Zeit T1 (in Sekunden) seit der letzten Ortung oder abgeschätzten Berechnung verstrichen ist. Dieser Schritt wird aus dem folgenden Grund vorgesehen. Ein Koppelnavigationsfehler wird von den Schritten 403 bis 409 zu jeder Zeit korrigiert, zu der der GPS-Empfänger 12 eine Ortung durchführt. Wenn der GPS-Empfänger 12 jedoch nicht zur Ortung fähig ist, wird ein großer Fehler erzeugt. Die zugehörige abgeschätzte Berechnung wird daher für den Fehler in den Schritten 410 und 411 durchgeführt.
• Wenn nicht T1 Sekunden nach der letzten Ortung oder abgeschätzten Berechnung verstrichen sind (NEIN im Schritt 401), wird im Schritt 402 bestimmt, ob Ortungsdaten vom GPS-Empfänger 12 verfügbar sind. Wenn Ortungsdaten vom GPS-Empfänger 12 verfügbar sind (JA im Schritt 402), geht die Steuerung zur Berechnung des Kalmanfilters im Schritt 403 und den Folgenden vor. Zuerst berechnet der Vorgang im Schritt 403 den beobachteten Wert Y. Das bedeutet, der beobachtete Wert Y wird aus den Geschwindigkeits-, Positions- und Richtungsdaten, die vom GPS-Empfänger 12 ausgegeben werden, der absoluten Richtung und der absoluten Position, die vom Vorgang im Schritt 300 (siehe 4) in der Koppelnavigation gefunden werden, und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen (nicht gezeigten) Geschwindigkeitsberechnungsvorgang auf der Grundlage von Fahrzeuggeschwindigkeitspulsen vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 1 gefunden werden, berechnet. Weiterhin berechnet der Vorgang ein Rauschen v, das im Beobachtungsprozess erzeugt wird, auf der Grundlage von Ortungsdaten vom GPS-Empfänger 12.
• Im Schritt 404 wird die Vorgangsmatrix Φ berechnet. Die Berechnung der Vorgangsmatrix Φ nutzt die zurückgelegte Distanz L und die verstrichene Zeit T seit dem Punkt der Berechnung der letzten Vorgangsmatrix und die absolute Richtung A, die im Schritt 300 gefunden wird. Die zurückgelegte Distanz L und die verstrichene Zeit T werden separat durch einen (nicht gezeigten) Messvorgang gefunden. Auf der Grundlage eines beobachteten Werts Y und der in dieser Weise berechneten Vorgangsmatrix Φ werden die Gleichungen 3 bis 5 verwendet, um die Zustandsgröße X in Gleichung 6 zu finden. Das bedeutet, im Schritt 405 wird eine Gleichung zur näherungsweisen Berechnung der Fehlerkovarianz P gelöst. Im Schritt 406 wird die Gleichung 4 aufgelöst, um die Kalmanverstärkung K zu berechnen. Im Schritt 407 wird die Gleichung 5 aufgelöst, um die Fehlerkovarianz P zu berechnen. Dann wird im Schritt 408 die Gleichung 6 gelöst, um die Zustandsgröße X auf der Grundlage der Kalmanverstärkung K und des beobachteten Werts Y zu finden.
• Die Zustandsgröße X gibt einen Versatzfehler (εG), einen absoluten Richtungsfehler (εA), einen Distanzkoeffizientenfehler (εK), einen Fehler der absoluten Position nordwärts (εY) und einen Fehler der absoluten Position ostwärts (εX) wieder. Diese Fehler werden zur Korrektur im Schritt 409 in 5 genutzt, um Fehler der Koppelnavigation zu korrigieren, d. h. den Versatz des Winkelgeschwindigkeitssensors 13 und den Distanzkoeffizienten, die absolute Richtung und die absolute Position des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 16 zu korrigieren. Die Korrektur wird durch die nachstehenden Gleichungen durchgeführt: $$\text{Versatzkorrekturgröße}=\text{Versatzkorrekturgröße}-\mathrm{\epsilon }\text{G}$$

  

  $$\text{Distanzkoeffizient}=\text{Distanzkoeffizient}\times \left(1-\mathrm{\epsilon }\text{K}\right)$$

  

  $$\text{Absolute Richtung}=\text{Absolute Richtung}-\mathrm{\epsilon }\text{A}$$

  

  $$\text{Absolute Position y}=\text{Absolute Position y}-\mathrm{\epsilon }\text{Y}$$

  

  $$\text{Absolute Position x}=\text{Absolute Position x}-\mathrm{\epsilon }\text{X}$$

  
• Die Versatzkorrektur für den Winkelgeschwindigkeitssensor 13 modifiziert die für die Berechnungen der Richtungsänderung und der zurückgelegten Distanz im Schritt 100 in 2 verwendete Versatzkorrekturgröße. Die Distanzkoeffizientenkorrektur für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 modifiziert den auch im Schritt 100 genutzten Distanzkoeffizienten. Die Korrektur der absoluten Richtung modifiziert die im Schritt 300 in 2 genutzte absolute. Richtung A. Die Korrektur der absoluten Position modifiziert die ebenfalls im Schritt 300 genutzte absolute Position.
• Die vorstehend erwähnten Vorgänge werden wiederholt, um die zugehörigen Fehler jedes Mal zu korrigieren, wenn Ortungsdaten vom GPS-Empfänger 12 erhältlich sind. Dies ermöglicht es, genauere Koppelnavigationsdaten zu erhalten. Es kann einen Fall geben, in welchem der GPS-Empfänger 12 nicht zur Ortung fähig ist (NEIN im Schritt 402) und noch nicht T1 Sekunden nach der letzten Ortung oder abgeschätzten Berechnung verstrichen sind (JA im Schritt 401). In diesem Fall geht die Steuerung zu den Schritten 410 und 411, um die Vorgangsmatrix Φ zu berechnen und eine abgeschätzte Berechnung für die Fehlerkovariante P durchzuführen. In dieser Weise ist die abgeschätzte Berechnung für die Fehlerkovariante im Falle eines Fehlers verfügbar, wenn der GPS-Empfänger 12 nicht zur Ortung fähig ist. Es ist möglich, einen genauen Kalmanfiltervorgang bereitzustellen, der durchgeführt wird, wenn der GPS-Empfänger 12 danach zur Ortung fähig wird.
• Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens nutzt den Abschnitt 11a zur Berechnung des relativen Wegs und den Abschnitt 11b zur Berechnung der absoluten Position für Berechnungen auf der Grundlage von Signalen vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13, um die Fahrzeuggeschwindigkeit, den relativen Weg, die absolute Position und die absolute Richtung zu erhalten. Die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens filtert diese erhaltenen Datenstücke bzw. Datenblöcke auf der Grundlage der vom GPS-Empfänger 12 erhaltenen Positions-, Richtungs- und Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation. Folglich korrigiert die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens den Distanzkoeffizienten des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 16, den Versatz des Winkelgeschwindigkeitssensors 13, die absolute Position und die absolute Richtung. Die kalibrierte Erfassungsinformation wird über einen (nicht gezeigten) Ein-/Ausgabeschaltkreis in der Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens an externe Vorrichtungen wie die Navigationsvorrichtung 20, die AT-Steuervorrichtung 30, die Messvorrichtung 40, die Bremssteuervorrichtung 50, die Fahrtschreibervorrichtung 60, die Tempomatvorrichtung 70 und die Notrufvorrichtung 80 ausgegeben.
• In 2 wurde nur die Kalibrierung der Erfassungsinformation beschrieben, die man vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 erhält. Die Kalibrierung wird auch für die anderen autonomen Sensoren wie den Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 und den Lenkungssensor 15 auf der Grundlage der Positions-, Richtungs- und Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation durchgeführt, die man vom GPS-Empfänger 12 erhält. Weiterhin kann der Lenkungssensor 15 einer Kalibrierung mittels der Erfassungsinformation (d. h. der Lenkwinkelinformation) unterzogen werden, die zum Lernen der neutralen bzw. Geradeausposition genutzt wird. Die Positions- und Richtungsinformation usw., die man vom GPS-Empfänger 12 erhält, wird genutzt, um zu bestimmen, dass die Lenkungsposition neutral ist, d. h., dass das Fahrzeug geradeaus fährt. Die Kalibrierung nutzt die Lenkungsposition in diesem Zustand als die neutrale Position.
• Nachstehend werden Beispiele der Erfassungsinformationsausgabe vom Fahrzeugverhaltensdetektor 10 an die externen Vorrichtungen 20 bis 80 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, werden beispielsweise die Positions- und Geschwindigkeitsinformationen an die Navigationsvorrichtung 20 ausgegeben. Die Information über Geschwindigkeit und Steigung (der Straßenoberfläche) wird an die Automatikgetriebevorrichtung 30 und die Messvorrichtung 40 ausgegeben. Die Geschwindigkeits- und Kurveninformation wird an die Bremssteuervorrichtung 50 und die Fahrtschreibervorrichtung 60 ausgegeben. Die Positions- und Geschwindigkeitsinformation wird an die Tempomatsteuervorrichtung 70 und die Notrufvorrichtung 80 ausgegeben.
• (1) Der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 nach der Ausführungsform kalibriert die Erfassungsinformation, die er von den autonomen Sensoren 13 bis 16 erhält, die Änderungen im Fahrzeugverhalten erfassen. Die Kalibrierung wird auf der Grundlage der Positions-, Richtungs- und Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen durchgeführt, die man vom GPS-Empfänger 12 erhält. Im vorstehend erwähnten Beispiel wird der Kalmanfilter zur Kalibrierung der Erfassungsinformationen angewendet, die man vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 erhält.
• Es ist schwierig, nur die autonomen Sensoren 13 bis 16 zu verwenden, um charakteristische Änderungen auf Grund von individuellen Sensorunterschieden, Umgebungsänderungen und Altersverschlechterung zu kalibrieren. Da die Ausführungsform die GPS-Information zur Kalibrierung nutzt, kann der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 das Fahrverhalten sehr genau erfassen. Die Genauigkeit wird für die Erfassungsinformation selbst, die vom Fahrzeugverhaltensdetektor 10 an externe Vorrichtungen 20 bis 80 ausgegeben wird, verbessert. Unter Nutzung dieser Erfassungsinformation können die externen Vorrichtungen 20 bis 80 festgelegte Vorgänge besser durchführen.
• Beispielsweise kann der Stand der Technik eine Änderung des Reifendurchmessers nicht verfolgen, wenn der Reifen abgefahren ist oder auf einen Winterreifen gewechselt wird. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 stellt ungenaue Erfassungsinformationen wie die Distanz und die Fahrzeuggeschwindigkeit bereit. Folglich zeigt die Messvorrichtung 40 diese ungenaue Distanz und Geschwindigkeit an. Dagegen verbessert die Kalibrierung nach der Ausführungsform die Genauigkeit der auf der Messvorrichtung angezeigten Inhalte deutlich.
• Die Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation wird auch für die Automatikgetriebesteuervorrichtung 30, die Messvorrichtung 40, die Bremssteuervorrichtung 50, die Fahrtenschreibervorrichtung 60, die Tempomatvorrichtung 70 und die Notrufvorrichtung 80 verwendet. Das Auflösen der Ungenauigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation kann eine genauere Steuerung bereitstellen.
• Wenn, wie es herkömmlich praktiziert wird, nur die Sensoren genutzt werden, ist es schwierig, einen Versatz oder eine Verstärkung des Winkelgeschwindigkeitssensors 13 und des Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensors 14 zu korrigieren. Dagegen ermöglicht die Kalibrierung und Nutzung der GPS-Ortungsinformation eine solche Korrektur und ermöglicht es, Winkelgeschwindigkeiten und Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigung genau zu erfassen. Ungenauigkeit der Sensorinformation kann in der Getriebesteuervorrichtung 30, der Messvorrichtung 40, der Bremssteuervorrichtung 50, der Fahrtenschreibervorrichtung 60, der Tempomatsteuervorrichtung 70 und der Notrufvorrichtung 80 aufgelöst werden. Eine genauere Steuerung kann bereitgestellt werden.
• Es ist auch möglich, die Genauigkeit der Lenkwinkelinformation, die man vom Lenkungssensor 15 erhält, wie folgt zu verbessern. Unter Nutzung der Ortungsinformation des GPS-Empfängers 12 gibt der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 eine sehr genaue Winkelgeschwindigkeit aus, indem Versatz und Verstärkung korrigiert werden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 stellt eine genaue Geschwindigkeit bereit. Ein Kurvenradius des fahrenden Fahrzeugs kann durch Kombination der genauen Geschwindigkeiten vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 genau abgeschätzt werden. Der abgeschätzte Kurvenradius wird mit einem Lenkwinkel verglichen, den man vom Lenkungssensor 15 erhält. In dieser Weise kann das Lernen der Geradeausposition schnell, sehr genau und selbst während einer Kurvenfahrt durchgeführt werden.
• Die Navigationsvorrichtung 20 kann das Fahrzeug genau orten, was beispielsweise eine genaue Übereinstimmung mit der Landkarte ermöglicht.
• (2) Das Vorrichtungsgehäuse der Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens enthält nicht nur die Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens, sondern auch den GPS-Empfänger 12, den Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und den Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14. Das Vorrichtungsgehäuse ist an einer Position im Fahrzeug angebracht, in welcher der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 ideal angebracht werden können. Dies ist so, weil der Winkelgeschwindigkeitssensor und der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 mit Bezug auf die vertikale und horizontale Achse des Fahrzeugs ausgerichtet sind. Da das Vorrichtungsgehäuse in dieser Weise angebracht ist, kann der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 eine Winkelgeschwindigkeit der auf das Fahrzeug wirkenden drehenden Bewegung genau erfassen. Der eingebaute Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 kann eine Beschleunigung entlang der Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen des Fahrzeugs genau erfassen.
• Eine herkömmliche Fahrzeugnavigationsvorrichtung weist einen Winkelgeschwindigkeitssensor auf. Die Fahrzeugnavigationsvorrichtung ist zusammen mit vielen anderen Vorrichtungen und Aufbauten in einem Armaturenbrett untergebracht. Daher wird die Fahrzeugnavigationsvorrichtung schräg zur Horizontalrichtung des Fahrzeugs angebracht, was es unmöglich macht, ihre ursprüngliche Genauigkeit zu erreichen. Dagegen wird die Navigationsvorrichtung 20 nach der Ausführungsform als eine externe Vorrichtung unabhängig von dem Fahrzeugverhaltensdetektor 10 eingebaut. Die Navigationsvorrichtung 20 kann sogar schräg gegen die horizontale Richtung des Fahrzeugs angebracht werden, ohne Probleme zu verursachen. Herkömmlicherweise müssen die Installationsanforderungen verringert werden, wenn das Layout bzw. die Anordnung wichtiger ist. Dagegen ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 nach der Ausführungsform nicht in der Navigationsvorrichtung 20 enthalten. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass die Erfassungsgenauigkeit geopfert wird. Der Anordnung des Fahrzeugverhaltensdetektors 10 kann eine geringere Bedeutung beigemessen werden. Wenn man der Detektionsgenauigkeit Vorrang gibt, kann der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 an einer Position angebracht werden, an der, wie vorstehend erwähnt, eine Winkelgeschwindigkeit genau bestimmt werden kann.
• (3) Nach der Ausführungsform stellt der einzelne Fahrzeugverhaltensdetektor 10 Erfassungsinformationen bereit, die für die externen Vorrichtungen 20 bis 80 genutzt werden. Herkömmlich werden autonome Sensoren für verschiedene Vorrichtungen im Fahrzeug und die Navigationsvorrichtung dupliziert. Die Vorrichtung kann den mehrfachen Einbau von Sensoren unnötig machen.
• Der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 nutzt keine komplizierte benutzerbediente Mensch-Maschinen-Schnittstelle, wie sie für die Navigationsvorrichtung 20 genutzt wird. Daher kann leicht eine hohe Verlässlichkeit aufrecht erhalten werden, weil keine sich durch häufige Softwareverbesserungen ergebende Notwendigkeit besteht, die Verlässlichkeit sicher zu stellen.
• Weiterhin wird in dieser Ausführungsform ein sogenannter autonomer Navigationssensor gebildet, indem der GPS-Empfänger 12 und der autonome Sensor wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 mit dem Fahrzeugverhaltensdetektor kombiniert werden. Die Ausführungsform kann dadurch die Position des Fahrzeugs selbst dann berechnen, wenn das GPS nicht verfügbar ist. Demgemäß erhält die Navigationsvorrichtung 20 stets die Positionsinformation des Fahrzeugs und den Fahrtweg des Fahrzeugs. Dies ist auch unter dem Gesichtspunkt des Bereitstellens von Erfassungsinformation an die Notrufvorrichtung 80, d. h., eine Vorrichtung, die höchst verlässliche Positionsinformationen benötigt, vorteilhaft. Weiterhin stellt der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 hoch genaue Positions- und Fahrzeugverhaltensinformationen bereit. Es ist auch möglich, die Positionsgenauigkeit zu verbessern, wenn eine Störung am Fahrzeug auftritt. Zu diesem Zweck stellt die Notrufvorrichtung 80 einer externen Notrufzentrale die Position und die Fahrzeugverhaltensinformation bereit. Diese Information wird dann zum Abgleich mit einer Landkarte genutzt.
• Ferner gibt es weitere Möglichkeiten:
1. (a) Die vorstehend erwähnte Ausführungsform hat das Beispiel der Durchführung des Kalmanfiltervorgangs beschrieben, um die Erfassungsinformation zu kalibrieren, die man vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und vom Winkelgeschwindigkeitssensor 13 erhält. Andere Filtervorgänge können verwendet werden. Beispielsweise kann das Histogrammverfahren dazu genutzt werden, ein Histogramm eines Unterschieds zwischen der Information, die von der GPS-Ortung erhalten wird, und Information zu erzeugen, die von den Sensoren erhalten wird. Dieses Verfahren nutzt einen Korrekturwert durch Finden eines Mittelwerts der Differenzen innerhalb eines geeigneten Lernzeitabschnitts.
2. (b) Die vorstehend erwähnte Ausführungsform beschreibt den Winkelgeschwindigkeitssensor 13, den Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14, den Lenkungssensor 15 und den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 als Beispiele für autonome Sensoren. Es ist auch möglich, die anderen Sensoren zu verwenden, die Änderungen im Fahrzeugverhalten erfassen. Beispielsweise kann es einen Gierratensensor, einen Wanksensor, einen Rollsensor und ähnliche geben, welche das Fahrzeugverhalten erfassen.
3. (c) Die vorstehend erwähnte Ausführungsform gibt das GPS als ein Beispiel der Radionavigationsortungseinheit wieder. Es ist auch möglich, andere unabhängige Radiowellennavigationssysteme wie GLONASS zu nutzen oder solche unabhängigen Systeme gemeinsam mit dem GPS zu nutzen. Andere Radiowellennavigationssysteme können verwendet werden.
4. (d) Die Ausführungsform wurde unter der Annahme beschrieben, dass der Fahrzeugverhaltensdetektor 10 und die Navigationsvorrichtung 20 unabhängig voneinander vorhanden sind. Weiterhin kann es eine Ausführungsform geben, welche es erlaubt, dass die Navigationsvorrichtung die Funktionen aufweist, die von der Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens im Fahrzeugverhaltensdetektor 10 implementiert sind. 6 zeigt ein Beispiel. Die gleichen Bezugszeichen werden genutzt, um in 6 die gleichen Teile wie in der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform wiederzugeben.
• In Übereinstimmung mit dem Konfigurationsbeispiel der 6 werden der GPS-Empfänger 12 und der Winkelgeschwindigkeitssensor (das Gyroskop) 13 mit der Navigationsvorrichtung 120 verbunden. Der GPS-Empfänger 12 empfängt eine Radiowelle, die von einem GPS-Satelliten übertragen wird, über die Antenne 12a, um die Position des Fahrzeugs, die Richtung (Fahrtrichtung), die Geschwindigkeit und Ähnliches zu erfassen. Der GPS-Empfänger 12 wirkt als die Radionavigationsortungseinheit. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 13 gibt ein Erfassungssignal aus, das einer Winkelgeschwindigkeit der auf das Fahrzeug wirkenden drehenden Bewegung entspricht.
• Die Navigationsvorrichtung 120 ist dazu eingerichtet, zur Datenkommunikation mit der Bremssteuervorrichtung 50 über eine Kommunikationsleitung (z. B. fahrzeuginternes LAN) fähig zu sein. Die Bremssteuervorrichtung 50 ist mit dem Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14, dem Lenkungssensor 15 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 verbunden. Der Vorwärts-/Rückwärtsbeschleunigungssensor 14 erfasst die Beschleunigung entlang der Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen des Fahrzeugs. Der Lenkungssensor 15 erfasst Variationen der Lenkwinkel des Lenkrads. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 gibt Pulssignale in einem Intervall aus, welches der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht. Auf der Grundlage der Erfassungsinformation von den Sensoren 14, 15 und 16 und der anderen Informationen steuert die Bremssteuervorrichtung 50 den Schlupf, wenn ein Fahrzeug gebremst wird. Die Bremssteuervorrichtung 50 erhält die Erfassungsinformation (Lenkungssensorinformation) vom Lenkungssensor 15 und sendet diese Information zur Kalibrierung an die Navigationsvorrichtung 120.
• Das bedeutet, dass die Navigationsvorrichtung 120 die Kalibrierfunktion für die Erfassungsinformation bereitstellt, während diese Funktion in Übereinstimmung mit der in 1 gezeigten Ausführungsform und Ähnlichen von der Vorrichtung 11 zur Berechnung des Fahrzeugverhaltens bereitgestellt wird. Wenn die Lenkungssensorinformation von der Bremssteuervorrichtung 50 empfangen wird, filtert die Navigationsvorrichtung 120 diese Information unter Nutzung der vom GPS-Empfänger 12 empfangenen Ortungsinformation, um die Lenkungssensorinformation zu kalibrieren. Ein mögliches Kalibrierungsbeispiel ist die Korrektur des Lernens der Geradeausposition für den Lenkungssensor 15. Nach der Durchführung der Kalibrierung in dieser Weise erhält die Navigationsvorrichtung 120 die korrigierte Lerninformation über die Geradeausposition für den Lenkungssensor. Die Navigationsvorrichtung 120 gibt dann diese Information an die Bremssteuervorrichtung 50 zurück. Die Bremssteuervorrichtung 50 kann die Bremse unter Nutzung der korrigierten Lerninformation über die kalibrierte Geradeausposition für die Lenkung nutzen. Es ist folglich möglich, eine Steuerung auf der Grundlage der sehr genauen Information über das Fahrzeugverhalten bereitzustellen. In Übereinstimmung mit der Ausführungsform enthält die Navigationsvorrichtung 120 die Funktion der Kalibrierung der Erfassungsinformation. Im Hinblick darauf weist die Navigationsvorrichtung 120 die Funktion im Unterschied zu jener der Navigationsvorrichtung 20 in 1 auf.
• Die Bremssteuervorrichtung 50 ist ein Beispiel der Fahrzeugsteuerung. Repräsentative Fahrzeugsteuerungen umfassen Fahrzeugbewegungssteuerungen wie VSC (Vehicle System Controller, Fahrzeugsystemsteuerung) und ACC (Adaptive Cruise Control, adaptive Tempomatsteuerung). Offensichtlich können andere Fahrzeugsteuerungen verwendet werden. 6 nimmt den Lenkungssensor 15 beispielhaft als einen autonomen Sensor, um Erfassungsinformation über ein zu kalibrierendes Objekt zu erhalten. Natürlich sind auch die anderen autonomen Sensoren verwendbar.
• (e) Nach der Ausführungsform in 6 kalibriert die Navigationsvorrichtung 120 die Erfassungsinformation (Lenkungssensorinformation) von der Bremssteuervorrichtung 50, die durch die Kommunikationsleitung verbunden ist. Kalibrierte Erfassungsinformation wird an die Bremssteuervorrichtung 50 ausgegeben. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Erfassungsinformation zu kalibrieren, die für einen Vorgang genutzt wird, den die Navigationsvorrichtung selbst durchführt. 7 zeigt ein Beispiel.
• Nach einem Aufbau in 7 ist eine Navigationsvorrichtung 220 mit dem GPS-Empfänger 12, dem Winkelgeschwindigkeitssensor 13, dem Lenkungssensor 15 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 verbunden. Die Navigationsvorrichtung 220 ist auch mit einem Rückwärtsschalter 17, um die Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs anzuzeigen, einer Videoeingabevorrichtung 18, um eine Ansicht vom Heck des Fahrzeugs bereitzustellen, und mit einer Anzeigevorrichtung 90 verbunden. Die Navigationsvorrichtung 220 nach dieser Ausführungsform führt nicht nur grundlegende Vorgänge wie das Anzeigen von Landkarten und Fahrtrouten durch. Die Navigationsvorrichtung 220 kann auch einen Parkhilfevorgang durchführen, wobei die Funktion zum Erfassen und Darstellen von Positionen genutzt wird. Der Parkhilfevorgang erleichtert beispielsweise Parkvorgänge, bei denen ein Fahrzeug rückwärts bewegt wird. Um dies zu tun, zeigt der Parkhilfevorgang die abgeschätzte Route des Fahrzeugs auf der Grundlage von Videobildern am Heck des Fahrzeugs und der Lenkungssensorinformation. Die Videoeingabevorrichtung 18 stellt diese Videobilder bereit. Der Lenkungssensor 15 stellt die Lenkungssensorinformation bereit. Um den Parkhilfevorgang genau durchzuführen, ist es wirkungsvoll, das Geradeauspositionslernen für den Lenkungssensor 15 wie im Fall der Bremssteuervorrichtung 50 in 6 zu korrigieren. Wie die Navigationsvorrichtung 120 enthält die Navigationsvorrichtung 220 nach der vorliegenden Ausführungsform die Funktion, die Erfassungsinformation zu kalibrieren. Die Funktion kalibriert die Lenkungssensorinformation unter Nutzung der Ortungsinformation, die vom GPS bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann das Fahrzeugverhalten genau erfasst werden. Als ein Ergebnis kann die Parkhilfefunktion besser bereitgestellt werden. Nach der Ausführungsform wird die Navigationsvorrichtung 220 als ein Rechner im Fahrzeug verwendet.

Claims (8)

1. Verarbeitungssystem im Fahrzeug mit: einer externen Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80), die konfiguriert ist, einen Vorgang durchzuführen; und einem Fahrzeugverhaltensdetektor (10), der in dem Fahrzeug vorgesehen ist, wobei das Fahrzeug eine Navigationsvorrichtung (20) umfasst, um einen Navigationsvorgang für das Fahrzeug durchzuführen, wobei der Fahrzeugverhaltensdetektor (10) aufweist: einen autonomen Sensor (13 bis 16), der konfiguriert ist, Informationen zu erfassen, die sich auf eine Änderung des Verhaltens des Fahrzeugs beziehen; eine Radionavigationsortungseinheit, die konfiguriert ist, Information für das Orten des Fahrzeugs zu erfassen, wobei die Radionavigationsortungseinheit einen GPS-Empfänger (12) und eine Antenne (12a) zum Empfang einer Radiowelle von einem GPS-Satelliten aufweist; eine Kalibriereinheit, die konfiguriert ist, Erfassungsinformation vom autonomen Sensor zu kalibrieren, indem die Information von der Radionavigationsortungseinheit genutzt wird; eine Informationsausgabeeinheit, die konfiguriert ist, die Erfassungsinformation, die von der Kalibriereinheit kalibriert wird, an die externe Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) auszugeben, die konfiguriert ist, einen Vorgang unter Nutzung der Erfassungsinformation durchzuführen, die von der Informationsausgabeeinheit ausgegeben wird, wobei die externe Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) die Navigationsvorrichtung (20) umfasst; und ein Vorrichtungsgehäuse, wobei der autonome Sensor einen Winkelgeschwindigkeitssensor (13), einen Beschleunigungssensor (14), einen Lenkungssensor (15) und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (16) aufweist, und der GPS-Empfänger (12), der Winkelgeschwindigkeitssensor (13) und der Beschleunigungssensor (14) in dem Vorrichtungsgehäuse angeordnet sind, wohingegen die Antenne (12a), der Lenkungssensor (15) und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (16) außerhalb des Vorrichtungsgehäuses angeordnet sind, und wobei der Winkelgeschwindigkeitssensor (13) und Beschleunigungssensor (14) im Hinblick auf die senkrechte oder die waagerechte Achse des Fahrzeugs derart ausgerichtet sind, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor (13) die Winkelgeschwindigkeit einer auf das Fahrzeug einwirkenden Drehbewegung sowie der Beschleunigungssensor (14) eine Beschleunigung in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs genau erfassen kann.
2. Verarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kalibriereinheit einen Kalmanfilter (11c) aufweist, der konfiguriert ist, bei dem autonomen Sensor (13-16) einen Versatzfehler, einen absoluten Richtungsfehler, einen Distanzkoeffizientenfehler sowie einen Breitengrad- und einen Längengradfehler für die absolute Position zu korrigieren.
3. Verarbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kalibriereinheit konfiguriert ist, unter Nutzung der GPS-Ortungsinformation einen Versatz oder eine Verstärkung des Winkelgeschwindigkeitssensors (13) und des Beschleunigungssensor (14) zu korrigieren und die kalibrierte Erfassungsinformation an die externe Vorrichtung (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) auszugeben.
4. Verarbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die externe Vorrichtung eine aus einer Vielzahl von externen Vorrichtungen (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) ist, wobei der autonome Sensor (13 bis 16) konfiguriert ist, die Information zu erfassen, die in der Vielzahl von externen Vorrichtungen genutzt wird, und wobei die Informationsausgabeeinheit konfiguriert ist, die Erfassungsinformation auszugeben, die für jede aus der Vielzahl der externen Vorrichtungen (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) notwendig ist.
5. Verarbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der autonome Sensor einen autonomen Navigationssensor (13, 16) aufweist, und wobei die Informationsausgabeeinheit konfiguriert ist, die Erfassungsinformation, die zumindest entweder eine Positionsinformation des Fahrzeugs oder den Fahrtweg des Fahrzeugs aufweist, die beide durch die Kalibriereinheit kalibriert sind, an die Navigationsvorrichtung (20) auszugeben.
6. Verarbeitungssystem nach Anspruch 5, wobei die Navigationsvorrichtung (20) konfiguriert ist, einen Abgleich mit einer Landkarte durchzuführen.
7. Verarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Lenkungssensor (15) konfiguriert ist, Information mit Bezug auf einen Kurvenfahrzustand des Fahrzeugs zu erfassen, und wobei die Kalibriereinheit konfiguriert ist, die Erfassungsinformation zu kalibrieren, um eine Geradeausposition des Lenkungssensors zu lernen.
8. Verarbeitungssystem im Fahrzeug mit: einer externen Vorrichtung (120, 30, 40, 50, 60, 70, 80), die konfiguriert ist, einen Vorgang durchzuführen; einem autonomen Sensor (13 bis 16), der konfiguriert ist, Informationen zu erfassen, die sich auf eine Änderung des Verhaltens des Fahrzeugs beziehen; einer Radionavigationsortungseinheit, die konfiguriert ist, Information für das Orten des Fahrzeugs zu erfassen, wobei die Radionavigationsortungseinheit einen GPS-Empfänger (12) und eine Antenne (12a) zum Empfang einer Radiowelle von einem GPS-Satelliten aufweist; einer Kalibriereinheit, die konfiguriert ist, Erfassungsinformation vom autonomen Sensor zu kalibrieren, indem die Information von der Radionavigationsortungseinheit genutzt wird; und einer Informationsausgabeeinheit, die konfiguriert ist, die Erfassungsinformation, die von der Kalibriereinheit kalibriert wird, an eine Fahrzeugsteuerung (30, 40, 50, 60, 70, 80) auszugeben, die konfiguriert ist, einen Vorgang unter Nutzung der Erfassungsinformation durchzuführen, die von der Informationsausgabeeinheit ausgegeben wird; wobei die externe Vorrichtung die Fahrzeugsteuerung (30, 40, 50, 60, 70, 80), die ferner konfiguriert ist, das Steuern des Fahrzeugs unter Nutzung von Erfassungsinformation von dem autonomen Sensor zu ermöglichen, und eine Navigationsvorrichtung (120) umfasst, die konfiguriert ist, mit der Fahrzeugsteuerung (30, 40, 50, 60, 70, 80) zu kommunizieren; wobei die Navigationsvorrichtung (120) eine Navigationseinheit, die konfiguriert ist, einen Navigationsvorgang für das Fahrzeug durchzuführen, und eine Informationseingabeeinheit aufweist, die konfiguriert ist, die Erfassungsinformation von der Fahrzeugsteuerung (30, 40, 50, 60, 70, 80) anzunehmen; und wobei die Navigationsvorrichtung (120) ferner die Kalibriereinheit und die Informationsausgabeeinheit umfasst.

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