DE102004049689A1 - Navigation system and method for determining the position of a vehicle within a three-dimensional road network - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Kraftfahrzeugnavigationssystem mit Mitteln zur Bestimmung einer Fahrzeugposition durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation, Landkartendaten eines Straßennetzes, Mitteln zur Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes und Mitteln zur Ausgabe von Fahrhinweisen anhand einer aktuellen Fahrzeugposition und einer berechneten Route vorgeschlagen, bei dem das Kraftfahrzeugnavigationssystem weiterhin Mittel zur Bestimmung einer relativen Änderung der geographischen Höhe während einer Fahrt enthält und die Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes unter Heranziehung der Änderung der relativen Höhe oder einer daraus abgeleiteten absoluten geographischen Höhe erfolgt.A vehicle navigation system with means for determining a vehicle position by satellite navigation and / or dead reckoning, map data of a road network, means for assigning the vehicle position to a road of the road network and means for outputting driving advice from a current vehicle position and a calculated route is proposed in which the Car navigation system further comprises means for determining a relative change in the geographical altitude during a trip and the assignment of the vehicle position to a road of the road network is carried out using the change in the relative altitude or an absolute absolute altitude derived therefrom.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugnavigationssystem mit Mitteln zur Bestimmung einer Fahrzeugposition durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation, Landkartendaten eines Straßennetzes, Mitteln zur Zuordnung einer Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes und Mitteln zur Ausgabe von Fahrhinweisen anhand einer aktuellen Fahrzeugposition und der berechneten Route. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs innerhalb eines dreidimensionalen Straßennetzes.The The invention relates to a motor vehicle navigation system with means for determining a vehicle position by satellite navigation and / or Dead reckoning, map data of a road network, means of allocation a vehicle position to a road of the road network and means for output Driving instructions based on a current vehicle position and the calculated route. Furthermore, the invention relates to a method for Determining the position of a motor vehicle within a three-dimensional Road network.
Navigationssysteme und Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs sind bekannt und werden kommerziell eingesetzt. Entsprechende Navigationssysteme werden beispielsweise von einem Tochterunternehmen der Patentanmelderin unter der Bezeichnung "VDO DAYTON" vertrieben. Bei diesen Navigationssystemen gibt der Benutzer den gewünschten Zielort über eine Eingabeeinrichtung ein oder wählt den Zielort aus einer Liste aus. Der Startort wird von den Systemen in der Regel automatisch bestimmt und zwar anhand von Signalen eines Satellitenortungssystems. Anhand von digitalen Landkartendaten erfolgt die Berechnung einer Route zwischen dem Startort und dem Zielort nach bekannten Rechenalgorithmen. Zur Bestimmung der stets aktuellen Fahrzeugposition während der Fahrt kann die Satellitennavigation herangezogen werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Fahrzeugposition durch Koppelnavigation bestimmt werden. Bei letzterer werden in bekannter Weise die zurückgelegte Fahrstrecke und Richtungsänderungen des Fahr zeugs ausgewertet. Eine durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation ermittelte Fahrzeugposition ist jedoch mit gewissen Fehlern behaftet, so dass die so ermittelte Fahrzeugposition nicht zwangsläufig auf einer Straße eines Straßennetzes liegt. Durch ein so genanntes Map-Matching-Verfahren wird der durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation ermittelten Fahrzeugposition daher eine Position auf einer Straße des Straßennetzes zugeordnet. Die entsprechenden Algorithmen sind erprobt und haben sich in der Praxis bewährt.navigation systems and methods for determining the position of a motor vehicle known and used commercially. Appropriate navigation systems are, for example, a subsidiary of the patent applicant under the name "VDO DAYTON "distributed. In these navigation systems, the user gives the desired Destination over an input device or selects the destination from a list. The starting point is usually determined automatically by the systems namely by means of signals from a satellite positioning system. Based Digital map data is used to calculate a route between the starting location and the destination according to known calculation algorithms. To determine the always current vehicle position during the Ride can be used satellite navigation. Additionally or Alternatively, the vehicle position can be determined by dead reckoning become. In the latter, the distance covered in a known manner and direction changes of the vehicle evaluated. One through satellite navigation and / or Dead reckoning determined vehicle position is, however, with certain Errors afflicted, so that the vehicle position thus determined not inevitably on a street a road network lies. Through a so-called map-matching method is through Satellite navigation and / or dead reckoning determined vehicle position therefore assigned a position on a road of the road network. The corresponding Algorithms are tried and tested in practice.
Dennoch kann es in der Praxis bei bestimmten Straßenverläufen zu Fehlern bei der Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes kommen. Eine derartige Situation tritt beispielsweise dann auf, wenn Straßen in verschiedenen Ebenen übereinander verlaufen. Bei herkömmlichen Fahrzeugnavigationssytemen, die lediglich eine zweidimensionale Positionsbestimmung aufweisen, kann in solch komplexen Straßennetzen die Fahrzeugposition nicht exakt bestimmt werden. Zur Verbesserung der Positionsbestimmung ist daher eine Information über die aktuelle Höhenlage des Fahrzeugs erforderlich. Diese kann grundsätzlich durch die Satellitennavigation bestimmt werden. Nachteilig ist dabei jedoch die recht geringe Genauigkeit. Insbesondere in Großstädten, in denen die zuvor geschilderten komplexen Straßennetze vorwiegend auftreten, kann der Empfang der Satellitennavigationssignale durch Abschattung behindert oder unmöglich sein.Yet In practice, certain roadmaps can cause errors in the assignment of the road Vehicle position to a road of the road network come. Such a situation occurs, for example, when roads in different levels one above the other run. In conventional Fahrzeugnavigationssytemen that only a two-dimensional Position determination may be in such complex road networks the vehicle position can not be determined exactly. For improvement the position determination is therefore an information about the current altitude the vehicle required. This can basically be done by satellite navigation be determined. The disadvantage, however, is the very low accuracy. Especially in big cities, in where the previously described complex road networks predominantly occur, can receive the satellite navigation signals by shading disabled or impossible.
Als eine Alternative zur Bestimmung der Höhenlage bietet sich der Einsatz eines barometrischen Höhenmessers an. Derartige Geräte sind jedoch teuer und hinsichtlich der nur geringen Höhenunterschiede von in verschiedenen Ebenen verlaufenden Straßen auch zu ungenau.When An alternative for determining the altitude is the use a barometric altimeter at. Such devices However, they are expensive and in terms of only small height differences from roads running in different levels too inaccurate.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftfahrzeugnavigationssystem und ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs derart weiterzubilden, dass die Position eines Kraftfahrzeugs auf einer Straße auch bei in verschiedenen Ebenen verlaufenden Straßen bestimmt wird und die hierdurch verursachten Zusatzkosten jedoch gering gehalten werden.task The invention is therefore a motor vehicle navigation system and to develop a method for determining the position of a motor vehicle in such a way that the position of a motor vehicle on a road too is determined on roads running in different levels and thereby caused additional costs are kept low.
Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeugnavigationssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kraftfahrzeugnavigationssystem weiterhin Mittel zur Bestimmung einer relativen Änderung der geographischen Höhe während einer Fahrt enthält und die Zuordnung der Fahrzeugposition zu einer Straße des Straßennetzes unter Heranziehung der Änderung der relativen Höhe oder einer daraus abgeleiteten absoluten geographischen Höhe erfolgt. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs innerhalb eines dreidimensionalen Straßennetzes erfolgt die Auswertung von durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation erhaltenen zweidimensionalen Positionsdaten sowie durch Auswertung von relativen Änderungen der geographischen Höhe des Fahrzeugs während einer Fahrt, wobei die Änderung der geographischen Höhe anhand eines Fahrzeugzustands bestimmt wird.The Task is in a generic motor vehicle navigation system according to the invention thereby solved, that the vehicle navigation system further means for determining a relative change the geographical altitude during one Ride contains and the assignment of the vehicle position to a road of the road network using the change the relative height or an absolute geographical altitude derived therefrom. In a method according to the invention for determining the position of a motor vehicle within a three-dimensional road network the evaluation is carried out by satellite navigation and / or dead reckoning obtained two-dimensional position data as well as by evaluation from relative changes the geographical altitude of the vehicle during a ride, with the change the geographical altitude is determined based on a vehicle condition.
Von dem Erfinder wurde erkannt, dass für den Einsatz in Fahrzeugnavigationssystemen die Bestimmung relativer Höhenlagen völlig ausreichend ist. Die Bestimmung einer absoluten Höhenlage ist nicht zwingend erforderlich. So ist es völlig ausreichend, wenn beispielsweise bekannt ist, dass das Fahrzeug zum gegenwärtigen Zeitpunkt 10 m höher fährt als vor 1 000 m oder einer Minute. Diese relative Höheninformation wird im Rahmen des Map-Matching verwendet, um das aktuell befahrene Straßensegment zu ermitteln.From The inventor has recognized that for use in vehicle navigation systems the determination of relative altitudes completely is sufficient. The determination of an absolute altitude is not mandatory. So it is quite sufficient if, for example it is known that the vehicle is 10 m higher at the moment than before 1 000 m or one minute. This relative altitude information is in the frame Map matching uses the currently traveled road segment to investigate.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass an mindestens einer Fahrzeugposition die ermittelte Änderung der relativen Höhe unter Verwendung einer absoluten geographischen Höhe kalibriert wird. Nach einer solchen Kalibrierung kann unter Verwendung der Information über die relative Höhenänderung der Fahrzeugposition stets auch die absolute geographische Höhe ermittelt werden.It can be provided in particular that at least one vehicle position the change detected the relative height calibrated using an absolute geographical altitude. After such calibration, using the information about the relative height change the vehicle position always determines the absolute geographical altitude become.
Die Kalibrierung kann unter Verwendung von empfangenen Satellitennavigationsdaten durchgeführt werden. Insbesondere ist dann vorgesehen, dass die Kalibrierung nur dann durchgeführt wird, wenn die Qualität der empfangenen Satellitennavigationsdaten einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Bei ausreichend gutem Empfang der Satellitennavigationssignale, wie er beispielsweise außerhalb geschlossener Ortschaften bei geringer Abschattung auftritt, kann die Genauigkeit der aus den Satellitennavigationssignalen abgeleiteten Höheninformation hierfür ausreichend sein.The Calibration can be done using received satellite navigation data carried out become. In particular, it is then provided that the calibration only then done will, if the quality the received satellite navigation data exceeds a predetermined limit. With sufficiently good reception of the satellite navigation signals, as he is outside, for example closed towns with low shading occurs, can the accuracy of the derived from the satellite navigation signals height information therefor be enough.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kalibrierung auch unter Verwendung von absoluten Höhenangaben der Landkartendaten erfolgen. Eine solche Kalibrierung kann beispielsweise dann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug einen charakteristischen Punkt, wie zum Beispiel eine Kreuzung oder einen Abbiegepunkt erreicht. An einem Abbiegepunkt ist die Position des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit bekannt. Über die Höhenangabe in den Landkartendaten kann dann mit hoher Genauigkeit eine Kalibrierung der Höheninformation erfolgen.Additionally or alternatively, the calibration can also be done using absolute heights the map data. Such a calibration can, for example then be performed if the vehicle has a characteristic point, such as reached an intersection or a turning point. At a turn-off point the position of the vehicle is known with high accuracy. About the altitude in the map data can then with high accuracy calibration the height information respectively.
Zur Bestimmung der relativen Änderung der Höhe kann ein Neigungswinkelsensor eingesetzt werden. Neigungswinkelsensoren sind vergleichsweise preiswert und dennoch für den vorgesehenen Zweck völlig ausreichend. Der Neigungswinkelsensor kann zusätzlich im Fahrzeug eingebaut werden. Alternativ ist jedoch die Mitbenutzung der Daten eines bereits für andere Fahrzeugkomponenten vorhandenen Neigungswinkelsensors möglich. Zu erwähnen sind insbesondere der Neigungswinkelsensor für eine Scheinwerferniveauregulierung oder eine Alarmanlage. Bei Verwendung eines Neigungswinkelsensors wird zur Bestimmung einer Veränderung der Höhenlage über eine bestimmte gefahrene Strecke der Sinus des Neigungswinkels über die gefahrene Strecke integriert. Die Länge der gefahrenen Strecke wird aus dem bereits im Fahrzeugnavigationssystem verwendeten Tachometer- oder Odometersignal ermittelt.to Determination of the relative change the height An inclination angle sensor can be used. Inclination angle sensors are relatively inexpensive and yet completely sufficient for the intended purpose. The inclination angle sensor can also be installed in the vehicle become. Alternatively, however, sharing the data is already an option for others Vehicle components existing inclination angle sensor possible. To mention are in particular the tilt angle sensor for a headlamp leveling or an alarm system. When using a tilt angle sensor is used to determine a change in the Altitude over one certain driven range of sines of inclination angle over the integrated route integrated. The length of the driven route is derived from the tachometer measurement already used in the vehicle navigation system. or odometer signal detected.
Außer durch ein Befahren von Steigungs- und/oder Gefällstrecken kann sich die Neigung des Kraftfahrzeugs auch durch Änderung der Beladung verändern. Änderungen der Neigungen des Kraftfahrzeugs durch Änderung der Beladung erfolgen jedoch ausschließlich bei Stillstand des Fahrzeugs. Änderungen des Ausgangssignals des Neigungswinkelsensors bei stehendem Fahrzeug können daher zur Verbesserung der Genauigkeit kompensiert werden.Except by driving on inclines and / or downhill slopes can be the inclination of the motor vehicle also by change change the loading. amendments the inclinations of the motor vehicle by changing the load done however exclusively at standstill of the vehicle. amendments the output signal of the inclination angle sensor when the vehicle is stationary can therefore be compensated to improve the accuracy.
Zur Bestimmung der relativen Höhenlage können jedoch auch andere Sensoren oder Sensorkombinationen eingesetzt werden, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren.to However, determining the relative altitude can other sensors or sensor combinations are used, such as acceleration sensors.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer in einem Navigationssystem auch in anderen Systemen eingesetzt werden, die eine genaue Positionsbestimmung erfordern, insbesondere in einem System zur Mauterfassung.The inventive method can except be used in a navigation system in other systems, which require accurate positioning, especially in a system for toll collection.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Navigationssystems.The Invention will be described below with reference to an embodiment and the drawing explained in more detail. The single figure shows a block diagram of a navigation system according to the invention.
Zentraler
Bestandteil des Navigationssystems ist die Recheneinheit (CPU)
Mit
der CPU
Die
CPU
Anhand
der Landkartendaten kann von der CPU
Zur
Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition enthält das Navigationssystem ferner
einen Empfänger
Weiterhin
kann die CPU
Abweichend von dem gezeigten Navigationssystem können die Landkartendaten auch mittels einer Mobilfunkverbindung von einer zentralen Servicestelle in das Fahrzeug übertragen werden. In diesem Falle kann ein Lesegerät für ein Speichermedium mit den Landkartendaten im Fahrzeug entfallen. Auch die Routenberechnung kann außerhalb des Fahrzeugs erfolgen.deviant from the navigation system shown, the map data can also by means of a mobile radio connection from a central service point transferred to the vehicle become. In this case, a reader for a storage medium with the Map data in the vehicle is omitted. Also the route calculation can outside of the vehicle.
Mit
der CPU
Die
Position des Fahrzeugs wird von der CPU
Die Bestimmung der Position des Fahrzeugs innerhalb eines 3-dimensionalen Straßennetzes kann dann insbesondere durch folgende Verfahrensschritte erfolgen:
- – Bestimmen einer ersten geographischen Position des Fahrzeugs durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation,
- – Bestimmen einer ersten relativen geographischen Höheninformation des Kraftfahrzeugs an der ersten Position des Kraftfahrzeugs,
- – Bestimmen einer zweiten geographischen Position des Fahrzeugs durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation,
- – Bestimmen einer zweiten relativen geographischen Höheninformation des Kraftfahrzeugs an der zweiten Position des Kraftfahrzeugs,
- – Bestimmen einer aktuellen Fahrzeugposition auf einer Straße durch Vergleich der durch Satellitennavigation und/oder Koppelnavigation bestimmten geographischen Positionen des Fahrzeugs mit Höheninformationen enthaltenden Straßenkartendaten unter Berücksichtigung der relativen geographischen Höheninformationen.
- Determining a first geographical position of the vehicle by satellite navigation and / or dead reckoning,
- Determining a first relative altitude information of the motor vehicle at the first position of the motor vehicle,
- Determining a second geographical position of the vehicle by satellite navigation and / or dead reckoning,
- Determining a second relative altitude information of the motor vehicle at the second position of the motor vehicle,
- Determining a current vehicle position on a road by comparing the geographic positions of the vehicle determined by satellite navigation and / or dead-reckoning with road map data containing altitude information taking into account the relative geographic altitude information.
Zur
Ermittlung der relativen Höhenposition wird
diese beispielsweise zu Beginn der Fahrt auf Null gesetzt und in
der zuvor beschriebenen Weise unter Auswertung der Signale des Neigungswinkelsensors
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |