DE112015006920B4 - Positionierungsvorrichtung und Positionierungsverfahren - Google Patents

Abstract

Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers, die Vorrichtung umfassend:einen GNSS-Empfänger (1), der eingerichtet ist, eine Funkwelle von einem GPS-Satelliten zu empfangen, wenigstens eine aktuelle Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, zu berechnen und ein Berechnungsergebnis als ein Positionierungsergebnis auszugeben;einen Geschwindigkeitssensor (2), der eingerichtet ist, ein Pulssignal entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers auszugeben;ein Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor (4), der eingerichtet ist, triaxiale Winkelgeschwindigkeiten zu erfassen, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;ein Triaxial-Beschleunigungssensor (3), der eingerichtet ist, triaxiale Beschleunigungen zu erfassen, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;eine Entfernungsmesseinheit (51), die eingerichtet ist, eine Bewegungsstrecke, eine Geschwindigkeit und eine Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem ausgegebenen Pulssignal des Geschwindigkeitssensors (2) pro bestimmten Zyklus zu berechnen;eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit (52), die eingerichtet ist, zu bestimmen, ob oder ob nicht der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet durch den GNSS-Empfänger (1), der Längsbeschleunigung, berechnet durch die Entfernungsmesseinheit (51) und den triaxialen Beschleunigungen, erfasst durch den Triaxial-Beschleunigungssensor (3) während des Fahrens des beweglichen Körpers, und die triaxialen Beschleunigungen, erfasst von dem Triaxial-Beschleunigungssensor (3) als einen Nullpunkt zu berechnen, wenn bestimmt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt;eine Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56), die eingerichtet ist, einen Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und einen Rollrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der durch die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit (52) berechneten triaxialen Beschleunigungen zu berechnen;eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit (58), die eingerichtet ist, eine Koordinatenumrechnung der von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor (4) erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten durchzuführen, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) berechneten Rollrichtungs-Befestigungswinkel; undeine Positionsschätzungseinheit (59), die eingerichtet ist, die aktuelle Position des beweglichen Körpers zu schätzen, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit (58) umgewandelten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten erhalten wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtung und ein Positionierungsverfahren für einen beweglichen Körper.
• Stand der Technik
• Eine Positionierungsvorrichtung eines Fahrzeugs (beweglicher Körper) schätzt eine Fahrzeugposition und Stellungswinkel durch Verwendung eines Empfängers eines Globalen Satelliten-Navigationssystems
  (Engl. Global Navigation Satellite System (GNSS)) und verschiedenen Sensoren. Wenn ein Winkelgeschwindigkeitssensor und ein Beschleunigungssensor verwendet werden, deren Erfassungsachsen in eine Neigungsrichtung oder Gierrichtung geneigt sind, muss die Positionierungsvorrichtung jede Eigenschaft des Winkelgeschwindigkeitssensors und des Beschleunigungssensors berücksichtigen. Außerdem, wenn ein Gehäuse der Positionierungsvorrichtung in die Fahrzeugkarosserie installiert wird, während es in einem vorbestimmten Befestigungswinkel geneigt ist, muss der Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung berücksichtigt werden.
• Konventionell ist ein Vorgehen zum Berechnen eines Befestigungswinkels einer Positionierungsvorrichtung offenbart (Zum Beispiel, siehe Patentdokumente 1 bis 3).
• Dokumente des Stands der Technik
• Patentdokumente
• Patentdokument 1: JP 3 375 268 B2
• Patentdokument 2: JP 2 843 904 B2
• Patentdokument 3: JP 2011-209162 A
• Aus DE 11 2007 003 074 T5 ist überdies ein Autonavigationssystem bekannt mit einem Abstandssensor ; einem Winkelgeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit mit einer Sensorerfassungsachse in einer vertikalen Richtung eines Gehäuses; einem Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung mit einer Sensorerfassungsachse in einer Hin- und Herrichtung des Gehäuses in einer horizontalen Ebene; einer Körpergeschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinheit zum Messen der Geschwindigkeit und Beschleunigung in der Körperrichtung der Fahrzeugbewegung anhand des Signals vom Abstandssensor; einer Winkelgeschwindigkeitsmesseinheit zum Messen der Winkelgeschwindigkeit aus dem Signal von dem Winkelgeschwindigkeitssensor; einer Körperrollwinkelschätzeinheit zum Schätzen eines Körperrollwinkels aus der Körperrichtung der Fahrzeugbewegungsgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit; einer Beschleunigungssensorausgabeschätzeinheit zum Ausgeben von Schätzwerten des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors bei jedem vorgeschriebenen Winkel, wenn das Gehäuse mit einer Drehung in einer Gierrichtung in den Körper eingesetzt wird; und einer Gierrichtungswinkel-Erfassungseinheit zum Bestimmen eines Winkels zu einem Zeitpunkt, an dem ein geschätzter Wert erhalten wird, der am besten mit einem Wert übereinstimmt, der nach Abzug des Signals von dem Beschleunigungssensor von dem Signal von dem Beschleunigungssensor übrig bleibt.
• Zusammenfassung
• Problem das durch die Erfindung gelöst wird
• Konventionell ist es nicht immer möglich, die eigene Fahrzeugposition, ungeachtet von dem Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung, zu schätzen.
• Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um so ein Problem zu lösen und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Positionierungsvorrichtung und ein Positionierungsverfahren zur Verfügung zu stellen, dass in der Lage ist, eine Position des eigenen Fahrzeugs ungeachtet des Befestigungswinkels der Positionierungsvorrichtung zu schätzen.
• Mittel zur Lösung des Problems
• Um das vorher genannte Problem zu lösen, ist eine Positionierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers, die Vorrichtung umfassend:
• einen GNSS-Empfänger, der eine Funkwelle von einem GPS-Satelliten empfängt, wenigstens eine aktuelle Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, berechnet und ein Berechnungsergebnis ein als Positionierungsergebnis ausgibt; einen Geschwindigkeitssensor, der ein Pulssignal entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers ausgibt;
• ein Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor, der triaxiale Winkelgeschwindigkeiten erfasst, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
• ein Triaxial-Beschleunigungssensor, der triaxiale Beschleunigungen erfasst, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
• eine Entfernungsmesseinheit, die eine Bewegungsstrecke, eine Geschwindigkeit und eine Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem ausgegebenen Pulssignal des Geschwindigkeitssensors pro bestimmten Zyklus berechnet; eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit, die bestimmt ob der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet durch den GNSS-Empfänger, der Längsbeschleunigung, berechnet durch die Entfernungsmesseinheit und den triaxialen Beschleunigungen, erfasst durch den Triaxial-Beschleunigungssensor während der bewegliche Körper fährt, und berechnet die triaxialen Beschleunigungen, erfasst von dem Triaxial-Beschleunigungssensor als ein Nullpunkt, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt; eine Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit, die einen Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und einen Rollrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der triaxialen Beschleunigungen, der durch die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit berechnet wurde, berechnet;
• eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit, die Koordinatenumwandlung der triaxialen Winkelgeschwindigkeiten durchführt, die von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor erfasst werden, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel, der von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit berechnet wird;
• und eine Positionsschätzungseinheit, die die aktuelle Position des beweglichen Körpers schätzt, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten erhalten wird, die von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit umgewandelt wurden.
• Außerdem, ist ein Positionierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Positionierungsverfahren, dass von einer Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers verwendet wird, das Verfahren umfassend: Empfangen einer Funkwelle von einem GPS-Satelliten, berechnen von wenigstens einer aktuellen Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, und ausgeben eines Berechnungsergebnisses als ein Positionierungsergebnis; Ausgeben eines Pulssignals entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers;
  Erfassen von triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  Erfassen von triaxialen Beschleunigungen, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  Berechnen einer Bewegungsstrecke, einer Geschwindigkeit und einer Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem Pulssignal, ausgegeben pro bestimmten Zyklus; Bestimmung, ob der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet als das Positionierungsergebnis, der berechneten Längsbeschleunigung und der erfassten triaxialen Beschleunigungen, während der bewegliche Körper fährt, und berechnen der triaxialen Beschleunigungen, als einen Nullpunkt, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt;
  Berechnen eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels und eines Rollrichtungs-Befestigungswinkels der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der berechneten triaxialen Beschleunigungen;
  Koordinaten umwandeln der erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, basierend auf dem berechneten Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem berechneten Rollrichtungs-Befestigungswinkel;
  Und Schätzen der aktuellen Position des beweglichen Körpers, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, nach der Koordinatenumwandlung, erhalten wird.
• Effekte der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Positionierungsvorrichtung eine Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers, die Vorrichtung umfassend: einen GNSS-Empfänger, der eine Funkwelle von einem GPS-Satelliten empfängt, wenigstens eine aktuelle Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, berechnet und ein Berechnungsergebnis als ein Positionierungsergebnis ausgibt; einen Geschwindigkeitssensor, der ein Pulssignal entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers ausgibt;
  ein Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor, der triaxiale Winkelgeschwindigkeiten erfasst, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  ein Triaxial-Beschleunigungssensor, der triaxiale Beschleunigungen erfasst, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  eine Entfernungsmesseinheit, die eine Bewegungsstrecke, eine Geschwindigkeit und eine Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem ausgegebenen Pulssignal des Geschwindigkeitssensors pro bestimmten Zyklus berechnet;
  eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit, die bestimmt ob der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet durch den GNSS-Empfänger, der Längsbeschleunigung, berechnet durch die Entfernungsmesseinheit und den triaxialen Beschleunigungen, erfasst durch den Triaxial-Beschleunigungssensor während der bewegliche Körper fährt, und berechnet die triaxialen Beschleunigungen, erfasst von dem Triaxial-Beschleunigungssensor als ein Nullpunkt, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt;
  eine Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit, die einen Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und einen Rollrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der triaxialen Beschleunigungen, der durch die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit berechnet wurde, berechnet;
  eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit, die Koordinatenumwandlung der triaxialen Winkelgeschwindigkeiten durchführt, die von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor erfasst werden, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel, der von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit berechnet wird;
  und eine Positionsschätzungseinheit, die die aktuelle Position des beweglichen Körpers schätzt, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten berechnet wird, die von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit umgewandelt wurden. Folglich ist es möglich, eine eigene Fahrzeugposition unabhängig von einem Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung zu schätzen.
• Außerdem, ist das Positionierungsverfahren ein Positionierungsverfahren, das von der Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers verwendet wird, das Verfahren umfassend: Empfangen einer Funkwelle von einem GPS-Satelliten, berechnen von wenigstens einer aktuellen Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, und ausgeben eines Berechnungsergebnisses als ein Positionierungsergebnis; Ausgeben eines Pulssignals entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers; Erfassen von triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  Erfassen von triaxialen Beschleunigungen, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  Berechnen einer Bewegungsstrecke, einer Geschwindigkeit und einer Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem Pulssignal, ausgegeben pro bestimmten Zyklus; Bestimmung, ob der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet als ein Positionierungsergebnis, der berechneten Längsbeschleunigung und der erfassten triaxialen Beschleunigungen, während der bewegliche Körper fährt, und berechnen der triaxialen Beschleunigungen, als einen Nullpunkt, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt;
  Berechnen eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels und eines Rollrichtungs-Befestigungswinkels der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der berechneten triaxialen Beschleunigungen;
  Koordinaten umwandeln der erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, basierend auf dem berechneten Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem berechneten Rollrichtungs-Befestigungswinkel;
  Und Schätzen der aktuellen Position des beweglichen Körpers, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, nach der Koordinatenumwandlung, erhalten wird. Folglich ist es möglich, die eigene Fahrzeugposition, ungeachtet von dem Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung, zu schätzen.
• Die Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich werden.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Positionierungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 2 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration einer Positionierungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs der Positionierungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 4 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Umwandlungszustands von einem Sensoren-Koordinatensystem zu einem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, basierend auf einem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und einem Rollrichtungs-Befestigungswinkel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs einer Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 6 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Umwandlungszustands von dem Sensoren-Koordinatensystem zu einem vorläufigen Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, basierend auf einem beliebigen Winkel in einer Gierrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 9 zeigt eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Messwert eines Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors und einem Berechnungswert eines Triaxial-Beschleunigungssensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 10 zeigt eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Messwert des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors und einem Berechnungswert durch den Triaxial-Beschleunigungssensor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 11 zeigt eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Messwert des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors und einem Berechnungswert des Triaxial-Beschleunigungssensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 12 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer Definition des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems.
• 13 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer Definition des Sensoren-Koordinatensystems.
• 14 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels.
• 15 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels.
• 16 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels.
• 17 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels.
• 18 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung eines Rollrichtungs-Befestigungswinkels.
• 19 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Rollrichtungs-Befestigungswinkels.
• 20 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Rollrichtungs-Befestigungswinkels.
• 21 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Rollrichtungs-Befestigungswinkels.
• 22 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Problems der Berechnung eines Gierrichtungs-Befestigungswinkels.
• 23 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Problems der Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels.
• 24 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Positionierungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend erläutert mit Bezug auf die Zeichnungen.
• Das vorliegende Ausführungsbeispiel wird unter Verwendung eines Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems, dargestellt in 12, und einem Sensoren-Koordinatensystem, dargestellt in 13, erläutert.
• <Einführung>
• Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird ein Fall detailliert beschrieben in dem ein Befestigungswinkel einer Positionierungsvorrichtung geneigt ist.
• Wenn ein Winkelgeschwindigkeitssensor und ein Beschleunigungssensor, deren Erfassungsachsen in eine Neigungsrichtung oder Gierrichtung geneigt sind, in der Positionierungsvorrichtung verwendet werden, ist es notwendig jede Eigenschaft des folgenden Winkelgeschwindigkeitssensors und Beschleunigungssensors zu berücksichtigen.
1. (1) Der Winkelgeschwindigkeitssensor (oder der Beschleunigungssensor) misst eine Winkelgeschwindigkeit (oder Beschleunigung), die auf die Erfassungsachse wirkt. Wenn die Erfassungsachse geneigt ist, nimmt die Empfindlichkeit der auf die Erfassungsachse wirkende Winkelgeschwindigkeit (oder Beschleunigung) entsprechend einem Neigungswinkel ab, und umgekehrt nimmt die Empfindlichkeit der anderen in der Neigungsrichtung vorhandenen Achse zu. Das heißt, eine Winkelgeschwindigkeit (oder eine Beschleunigung), die an jede Achse verteilt wird, wird gemäß dem Befestigungswinkel des Winkelgeschwindigkeitssensors (oder des Beschleunigungssensors) erfasst.
2. (2) Wenn ein Winkelgeschwindigkeitssensor der drei Achsen (nachfolgend als ein Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor bezeichnet) oder ein Beschleunigungssensor der drei Achsen (nachfolgend als ein Triaxial-Beschleunigungssensor bezeichnet) verwendet werden, ist es durch Verwendung eines Euler-Winkels oder eines Quaternions möglich, in eine Sensorausgabe zu transformieren, wenn der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor oder der Triaxial-Beschleunigungssensor um einen beliebigen Befestigungswinkel gedreht wird. Wenn jedoch ein zwei- oder dreiachsiger Winkelgeschwindigkeitssensor oder Beschleunigungssensor verwendet wird, ist es nicht möglich eine Winkelgeschwindigkeit oder eine zu messende Beschleunigung auf der nicht ausgerüsteten Erfassungsachse zu messen. Daher ist es nur bedingt möglich in eine Sensorausgabe in einem beliebigen Befestigungswinkel zur transformieren (wiederherzustellen).
3. (3) Bezüglich des Winkelgeschwindigkeitssensors wird keine Winkelgeschwindigkeit erzeugt während eines Stopps, wodurch es möglich ist, einen Nullpunkt zu erhalten, basierend auf der Sensorausgabe während des Stopps.
4. (4) Wenn der Beschleunigungssensor geneigt ist, wird der Beschleunigungssensor von der Gravitation gemäß dem Neigungswinkel beeinflusst, sodass der Neigungswinkel des Beschleunigungssensors basierend auf der Sensorausgabe während des Stopps geschätzt werden kann. Es ist jedoch nicht möglich zu unterscheiden, ob die Neigung des Beschleunigungssensors aufgrund einer Neigung der Straße, eines Befestigungswinkels des Gehäuses der Positionierungsvorrichtung oder einer Temperaturabweichung, verursacht durch eine Variation der Sensorausgabe, ist. Daher ist es nicht möglich den Nullpunkt präzise, basierend auf Sensorausgabe während des Stopps zu bestimmen.
• Um die Position und den Stellungswinkel des Fahrzeugs auszudrücken ist es notwendig ein senkrechtes triaxiales Koordinatensystem zu bestimmen. Eine Vielzahl von Definitionen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse in dem senkrechten triaxialen Koordinatensystem sind vorgeschlagen. Wie in 12 dargestellt, definiert die vorliegende Erfindung eine Längsrichtung des Fahrzeugs als X_B-Achse, eine laterale Richtung (normale Richtung) senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeugs als eine Y_B-Achse und ein Koordinatensystem als ein Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, in dem eine Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung, in Bezug auf die X-Y-Ebene des Fahrzeugs, eine Z_B-Achsrichtung ist. Das tiefgestellte „B“ an jeder der Achsen steht für „Karosserierahmen“ (engl. Body Frame). A_Bx, A_By, und A_Bz repräsentieren Beschleunigungen in entsprechenden Axialrichtungen und ω_Broll , ω_Bpitch , und ω_Byaw repräsentieren Winkelgeschwindigkeiten in den entsprechenden Axialrichtungen.
• 13 zeigt, dass das Gehäuse der Positionierungsvorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie installiert, während es in einem vorbestimmten Befestigungswinkel geneigt ist. In diesem Fall ist jede der Sensorerfassungsachsen (eine X_S-Achse, eine Y_S-Achse und eine Z_S-Achse) in einem Rollrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_roll, d. h. ein Befestigungswinkel in einer Rollrichtung, einem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_pitch, d. h. ein Befestigungswinkel in einer Neigungsrichtung und Gierrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_yaw d. h. ein Befestigungswinkel in einer Gierrichtung, geneigt mit Bezug auf eine X_B-Achse, eine Y_B-Achse und eine Z_B-Achse des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems. In der vorliegenden Erfindung ist das Koordinatensystem der Sensorerfassungsachsen (die X_S-Achse, die Y_S-Achse und die Z_S-Achse) als ein Sensoren-Koordinatensystem definiert und wird von dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem unterschieden.
• Wenn der Rollrichtungs-Befestigungswinkel, der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel bekannt sind, ist es möglich eine Eulersche-Koordinatentransformationsmatrix C_B ^S zu erhalten, um die Koordinaten des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems in das Sensoren-Koordinatensystem mittels Formel (1) zu transformieren. Durch Anwendung der Koordinatentransformationsmatrix C_B ^S , die mittels der Formel (1) erhalten wurde, in Formel (2), ist es möglich Koordinaten einer Messgröße M_B des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems in eine Messgröße M_S des Sensoren-Koordinatensystems umzuwandeln. Die Messgröße ist hier ein Stellungswinkel oder eine Beschleunigung gemäß einem Berechnungszweck.
  [Mathematische Formel 1] $${\text{C}}_{\text{B}}{}^{\text{S}}=\left(\begin{array}{lll}\text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{p}\hfill & \text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{p}\hfill & -\text{sin}\varphi \text{p}\hfill \\ \text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}-\text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}\hfill & \text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}+\text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}\hfill & \text{cos}\varphi \text{p}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}\hfill \\ \text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}+\text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}\hfill & \text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}-\text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}\hfill & \text{cos}\varphi \text{p}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}\hfill \end{array}\right)$$

  

  
  [Mathematische Formel 2] $${\text{M}}_{\text{S}}={\text{C}}_{\text{B}}{}^{\text{S}}\cdot {\text{M}}_{\text{B}}$$

  
• Auf ähnliche Weise, ist es möglich eine Eulersche-Koordinatentransformationsmatrix C_S ^B zu erhalten, wenn der Rollrichtungs-Befestigungswinkel, der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel bekannt sind, um die Koordinaten des Sensoren-Koordinatensystems in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem mittels Formel (3) zu transformieren. Durch Anwendung der Koordinatentransformationsmatrix C_S ^B , die mittels der Formel (3) erhalten wurde, in Formel (4), ist es möglich Koordinaten einer Messgröße M_S des Sensoren-Koordinatensystems in eine Messgröße M_B des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems umzuwandeln.
  [Mathematische Formel 3] $${\text{C}}_{\text{B}}{}^{\text{S}}=\left(\begin{array}{lll}\text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{p}\hfill & \text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}-\text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}\hfill & \text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}+\text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}\hfill \\ \text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{p}\hfill & \text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}+\text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}\hfill & \text{sin}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{p}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}-\text{cos}\varphi \text{y}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}\hfill \\ -\text{sin}\varphi \text{p}\hfill & \text{cos}\varphi \text{p}\cdot \text{sin}\varphi \text{r}\hfill & \text{cos}\varphi \text{p}\cdot \text{cos}\varphi \text{r}\hfill \end{array}\right)$$

  

  
  [Mathematische Formel 4] $${\text{M}}_{\text{B}}={\text{C}}_{\text{B}}{}^{\text{S}}\cdot {\text{M}}_{\text{S}}$$

  
• Anstelle der vorherigen Eulerschen-Koordinatenumwandlung wird eine Koordinatentransformationsmatrix, die Quaternionen verwendet, ausgedrückt durch Formeln (5) bis (9), in einigen Fällen verwendet.
  [Mathematische Formel 5] $${\text{q}}_0=\text{cos}\left(\varphi \text{y}/\text{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{p}/\text{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{r}/\text{2}\right)+\text{sin}\left(\varphi \text{y}/2\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{p}/2\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{r}/2\right)$$

  

  $${\text{q}}_1=\text{cos}\left(\varphi \text{y}/\text{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{p}/\text{2}\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{r}/\text{2}\right)-\text{sin}\left(\varphi \text{y}/2\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{p}/2\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{r}/2\right)$$

  

  $${\text{q}}_2=\text{cos}\left(\varphi \text{y}/\text{2}\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{p}/\text{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{r}/\text{2}\right)+\text{sin}\left(\varphi \text{y}/2\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{p}/2\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{r}/2\right)$$

  

  $${\text{q}}_3=\text{sin}\left(\varphi \text{y}/\text{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{p}/\text{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\varphi \text{r}/\text{2}\right)-\text{cos}\left(\varphi \text{y}/2\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{p}/2\right)\cdot \text{sin}\left(\varphi \text{r}/2\right)$$

  

  $${\text{C}}_{\text{S}}{}^{\text{B}}=\left(\begin{array}{ccc}{\text{q}}_0^2+{\text{q}}_1^2-{\text{q}}_2^2-{\text{q}}_3^2& 2\left({\text{q}}_1\cdot {\text{q}}_2-{\text{q}}_0\cdot {\text{q}}_3\right)& 2\left({\text{q}}_1\cdot {\text{q}}_3-{\text{q}}_0\cdot {\text{q}}_2\right)\\ 2\left({\text{q}}_1\cdot {\text{q}}_2+{\text{q}}_0\cdot {\text{q}}_3\right)& {\text{q}}_0^2-{\text{q}}_1^2+{\text{q}}_2^2-{\text{q}}_3^2& 2\left({\text{q}}_2\cdot {\text{q}}_3-{\text{q}}_0\cdot {\text{q}}_1\right)\\ 2\left({\text{q}}_1\cdot {\text{q}}_3-{\text{q}}_0\cdot {\text{q}}_2\right)& 2\left({\text{q}}_2\cdot {\text{q}}_3-{\text{q}}_0\cdot {\text{q}}_1\right)& {\text{q}}_0^2-{\text{q}}_1^2-{\text{q}}_2^2+{\text{q}}_3^2\end{array}\right)$$

  
• Konventionell, offenbaren Patentdokumente 1 bis 3 ein Vorgehen zur Berechnung eines Befestigungswinkels einer Positionierungsvorrichtung respektive unter Verwendung der Koordinatenumwandlungsformeln (1) bis (4).
• In Patentdokument 1 wird das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem um 90 Grad um die X-Achse des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems dargestellt in 12 gedreht. Außerdem entsprechen die Längsrichtung (eine Frontseite zeigt positive Polarität an), die vertikale Richtung (eine untere Seite zeigt positive Polarität an) und die Laterale Richtung (eine linke Seite zeigt positive Polarität an) jeweils respektive der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems (Patentdokument 1: 3). Das Patentdokument 1 zielt darauf ab, eine eigene Fahrzeugposition zu schätzen, ohne ein Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs mit der Positionierungsvorrichtung zu verbinden. Die Positionierungsvorrichtung ist an der Fahrzeugkarosserie angebracht, um die Erfassung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs durch Beschleunigungssensoren von zwei oder mehr Achsen zu ermöglichen. Nachfolgend wird die Berechnung des Nullpunkts der Ausgabe des Beschleunigungssensors und des Befestigungswinkels der Positionierungsvorrichtung in Patentdokument 1 kurz beschrieben.
• Als erstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Nullpunkts erläutert.
• Ausgehend davon, ob eine Wellenform eines Ausgabesignal des Triaxial-Beschleunigungssensors auf einem vorgegebenen Niveau oder mehr schwankt, wird bestimmt ob das Fahrzeug fährt oder steht (Patentdokument 1: 3) . Wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug stoppt, wird die Ausgabe jeder Achse des Beschleunigungssensors als der Nullpunkt für jede Achse gespeichert. Anschließend wird der Nullpunkt von der Ausgabe jeder Achse des Beschleunigungssensors subtrahiert, um die Beschleunigung (Ax, Ay, und Az) jeder Achse [m/s²] zu erhalten (Patentdokument 1: Paragraphen [0020] bis [0027]).
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels erläutert.
• Wenn ein Nullpunkt erfasst wird und das Fahrzeug dann auf einer horizontalen Oberfläche (A = 0) stoppt, wird der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θsz mit Formel (10) berechnet (Patentdokument 1: Paragraphen [0036] bis [0038]).
  [Mathematische Formel 6] $$\begin{array}{l}\text{Ax}=\text{A}\cdot \text{cos}\theta \text{ sz}-\text{G}\cdot \text{sin}\theta \text{ sz}\\ \theta \text{ sz}=-{\text{sin}}^{-1}\left(\text{Ax}/\text{G}\right)\end{array}$$

  
• Ferner wenn das Fahrzeug auf der geneigten (θrz) Straße stoppt (A = 0) und wenn ein Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θsz 0 ist, wird ein Straßenneigungswinkel (θrz) mit Formel (11) berechnet (Patentdokument 1: Paragraphen [0033] bis [0035]).
  [Mathematische Formel 7] $$\begin{array}{l}\text{Ax}=\text{A}-\text{G}\cdot \text{sin}\theta \text{rz}\\ \theta \text{ rz}=-{\text{sin}}^{-1}\left(\text{Ax}/\text{G}\right)\end{array}$$

  
• Wenn der Beschleunigungssensor an der Fahrzeugkarosserie im Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θsz befestigt ist und das Fahrzeug auf einer geneigten (θrz) Straße fährt, ist es nicht möglich den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θsz direkt zu beziehen. Daher wird der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θsz unter Verwendung des Straßenneigungswinkels θrz, der in einem Kartenspeicher gespeichert ist, während eines Stopps (A = 0) mit der Formel (12) berechnet (Patentdokument 1: Paragraphen [0041] bis [0045] und [0088]).
  [Mathematische Formel 8] $$\begin{array}{l}\text{Ax}=\text{A}\cdot \text{cos}\theta \text{ sz}-\text{G}\cdot \text{sin}\left(\theta \text{ rz}+\theta \text{ sz}\right)\\ \theta \text{ sz}=-{\text{sin}}^{-1}\left(\text{Ax}/\text{G}\right)-\theta \text{ rz}\end{array}$$

  
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Rollrichtungs-Befestigungswinkels erläutert.
• Ähnlich wie der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θsz, wird der Straßenneigungswinkel θrx, der in dem Kartenspeicher gespeichert ist, verwendet, um den Rollrichtungs-Befestigungswinkel θsy mit der Formel (13) während eines Stopps zu berechnen.
  [Mathematische Formel 9] $$\begin{array}{l}\text{Az}=\text{A}\cdot \text{cos}\theta \text{ sx}-\text{G}\cdot \text{sin}\left(\theta \text{ rx}+\theta \text{ sx}\right)\\ \theta \text{ sx}=-{\text{sin}}^{-1}\left(\text{Az}/\text{G}\right)-\theta \text{ rx}\end{array}$$

  
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Gierrichtungs-Befestigungswinkels erläutert.
• Eine Längsbeschleunigung A und ein Gierrichtungs-Befestigungswinkel θsy werden simultan durch Lösung der simultan Gleichungen der Formeln (14) und (15) während einer linearen Fahrt berechnet.
  [Mathematische Formel 10] $$\text{Ax}=\text{A}\cdot \text{cos}\theta \text{ sy}$$

  

  $$\text{Az}=-\text{A}\cdot \text{sin}\theta \text{ sy}$$

  
• Zusätzlich, wird basierend auf dem Verhältnis zwischen einer Geschwindigkeit Vx, die durch Integrieren der Ausgabe Ax des Beschleunigungssensors während linearen Fahrens und einer GPS-Geschwindigkeit V_GPS der Gierrichtungs-Befestigungswinkel θy durch die Formeln (16) und (17) (Patentdokument 1: Paragraphen [0051] bis [0057]) berechnet.
  [Mathematische Formel 11] $$\text{Vx}={\text{V}}_{\text{GPS}}\cdot \text{cos}\theta \text{ sy}$$

  

  $$\theta \text{ sy}=-{\text{cos}}^{-1}\left(\text{Vx}/{\text{V}}_{\text{GPS}}\right)$$

  
• Außerdem ist in Patentdokument 2 das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem dasselbe wie das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem dargestellt in 12 (Patentdokument 2: 2) . Patentdokument 2 umfasst eine erste autonome Positionierungsberechnungseinheit, die einen Wegstreckenzähler (Raddrehgeschwindigkeit) und einen zweiachsigen Winkelgeschwindigkeitssensor (eine Giergeschwindigkeit und eine Neigungsrate) umfasst und eine zweite autonome Positionierungsberechnungseinheit, die einen Triaxial-Beschleunigungssensor umfasst (Patentdokument 2: 1). Aus der Differenz zwischen autonomen Positionierungsergebnissen der jeweils ersten autonomen Positionierungsberechnungseinheit und der zweiten autonomen Positionierungsberechnungseinheit werden ein Skalierungsfaktorfehler des Wegstreckenzählers und ein Befestigungswinkelfehler der Positionierungsvorrichtung erhalten. Die erste autonome Positionierungsberechnungseinheit und die zweite autonome Positionierungsberechnungseinheit korrigieren diese Fehler. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Berechnung eines Befestigungswinkelfehlers in Patentdokument 2 kurz erläutert.
• Die erste autonome Positionierungsberechnungseinheit berechnet eine Geschwindigkeit V₁ und eine Bewegungsstrecke L₁ von dem Wegstreckenzähler (Raddrehgeschwindigkeit n) durch Formel (18), integriert die zweiachsige Winkelgeschwindigkeit (eine Giergeschwindigkeit ωy und eine Neigungsrate ωp) und berechnet einen Azimutwinkel θy und einen Neigungswinkel θp.
  [Mathematische Formel 12] $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_1=\text{n}\left(\text{rpm}\right)\cdot \text{SF},& {\text{L}}_{\text{1}}={\displaystyle \int {\text{V}}_1\text{dt}}\end{array}$$

  
• Zusätzlich berechnet die erste autonome Positionierungsberechnungseinheit verschiedene Bewegungsstrecken mit Formeln (19) bis (22) unter Verwendung der Geschwindigkeit V₁ , des Azimutwinkels θy und des Neigungswinkels θp.
  [Mathematische Formel 13] $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{H1}}={\text{V}}_{\text{1}}\cdot \text{cos}\theta \text{ p},& {\text{L}}_{\text{H1}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{H1}}\text{dt}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{V1}}={\text{V}}_{\text{1}}\cdot \text{sin p},& {\text{L}}_{\text{V1}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{V1}}\text{dt}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{HE1}}={\text{V}}_{\text{H1}}\cdot \text{sin}\theta \text{ y},& {\text{L}}_{\text{HE1}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{HE1}}\text{dt}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{HN1}}={\text{V}}_{\text{H1}}\cdot \text{cos}\theta \text{ y},& {\text{L}}_{\text{HN1}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{HN1}}\text{dt}}\end{array}$$

  
• Die zweite autonome Positionierungsberechnungseinheit berechnet eine Geschwindigkeit V₂ und eine Bewegungsstrecke L₂ aus den Beschleunigungen (A_Sx, A_Sy, and A_Sz), die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor mit Formel (23) gemessen wurden.
  [Mathematische Formel 14] $$\begin{array}{cc}\text{V}2={\displaystyle \int \sqrt{\left({\text{A}}_{\text{s}}{\text{x}}^2+{\text{A}}_{\text{s}}{\text{y}}^2+{\text{A}}_{\text{s}}{\text{z}}^2\right)\text{dt}}},& {\text{L}}_{\text{2}}={\displaystyle \int {\text{V}}_2\text{dt}}\end{array}$$

  
• Zusätzlich berechnet die zweite autonome Positionierungsberechnungseinheit verschiedene Bewegungsstrecken mit Formeln (24) bis (28) unter Verwendung einer Geschwindigkeit V₂ , eines Azimutwinkels θy und eines Neigungswinkels θp.
  [Mathematische Formel 15] $${\text{A}}_{\text{H}}\text{x}={\text{A}}_{\text{s}}\text{x}\cdot \text{cos}\theta \text{ p}+{\text{A}}_{\text{s}}\text{z}\cdot \text{sin}\theta \text{ p}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{H2}}={\displaystyle \int \sqrt{\left({\text{A}}_{\text{H}}{\text{x}}^2+{\text{A}}_{\text{s}}{\text{y}}^2\right)\text{dt}}},& {\text{L}}_{\text{H2}}\end{array}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{H2}}\text{dt}}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{V2}}={\displaystyle \int \left({\text{A}}_{\text{S}}\text{x}\cdot \text{sin}\theta \text{ p}-{\text{A}}_{\text{S}}\text{z}\cdot \text{cos}\theta \text{ p}\right)}\text{dt},& {\text{L}}_{\text{V2}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{V2}}\text{dt}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{HE2}}={\displaystyle \int \left({\text{A}}_{\text{H}}\text{x}\cdot \text{sin}\theta \text{ y}-{\text{A}}_{\text{S}}\text{y}\cdot \text{cos}\theta \text{ y}\right)}\text{dt},& {\text{L}}_{\text{HE2}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{HE2}}\text{dt}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{\text{V}}_{\text{HN2}}={\displaystyle \int \left({\text{A}}_{\text{H}}\text{x}\cdot \text{cos}\theta \text{ y}-{\text{A}}_{\text{S}}\text{y}\cdot \text{sin}\theta \text{ y}\right)}\text{dt},& {\text{L}}_{\text{HN2}}={\displaystyle \int {\text{V}}_{\text{HN2}}\text{dt}}\end{array}$$

  
• Die erste autonome Positionierungsberechnungseinheit und die zweite autonome Positionierungsberechnungseinheit berechnen einen Skalierungsfaktorfehler δSF, einen Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel δθp und einen Gierrichtungs-Befestigungswinkelfehler δθy mit Formeln (29) bis (31) basierend auf den verschiedenen Bewegungsstrecken . Die erste autonome Positionierungsberechnungseinheit und die zweite autonome Positionierungsberechnungseinheit korrigieren den Skalierungsfaktor SF, den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θp und den Gierrichtungs-Befestigungswinkelfehler θy mit Formeln (32) bis (34) .
  [Mathematische Formel 16] $$\delta \text{SF}=\left({\text{L}}_1-{\text{L}}_2\right)/{\text{L}}_1$$

  

  $$\delta \theta \text{ p}={\text{tan}}^{-1}\left({\text{L}}_{\text{V1}}/{\text{L}}_{\text{H}1}\right)-{\text{tan}}^{-1}\left({\text{L}}_{\text{V2}}/{\text{L}}_{\text{H2}}\right)$$

  

  $$\delta \theta \text{ y}={\text{tan}}^{-1}\left({\text{L}}_{\text{HE1}}/{\text{L}}_{\text{HN}1}\right)-{\text{tan}}^{-1}\left({\text{L}}_{\text{HE2}}/{\text{L}}_{\text{HN2}}\right)$$

  

  
  [Mathematische Formel 17] $$\text{SF}=\text{SF}\left(1-\delta \text{ SF}\right)$$

  

  $$\theta \text{ p}=\theta \text{ p}-\delta \theta \text{ p}$$

  

  $$\theta \text{ y}=\theta \text{ y}-\delta \theta \text{ y}$$

  
• In Patentdokument 3 unterscheidet sich das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem nur in der Polarität der Z-Achse des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems dargestellt in 12 gedreht. Außerdem entsprechen die Längsrichtung (die Frontseite zeigt positive Polarität an), die laterale Richtung (eine rechte Seite zeigt positive Polarität an) und die vertikale Richtung (eine obere Seite zeigt positive Polarität an) respektive der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse (Patentdokument 3: 2). Ähnlich wie Patentdokument 1 zielt Patentdokument 3 darauf ab, eine Fahrzeugposition zu schätzen, ohne ein Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs mit der Positionierungsvorrichtung zu verbinden. Patentdokument 3 nimmt an, dass die Vorrichtung wiederholt entfernt und installiert wird und der Befestigungswinkel jedes Mal unterschiedlich ist. Patentdokument 3 umfasst einen einachsigen Winkelgeschwindigkeitssensor, einen Triaxial-Beschleunigungssensor und einen GPS-Empfänger. Nachfolgend wird die Berechnung des Nullpunkts der Ausgabe des Beschleunigungssensors und des Befestigungswinkels der Vorrichtung in Patentdokument 3 kurz beschrieben.
• Als erstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Nullpunkts erläutert.
• Wenn die Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensors zu einem bestimmten Zeitpunkt (z. B. drei Sekunden) innerhalb eines beliebigen Variationsbereichs fällt, wird bestimmt, dass das Fahrzeug gestoppt ist. Wenn die Ausgabe nicht innerhalb des beliebigen Variationsbereichs fällt, wird bestimmt, dass das Fahrzeug fährt. Wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug stoppt, wird der Mittelwert der Ausgaben von jeder Achse des Beschleunigungssensors erhalten. Bis der Mittelwert erhalten wieder wird wenn das Fahrzeug zu einem anderen Punkt stoppt, wird dieser Mittelwert als der Nullpunkt behalten (A_Sx_bias , A_Sy_bias , und A_Sz_bias ). Zusätzlich ändert sich der Nullpunktfehler gemäß einer Temperatur und einer Straßenneigung (Patentdokument 3: Paragraphen [0048] bis [0058]).
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels erläutert.
• Der Beschleunigungssensor wird von der Fluktuation des Nullpunkts, aufgrund einer Temperaturabweichung und Gravitation beeinflusst, und deshalb wird der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel nur innerhalb von 10 m nach Abfahrt des Fahrzeugs berechnet. In dem Fall, in dem der Gierrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel klein sind, wird der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel θp einfach mit Formeln (35) bis (37) (Patentdokument 3: Paragraphen [0061] bis [0065]) berechnet. Es ist zu beachten, dass A eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentiert.
  [Mathematische Formel 18] $$\Delta \text{ Ax}={\text{A}}_{\text{sX}}{\text{-A}}_{\text{sX}}{}_{\text{bias}}={\text{A}}_{\text{BX}}\cdot \text{sin }\theta \text{ p}$$

  

  $$\Delta \text{ Az}={\text{A}}_{\text{sZ}}{\text{-A}}_{\text{sZ}}{}_{\text{bias}}=-{\text{A}}_{\text{BX}}\cdot \text{cos }\theta \text{ p}$$

  

  $$\theta \text{ p}={\text{tan}}^{-1}\left(\Delta \text{Ax/}\Delta \text{Az}\right)$$

  
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Gierrichtungs-Befestigungswinkels erläutert.
• Zum gleichen Zeitpunkt wie die Berechnung des Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels wird der Gierrichtungs-Befestigungswinkel berechnet. Wenn der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel klein sind, wird der Gierrichtungs-Befestigungswinkel θy einfach mit Formeln (38) bis (40) (Patentdokument 3: Paragraph [0065]) berechnet.
  [Mathematische Formel 19] $$\Delta \text{ Ax}={\text{A}}_{\text{sX}}{\text{-A}}_{\text{sX}}{}_{\text{bias}}={\text{A}}_{\text{BX}}\cdot \text{cos }\theta \text{ y}$$

  

  $$\Delta \text{ Ay}={\text{A}}_{\text{sZ}}{\text{-A}}_{\text{sZ}}{}_{\text{bias}}=-{\text{A}}_{\text{BX}}\cdot \text{sin }\theta \text{ y}$$

  

  $$\theta \text{ y}={\text{tan}}^{-1}\left(-\Delta \text{Ay/}\Delta \text{Ax}\right)$$

  
• Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung eines Rollrichtungs-Befestigungswinkels erläutert.
• Eine Fliehkraft wird basierend auf der GPS-Geschwindigkeit und der Giergeschwindigkeit von dem einachsigen Winkelgeschwindigkeitssensor berechnet. Wenn die Fliehkraft gleich oder größer als ein gewisser Wert ist, ist der Rollrichtungs-Befestigungswinkel berechnet. Wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel und der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel klein sind, wird der Rollrichtungs-Befestigungswinkel θr einfach mit Formeln (41) bis (43) (Patentdokument 3: Paragraphen [0066] bis [0074]) berechnet.
  [Mathematische Formel 20] $$\Delta {\text{A}}_{\text{Y}}={\text{A}}_{\text{sZ}}-{\text{A}}_{\text{sZ}}\text{ Nullpunkt }={\text{ A}}_{\text{BY}}\cdot \text{cos }\theta \text{ r}$$

  

  $$\Delta {\text{A}}_{\text{Z}}={\text{A}}_{\text{sZ}}-{\text{A}}_{\text{sZ}}\text{ Nullpunkt }=-{\text{A}}_{\text{BY}}\cdot \text{sin }\theta \text{ r}$$

  

  $$\theta \text{ r}=-{\text{tan}}^{-1}\left(\Delta \text{Az}/\Delta \text{Ay}\right)$$

  
• Als nächstes wird Korrektur eines Befestigungswinkels erläutert.
• Wenn zwei oder mehr Befestigungswinkel gleich oder größer als ein Schwellenwert (z. B. fünf Grad) sind, wird der Befestigungswinkel durch eine Kombination der Befestigungswinkel gleich oder größer als der Schwellenwert korrigiert. Wenn z. B. der Rollrichtungs-Befestigungswinkel 0 ist und der Gierrichtungs-Befestigungswinkel und der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel gleich oder größer als der Schwellenwert sind, wird der Gierrichtungs-Befestigungswinkel durch die Formeln (44) bis (47) während der linearen Fahrt korrigiert (Patentdokument 3: Paragraphen [0066] bis [0081]).
  [Mathematische Formel 21] $$\Delta \text{ Ax}={\text{A}}_{\text{B}}\text{x}\left(\text{cos }\theta \text{ y}\cdot \text{cos }\theta \text{ p}\right)$$

  

  $$\Delta \text{ Ay}={\text{A}}_{\text{B}}\text{x}\left(\text{cos }\theta \text{ y}\cdot \text{sin }\theta \text{ p}\cdot \text{sin }\theta \text{ r}-\text{sin }\theta \text{ y}\cdot \text{cos }\theta \text{ r}\right)$$

  

  $$\Delta \text{ Az}={\text{A}}_{\text{B}}\text{x}\left(\text{cos }\theta \text{ y}\cdot \text{sin }\theta \text{ p}\cdot \text{cos }\theta \text{ r}+\text{sin }\theta \text{ y}\cdot \text{sin }\theta \text{ r}\right)$$

  

  $$\theta \text{ y}=-{\text{tan}}^{-1}\left(\Delta \text{Ay}/\Delta \text{Ax}\cdot \text{cos }\theta \text{ p}\right)$$

  
• <Problem 1>
• Konventionell erfasst der Beschleunigungssensor den Einfluss der Gravitation. Folglich ist es möglich den Winkel, in dem der Beschleunigungssensor in der Neigungsrichtung geneigt ist, zu schätzen, basierend auf der Ausgabe jeder Achse des Beschleunigungssensors während eines Stopps. Jedoch war es schwierig zu unterscheiden und zu bestimmen ob der Beschleunigungssensor geneigt ist, aufgrund der Neigung der Straße, des Befestigungswinkels der Vorrichtung oder der Fluktuation der Sensorausgabe aufgrund einer Temperaturabweichung. Das heißt, wenn bekannt ist, dass sich das Fahrzeug auf einer horizontalen Ebene befindet, in einem Fall dargestellt in den 14 und 16, ist es möglich den Nullpunkt aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors während Stoppens und horizontalem, ebenen, gleichmäßigen Fahrens zu erhalten, und aus dem Nullpunkt den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel zu erhalten (siehe z. B. 17). Wenn jedoch nicht bekannt ist, ob sich das Fahrzeug auf der horizontalen Ebene befindet, dann kann sich das Fahrzeug auf einer geneigten Fläche befinden, so wie in 15 dargestellt. Daher ist es nicht möglich den Nullpunkt aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors zu erhalten. Darum ist es gewöhnlich ein Problem zu bestimmen, ob sich das Fahrzeug auf der horizontalen Ebene befindet. Außerdem wie in den 18 bis 21 dargestellt, besteht ein ähnliches Problem für die Rollrichtung wie für die Neigungsrichtung.
• Als Reaktion auf das vorhergehende Problem, hat die Berechnung des Nullpunkts des Beschleunigungssensors in Patentdokument 1 und Patentdokument 3 das nachfolgende Problem. Das heißt, der Nullpunkt wird aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors während eines Stopps ermittelt, ohne besonders effektive Bedingungen hinzuzufügen, und deshalb kann das obige Problem nicht unbedingt gelöst werden. Obwohl die Temperaturabweichung während der Fahrt den Nullpunkt schwanken lässt, wird die Temperaturabweichung nicht unbedingt unterstützt.
• Zusätzlich zu dem vorherigen Problem hat die Berechnung des Befestigungswinkels in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung in Patentdokument 1 die folgenden Probleme.
1. (1) Während des Stopps, nach Berechnung des Nullpunkts wird der Befestigungswinkel aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors ermittelt, wenn das Fahrzeug auf der horizontalen Oberfläche gestoppt wurde. Jedoch ist kein Verfahren zur Unterscheidung und Berechnung der Fluktuation des Nullpunkts und des Befestigungswinkels offenbart, wenn die Temperaturabweichung den Nullpunkt schwanken lässt.
2. (2) Ein Verfahren zur korrekten Bestimmung, ob sich das Fahrzeug auf einer horizontalen Ebene befindet ist nicht offenbart und dadurch ist die Berechnungsgenauigkeit des Befestigungswinkels nicht unbedingt hoch.
3. (3) Der Befestigungswinkel wird unter Verwendung des in den Kartendaten enthaltenen Straßenneigungswinkels oder des Straßenschräglagewinkels berechnet. Wenn jedoch kein Kartenabgleich korrekt durchgeführt wird oder sich die Straßen außerhalb der Straße befinden oder die Straßendaten keinen Straßenneigungswinkel und Straßenschräglagewinkel enthalten, kann der Befestigungswinkel nicht berechnet werden.
4. (4) Der Straßenneigungswinkel und der Straßenschräglagewinkel sind die mittleren Winkel eines Datenabschnitts und geringfügig unterschiedlich zu dem Winkel eines Stopppunkts und daher ist die Erfassungsgenauigkeit des Befestigungswinkels nicht unbedingt hoch.
• Zusätzlich zu dem vorherigen Problem hat die Berechnung des Befestigungswinkels in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung in Patentdokument 2 die folgenden Probleme.
1. (1) Ein Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel wird basierend auf der Differenz zwischen dem entsprechenden Positionierungsergebnis (verschiedene Bewegungsstrecken) in der ersten autonomen Positionierungsberechnungseinheit, die den Wegstreckenzähler und den zweiachsigen Winkelgeschwindigkeitssensor umfasst, und der zweiten autonomen Positionierungsberechnungseinheit, die den Triaxial-Beschleunigungssensor umfasst, ermittelt. Jedoch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass der Befestigungswinkel aufgrund eines Integralfehlers fehlerhaft erfasst wird, wenn die Bewegungsstrecke verwendet wird, die durch doppelte Integration der Beschleunigung als eine Referenz erhalten wird.
2. (2) Ein wirksamer Mechanismus, der die Temperaturabweichung bei Verwendung des Winkelgeschwindigkeitssensors und des Beschleunigungssensors korrigiert, wird nicht offenbart. Daher besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die Berechnungsgenauigkeit des Befestigungswinkels mit der Zeit abnimmt.
3. (3) Die Verwendung eines hochpräzisen Beschleunigungssensors mit einem kleinen Integralfehler, eines Winkelgeschwindigkeitssensors mit einer kleinen Temperaturabweichung oder eines Beschleunigungssensors erhöht die Kosten. Außerdem ist es nicht möglich den Rollrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen.
• Zusätzlich zu dem vorherigen Problem hat die Berechnung des Befestigungswinkels in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung in Patentdokument 3 die folgenden Probleme.
1. (1) Es ist offenbart, dass ein Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel berechnet wird bis das Fahrzeug eine gewisse Distanz nach der Abfahrt gefahren ist und ein Rollrichtungs-Befestigungswinkel wird während des Abbiegens berechnet, wodurch Fliehkraft erzeugt wird, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Jedoch kann unter solchen Berechnungsbedingungen der Befestigungswinkel nicht korrekt berechnet werden während das Fahrzeug fährt, ohne eindeutig nach rechts oder links abzubiegen.
2. (2) Die zur Berechnung des Befestigungswinkels verwendete Berechnungsformel ist simpel und daher ist die Berechnungsgenauigkeit nicht unbedingt hoch. Außerdem ist eine Messung in dem Fall in dem die Befestigungswinkel bei der Befestigung stark in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung geneigt sind nicht offenbart.
• <Problem 2>
• Während der Fahrt auf der horizontalen Ebene nach der Berechnung des Befestigungswinkels in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung, und selbst in einem der Zustände in den 22 und 23, ist es möglich eine Giergeschwindigkeit zu messen. Deshalb ist es nicht möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel aus der Giergeschwindigkeit zu berechnen.
• Als Reaktion auf dieses Problem hat die Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkel in Patentdokument 1, 2 und 3 die nachfolgenden Probleme.
1. (1) Wie in Problem 1 erläutert, ist die Berechnungsgenauigkeit des Nullpunkts des Beschleunigungssensors und des Befestigungswinkels in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung nicht unbedingt ausreichend. Ferner ist es nicht möglich die Fahrt auf der horizontalen Ebene korrekt zu Bestimmen. Daher verursacht die Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels in einem Zustand, der so einen Fehler beinhaltet, auch einen Fehler in dem Gierrichtungs-Befestigungswinkel.
2. (2) Patentdokument 1 offenbart außerdem ein Verfahren, das eine GPS-Geschwindigkeit verwendet, offenbart jedoch keine Gegenmaßnahme in dem Fall in dem die Genauigkeit der GPS-Geschwindigkeit abnimmt. Daher hat Patentdokument 1 ein Problem, dass in Verbindung mit dem Fehler der GPS-Geschwindigkeit ein Fehler in dem Gierrichtungs-Befestigungswinkel auftritt.
3. (3) Patentdokument 2 hat dasselbe Problem wie das Problem erläutert in Problem 1.
4. (4) Patentdokumente 1, 2 und 3 offenbaren Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels aus der Ausgabe des Beschleunigungssensors, jedoch wird das Berechnungsergebnis nicht basierend auf der Ausgabe eines anderen Sensors verifiziert. Daher haben Patentdokumente 1, 2 und 3 ein Problem, dass es nicht möglich ist den Verfall der Berechnungsgenauigkeit oder fehlerhafte Berechnung zu unterdrücken.
• <Erstes Ausführungsbeispiel>
• Als erstes wird eine Konfiguration einer Positionierungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. In diesem Fall ist die Positionierungsvorrichtung in einem Fahrzeug installiert, das ein beweglicher Körper ist (nachfolgend auch als ein eigenes Fahrzeug bezeichnet).
• 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer Positionierungsvorrichtung zeigt.
• Wie dargestellt in 1 umfasst die Positionierungsvorrichtung einen GNSS-Empfänger 1, einen Geschwindigkeitssensor 2, einen Triaxial-Beschleunigungssensor 3, einen Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 und eine Steuerung 5.
• Der GNSS-Empfänger 1 empfängt Funkwellen von GPS-Satelliten und misst eine eigene Fahrzeugposition (aktuelle Position) des Fahrzeugs in dem der GNSS-Empfänger 1 installiert ist. Der GNSS-Empfänger 1 gibt das Positionierungsergebnis als Position, eine Azimutrichtung und triaxiale Geschwindigkeiten (eine Längsrichtung Geschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit) und gibt Rohdaten von jedem GPS-Satelliten, die zur Positionierungsberechnung verwendet werden (eine Satellitenflugbahn (Ephemeride), eine pseudo Entfernung ermittelt durch Konvertierung einer Funkwellenausbreitungszeit zwischen dem GPS-Satelliten und dem eigenen Fahrzeug, und einer Doppler Frequenzverschiebung einer Satellitenfunkwelle).
• Der Geschwindigkeitssensor 2 gibt ein Pulssignal entsprechend einer Bewegungsstrecke des Fahrzeugs aus. Der Triaxial-Beschleunigungssensor 3 gibt die triaxialen Beschleunigungen (eine X-Achsen-Beschleunigung, ein Y-Achsen-Beschleunigung und eine Z-Achsen-Beschleunigung) aus, d. h. Beschleunigungen der drei Achsen in dem Sensoren-Koordinatensystem pro vorbestimmten Zyklus. Der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 gibt triaxiale Winkelgeschwindigkeiten (eine Rollrate, eine Neigungsrate und eine Giergeschwindigkeit) aus, d. h. Winkelgeschwindigkeiten der drei Achsen in einem Sensoren-Koordinatensystem pro vorbestimmten Zyklus.
• Die Steuerung 5 umfasst eine Entfernungsmesseinheit 51, eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, eine Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53, eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54, eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55, eine Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, eine Triaxial-Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57, eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit 58, und eine Positionsschätzungseinheit 59.
• Basierend auf Ausgaben des GNSS-Empfängers 1, des Geschwindigkeitssensors 2, des Triaxial-Beschleunigungssensors 3 und des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4, berechnet die Steuerung 5 eine Position, eine Azimutrichtung und eine Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs (nachfolgend als eigene Fahrzeug Positionsinformation bezeichnet). Selbst wenn die Positionierungsvorrichtung in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem geneigt ist und in der Fahrzeugkarosserie installiert ist, berechnet die Steuerung 5 die Befestigungswinkel der drei Achsen (ein Rollrichtungs-Befestigungswinkel um die X-Achse, ein Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel um eine Y-Achse und ein Gierrichtungs-Befestigungswinkel um eine Z-Achse) und wandelt die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Sensoren-Koordinatensystems in die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems basierend auf dem berechneten Befestigungswinkel, der für die Berechnung der eigenen Fahrzeugpositionsinformation, um. Der GNSS-Empfänger 1 berechnet die eigene Fahrzeugpositionsinformation basierend auf den Rohdaten, die durch empfangen der Satellitenfunkwelle über die GNSS-Antenne ermittelt werden. Dieses berechnete eigene Fahrzeug Positionsinformation wird insbesondere auch als ein GPS-Positionierungsergebnis bezeichnet.
• Die Entfernungsmesseinheit 51 berechnet eine momentane Bewegungsstrecke, Geschwindigkeit und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs basierend auf dem Pulssignal gemessen von dem Geschwindigkeitssensor 2 pro vorbestimmten Zyklus.
• Die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 berechnet als einen Nullpunkt die Ausgabe jeder Achse des Triaxial-Beschleunigungssensors 3, wenn das Fahrzeug linear, mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit, auf einer horizontalen Ebene (horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt) in dem Sensoren-Koordinatensystem fährt. Die Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53 subtrahiert den Nullpunkt, der von der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 berechnet wurde, von der Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensors 3.
• Die Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54 berechnet als den Nullpunkt die Ausgabe jeder Achse des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4, wenn die Winkelgeschwindigkeit nicht während des Stopps in dem Sensoren-Koordinatensystem erzeugt wird. Die Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 subtrahiert den Nullpunkt, der von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54 berechnet wurde, aus der Ausgabe des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4.
• Die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet die Befestigungswinkel der drei Achsen (den Rollrichtungs-Befestigungswinkel, den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und den Gierrichtungs-Befestigungswinkel). Die Triaxial-Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57 wandelt die Koordinaten der Ausgabe der Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53 in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem um, basierend auf den Befestigungswinkeln der drei Achsen, die von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wurden. Die Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit 58 wandelt die Koordinaten der Ausgabe der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem um, basierend auf den Befestigungswinkeln der drei Achsen, die von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wurden. Die eigene Fahrzeug Positionsschätzungseinheit 59 schätzt die Position, die Azimutrichtung, den Stellungswinkel und die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs pro vorbestimmte Zeit.
• 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration der Positionierungsvorrichtung zeigt.
• Jede Funktion der Entfernungsmesseinheit 51, der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, der Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55, der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, der triaxialen Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinhe it 58, und der Positionsschätzungseinheit 59 der Positionierungsvorrichtung ist durch einen Verarbeitungskreislauf realisiert. Das heißt, die Positionierungsvorrichtung umfasst den Verarbeitungskreislauf der die momentane Bewegungsstrecke, Geschwindigkeit und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet, berechnet als den Nullpunkt die Ausgabe der jeweiligen Achse in dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3, wenn das Fahrzeug die horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt durchführt, subtrahiert den Nullpunkt, der von der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 aus der Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensors 3 berechnet wird, berechnet als den Nullpunkt die Ausgabe der jeweiligen Achse des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4, wenn die Winkelgeschwindigkeit nicht während des Stopps erzeugt wird, subtrahiert den Nullpunkt, der von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54 aus der Ausgabe des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 berechnet wurde, berechnet die Befestigungswinkel der drei Achsen, wandelt die Koordinaten der Ausgabe der Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53 in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem um, wandelt die Koordinaten der Ausgabe der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem um und schätzt die Position, die Azimutrichtung, den Stellungswinkel und die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs. Der Verarbeitungskreislauf ist ein Prozessor 6 (eine zentrale Prozessoreinheit, eine Verarbeitungsvorrichtung, ein arithmetisches Betriebsgerät, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP)), der ein Programm, das in einem Speicher 7 gespeichert ist, ausführt.
• Jede Funktion der Entfernungsmesseinheit 51, der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, der Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55, der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, der triaxialen Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit 58, und der Positionsschätzungseinheit 59 der Positionierungsvorrichtung ist durch Software, Firmware oder eine Kombination aus der Software und der Firmware realisiert. Die Software oder die Firmware wird als ein Programm beschrieben und ist in dem Speicher 7 gespeichert. Der Verarbeitungskreislauf realisiert die Funktion jeder Einheit durch lesen und ausführen des Programms, das in dem Speicher 7 gespeichert ist. Das heißt die Positionierungsvorrichtung umfasst den Speicher 7, der das Programm speichert zur späteren Ausführung eines Schritts zur Berechnung der momentanen Bewegungsstrecke, Geschwindigkeit und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, eines Schritts zur Berechnung der Ausgabe jeder Achse in dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 als Nullpunkt, wenn das Fahrzeug die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt, eines Schritts zum Subtrahieren des Nullpunkts, der von der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 berechnet wurde, von der Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensors 3, eines Schritts zur Berechnung der Ausgaben jeder Achse des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4 als den Nullpunkt, wenn die Winkelgeschwindigkeit nicht während des Stopps erzeugt wird, eines Schritts zum Subtrahieren des Nullpunkts, der von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54 berechnet wurde, von der Ausgabe des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4, eines Schritts zur Berechnung des Befestigungswinkels der drei Achsen, eines Schritts zur Umwandlung der Koordinaten der Ausgabe der Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53 in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, eines Schritts zur Umwandlung der Koordinaten der Ausgabe der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, und eines Schritts zur Schätzung der Position, der Azimutrichtung, des Stellungswinkels und der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs. Diese Programme veranlassen einen Computer dazu, die Prozesse oder Verfahren der Entfernungsmesseinheit 51, der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, der Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55, der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, der triaxialen Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57, der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit 58, und der eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 auszuführen. Hier entspricht der Speicher einem nichtflüchtigen oder einem flüchtigen Halbleiterspeicher wie einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff, einem Nurlese-Speicher, einem Flash-Speicher, ein EPROM oder einem EEPROM, einer magnetischen Platte, einer flexiblen Platte, einer optischen Disk, einer Compact Disk, einer Minidisk und einer DVD.
• Als nächstes wird der Betrieb der Positionierungsvorrichtung erläutert.
• 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Positionierungsvorrichtung darstellt. In diesem Zusammenhang wird der in 3 dargestellte Betrieb pro vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
• In Schritt S101 bestimmt die Steuerung 5, ob Initialisierung in diesem Zyklus nötig ist oder nicht. Wenn Initialisierung notwendig ist geht der Prozess zu Schritt S102 über. Andererseits, wenn die Initialisierung nicht notwendig ist, geht der Prozess zu Schritt S103 über.
• In Schritt S102 initialisiert die Steuerung 5 die Positionierungsverarbeitung.
• In Schritt S103 berechnet die Entfernungsmesseinheit 51 die Bewegungsstrecke durch Multiplizieren der Zahl der Pulssignale, die von dem Geschwindigkeitssensor 2 in diesem Zyklus gemessen wurden, mit einem Koeffizienten, der in eine Entfernung konvertiert wurde, berechnet die Geschwindigkeit aus der Unterscheidung der Bewegungsstrecke und berechnet die Längsbeschleunigung aus der Unterscheidung der Geschwindigkeit.
• In Schritt S104 bestimmt die Steuerung 5 ob das Fahrzeug gestoppt ist oder nicht, basierend auf der Geschwindigkeit, die von der Entfernungsmesseinheit 51 in Schritt S103 berechnet wurde. Wenn das Fahrzeug gestoppt ist, geht der Prozess zu Schritt S105 über. Andererseits, wenn das Fahrzeug nicht gestoppt ist (d.h. das Fahrzeug fährt) geht der Prozess zu Schritt S106 über.
• In Schritt S105 berechnet die Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54 für die Winkelgeschwindigkeiten (die Rollrate, die Neigungsrate und die Giergeschwindigkeit), die vom Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 während des Stopps ausgegeben werden, die Winkelgeschwindigkeit, wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich oder größer als der vorgegebene Schwellenwert nicht erzeugt wird, als den Nullpunkt der Winkelgeschwindigkeit, die vom Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 ausgegeben wird.
• In Schritt S106 berechnet die Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 Zeitintegration der Winkelgeschwindigkeit erhalten durch Subtrahieren des Nullpunkts der Winkelgeschwindigkeit, berechnet durch die Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54, von der Winkelgeschwindigkeit, die von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 ausgegeben wird, während des Fahrens als Stellungswinkel (der Rollwinkel, der Neigungswinkel und der Gierwinkel) in dem Sensoren-Koordinatensystem.
• In Schritt S107 bestimmt die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 ob der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel bereits von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wurden. In dem Fall in dem der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel bereits von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wurden, geht der Prozess zu Schritt S110 über. Währenddessen geht der Prozess in dem Fall in dem der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel nicht von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wurden zu Schritt S108 über.
• In Schritt S108 bestimmt die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 ob das Fahrzeug gestoppt ist oder nicht, basierend auf der Geschwindigkeit, die von der Entfernungsmesseinheit 51 in Schritt S103 berechnet wurde. Wenn das Fahrzeug gestoppt ist, geht der Prozess zu Schritt S109 über. Andererseits, wenn das Fahrzeug nicht gestoppt ist geht der Prozess zu Schritt S110 über.
• In Schritt S109 überprüft die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, dass eine Wellenform der Beschleunigung, ausgegeben von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 während des Stopps, in einem konstanten Zustand (innerhalb eines vorbestimmten Bereichs) ist und berechnet diese Beschleunigung als einen vorläufigen Nullpunkt der Beschleunigung, ausgegeben von dem triaxialen Beschleunigungssensor 3 in dem Sensoren-Koordinatensystem.
• In Schritt S110 bestimmt die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, ob ein Positionierungsergebnis von dem GNSS-Empfänger 1 empfangen wurde. In dem Fall in dem das Positionierungsergebnis empfangen wurde geht der Prozess zu Schritt S111 über. Andererseits, wenn das Positionierungsergebnis nicht empfangen wird geht der Prozess zu Schritt S113 über.
• In Schritt S111 bestimmt die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 ob das Fahrzeug die horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt durchführt, basierend auf den triaxialen Geschwindigkeiten (der Längsrichtungsgeschwindigkeit, der Querrichtungsgeschwindigkeit und der vertikalen Richtungsgeschwindigkeit), die das Positionierungsergebnis umfasst, das vom GNSS-Empfänger 1 berechnet wurde, die Längsbeschleunigung, die von der Entfernungsmesseinheit 51 berechnet wurde und die Beschleunigung jeder Achse, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 ausgegeben wurde. Genauer gesagt die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, ob das Fahrzeug die horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt durchführt, wenn eine Fluktuation der triaxialen Geschwindigkeiten (der Längsrichtungsgeschwindigkeit, der Querrichtungsgeschwindigkeit und der vertikalen Richtungsgeschwindigkeit), die das Positionierungsergebnis umfasst, das vom GNSS-Empfänger 1 berechnet wurde, die Längsbeschleunigung, die von der Entfernungsmesseinheit 51 berechnet wurde und die Beschleunigung jeder Achse, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 ausgegeben wurde, gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn das Fahrzeug die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt geht der Prozess zu Schritt S112 über. Andererseits, wenn das Fahrzeug die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt nicht durchführt geht der Prozess zu Schritt S113 über.
• In Schritt S112 berechnet die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 die Beschleunigung, ausgegeben von dem triaxialen Triaxial-Beschleunigungssensor 3 als den Nullpunkt der Beschleunigung, ausgegeben von dem Beschleunigungssensor 3 in dem Sensoren-Koordinatensystem.
• In Schritt S113 berechnet die Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53 eine Beschleunigung als die Beschleunigung in dem Sensoren-Koordinatensystem, die erhalten wird durch Subtrahieren des Nullpunkts (der Nullpunkt berechnet in Schritt S109 und Schritt S112) der Beschleunigung, berechnet durch die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, von der Beschleunigung, die während der Fahrt von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 ausgegeben wird.
• In Schritt S114 berechnet die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung. Konkret, wenn die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 die Nullpunkte (A_Sx_bias , A_Sy_bias , und A_Sz_bias )in Schritt S112 berechnet, berechnet die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_p und den Rollrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_r des Gehäuses der Positionierungsvorrichtung, mit Formel (48) und Formel (49) mittels des Nullpunkts.
  [Mathematische Formel 22] $${\mathrm{\Phi }}_{\text{p}}={\text{tan}}^{-1}\left\{-{\text{A}}_{\text{sXbias}}/\sqrt{\left({\text{A}}_{\text{sYbias}}{}^2+{\text{A}}_{\text{sZbias}}{}^2\right)}\right\}$$

  

  $${\mathrm{\Phi }}_{\text{r}}={\text{tan}}^{-1}\left\{-{\text{A}}_{\text{sYbias}}/\sqrt{\left({\text{A}}_{\text{6Xbias}}{}^2+{\text{A}}_{\text{6Zbias}}{}^2\right)}\right\}$$

  
• Konkret, wenn der Nullpunkt nicht in Schritt S112 berechnet wurde und die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 die temporären Nullpunkte (temporär A_Sx_bias , temporär A_Sy_bias , und temporär A_Sz_bias )in Schritt S109 berechnet, berechnet die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 einen temporären Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_p-tentative und einen temporären Rollrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_r-tentative des Gehäuses der Positionierungsvorrichtung, mit Formel (50) und Formel (51) mittels der Nullpunkte.
  [Mathematische Formel 23] $${\mathrm{\Phi }}_{\text{p}-\text{tentative}}={\text{tan}}^{-1}\left\{-{\text{temporär A}}_{\text{sXbias}}/\sqrt{\left({\text{temporär A}}_{\text{sYbias}}{}^2+{\text{temporär A}}_{\text{sZbias}}{}^2\right)}\right\}$$

  

  $${\mathrm{\Phi }}_{\text{r}-\text{tentative}}={\text{tan}}^{-1}\left\{{\text{temporär A}}_{\text{sYbias}}/\sqrt{\left({\text{temporär A}}_{\text{sXbias}}{}^2+{\text{temporär A}}_{\text{sZbias}}{}^2\right)}\right\}$$

  
• In Schritt S115, wie in 4 dargestellt, wandelt die Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinhe it 58 Koordinaten der Stellungswinkel des Sensoren-Koordinatensystems in die Stellungswinkel des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems durch Formel (48) und Formel (49) (oder Formel (50) und Formel (51)) um, basierend auf dem Befestigungswinkel (oder einem temporären Befestigungswinkel), der von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 in Schritt S114 berechnet wurde.
• In Schritt S116 dargestellt, wandelt die Triaxial-Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57 Koordinaten der Beschleunigung des Sensoren-Koordinatensystems in die Beschleunigung des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems durch Formel (48) und Formel (49) (oder Formel (50) und Formel (51)) um, basierend auf dem Befestigungswinkel (oder einem temporären Befestigungswinkel), der von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 in Schritt S114 berechnet wurde. Diese Koordinatenumwandlung ermöglicht die folgenden Punkte.
1. (1) Die Z_S -Achse des Sensoren-Koordinatensystems und die Z_B Achse des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems können synthetisiert und die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems kann wiederhergestellt werden.
2. (2) Die normale Beschleunigung (laterale Beschleunigung) kann basierend auf der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem und der Geschwindigkeit der Achse des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems, die von der Entfernungsmesseinheit 51 berechnet wurde, berechnet werden.
3. (3) Der Gierrichtungs-Befestigungswinkel kann basierend auf der Längsbeschleunigung, der lateralen Beschleunigung, der Gravitation und der Giergeschwindigkeit berechnet werden (detailliert beschrieben im zweiten Ausführungsbeispiel und nachfolgenden Ausführungsbeispielen).
• In Schritt S117 aktualisiert die eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 die eigene Fahrzeugposition. Konkret, wenn alle Befestigungswinkel nicht von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wurden, aktualisiert die eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 die eigene Fahrzeugpositionsinformationen basierend auf einem Winkel, der durch synthetisieren der Stellungswinkel (der Rollwinkel, der Neigungswinkel und der Gierwinkel) in dem Sensoren-Koordinatensystem, berechnet durch die Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 in Schritt S106 und der Bewegungsstrecke, berechnet durch die Entfernungsmesseinheit 51 in Schritt S103.
• Außerdem wenn nur der Gierrichtungs-Befestigungswinkel nicht von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wird, aktualisiert die eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 die zweidimensionale eigene Fahrzeugposition basierend auf der Bewegungsstrecke und dem Gierwinkel des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems.
• Wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 berechnet wird, aktualisiert die eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 die dreidimensionale eigene Fahrzeugpositionsinformation basierend auf der Bewegungsstrecke und dem Stellungswinkel des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems.
• In Schritt S118 bestimmt die eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59, ob das Positionierungsergebnis von dem GNSS-Empfänger 1 empfangen wurde oder nicht. In dem Fall in dem das Positionierungsergebnis empfangen wurde geht der Prozess zu Schritt S119 über. Andererseits, wenn das Positionierungsergebnis nicht empfangen wird der Prozess beendet.
• In Schritt S119, korrigiert die eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 die eigene Fahrzeugpositionsinformation angemessen, basierend auf dem Positionierungsergebnis gemäß entsprechenden Vorhersagefehlern der Bewegungsstrecke, des Stellungswinkels und des Positionierungsergebnisses.
• Wie vorher beschrieben werden gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Ausgaben von verschiedenen Erfassungsmitteln wie dem GNSS-Empfänger 1, dem Geschwindigkeitssensor 2 und dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 verwendet. Daher ist es möglich zu bestimmen, ob das Fahrzeug horizontales, ebenes, gleichmäßiges, lineares Fahren durchführt, selbst wenn die Befestigungswinkel nicht berechnet sind. Folglich ist es möglich den Nullpunkt der Beschleunigung, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor in dem Sensoren-Koordinatensystem während des Fahrens ausgegeben wird, präzise zu berechnen. Folglich, selbst wenn eine Temperaturabweichung den Nullpunkt schwanken lässt, kann der Nullpunkt schnell berechnet (korrigiert) werden, selbst abseits der Straße, z. B. auf einem Parkplatz. Wenn das vorher, von dem Erfinder der der vorliegenden Erfindung offenbarte Vorgehen (Japanisches Patentnr. 5.606.656) übernommen wird, ist es möglich zu bestimmen, ob das Fahrzeug eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt durchführt, unter Verwendung der Geschwindigkeiten der drei Achsen mit hoher Zuverlässigkeit, berechnet durch den GNSS-Empfänger 1.
• Außerdem ist es möglich den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und den Rollrichtungs-Befestigungswinkel basierend auf dem Nullpunkt der Beschleunigung, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 ausgegeben wurde, zu berechnen und die Koordinaten der Winkelgeschwindigkeit, die von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 ausgegeben wurden, von dem Sensoren-Koordinatensystem in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem umzuwandeln. Folglich gibt es keine Einschränkung bezüglich des Befestigungswinkelbereichs in der Neigungsrichtung und der Rollrichtung. Auf diese Weise berechnete Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und Rollrichtungs-Befestigungswinkel werden verwendet, um insbesondere den Gierwinkel aus den Stellungswinkeln, deren Koordinaten von dem Sensoren-Koordinatensystem in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem in einer horizontalen Ebene oder leicht geneigten Ebene umgewandelt worden sind, präzise zu berechnen. Folglich wird auch die zweidimensionale eigene Fahrzeugposition, die mit dem Gierwinkel aktualisiert wird, genau.
• In dem ersten Ausführungsbeispiel wurde ein Fall beschrieben in dem der GNSS-Empfänger 1 die Funkwellen von GPS-Satelliten empfängt und die eigene Fahrzeugposition misst. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der GNSS-Empfänger 1 ist nicht auf GPS-Satelliten beschränkt, sondern kann auch Funkwellen eines GLONASS-Satelliten, eines BeiDou-Satelliten, eines Galileo-Satelliten oder eines Quasi-Zenit-Satelliten empfangen und die eigene Fahrzeugposition messen.
• Der Fall in dem Formeln (48) bis (51) zur Berechnung des Befestigungswinkels aus Nullpunkt oder dem temporären Nullpunkt der Ausgabe jeder Achse des Triaxial-Beschleunigungssensors 3 verwendet werden wurde beschrieben. Jedoch können andere Berechnungsformeln verwendet werden.
• Das vorher genannte horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahren kann mittels einer Nullpunkt-Korrekturbedingung eines einachsigen Beschleunigungssensors des Vorgehens (Japanisches Patent JP 5 606 656 B2 das vorher von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung offenbart wurde, bestimmt werden.
• <Zweites Ausführungsbeispiel>
• Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Besonderheit bei der Verarbeitung auf, die von einer Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 durchgeführt wird. Andere Konfigurationen und Betriebe sind dieselben wie die des ersten Ausführungsbeispiels und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
• 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt. Der Betrieb der in 5 dargestellt wird entspricht der Verarbeitung in Schritt S114 der 3.
• In Schritt S201 bestimmt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 ob eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 den Nullpunkt der Beschleunigung, die von einem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 in dem Sensoren-Koordinatensystem ausgegeben wurde, aktualisiert (berechnet) hat. Konkret bestimmt in Schritt S112 in 3 die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, ob der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 den Nullpunkt der Beschleunigung, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 in dem Sensoren-Koordinatensystem ausgegeben wurde, berechnet hat. Wenn der Nullpunkt aktualisiert wird geht der Prozess zu Schritt S202 über. Andererseits, wenn der Nullpunkt nicht aktualisiert wird geht der Prozess zu Schritt S203 über.
• In Schritt S202 berechnet die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 einen Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_p und einen Rollrichtungs-Befestigungswinkel ϕ_r des Gehäuses der Positionierungsvorrichtung, mit Formel (48) und Formel (49) mittels des Nullpunkts der Beschleunigung, die von der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 berechnet wurde.
• In Schritt S203 bestimmt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, ob sie bereit ist den Befestigungswinkel des Gehäuses der Positionierungsvorrichtung als Reaktion auf das Berechnungsergebnis der Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52 zu berechnen. Konkret bestimmt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, dass sie bereit ist den Befestigungswinkel zu berechnen, wenn alle der vier nachfolgenden Bedingungen erfüllt sind.
1. (1) Nullpunkte (A_Sx_bias , A_Sy_bias , und A_Sz_bias ) der Beschleunigung, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 in dem Sensoren-Koordinatensystem ausgegeben wurde, sind berechnet.
2. (2) Der Winkel, der durch synthetisieren der Stellungswinkel (der Rollwinkel, der Neigungswinkel und der Gierwinkel) des Sensoren-Koordinatensystems, das von einer Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 berechnet wurde, erhalten wird, ist gleich oder weniger als ein vorbestimmter Schwellenwert.
3. (3) Die Längsbeschleunigung, die von der Entfernungsmesseinheit 51 berechnet wurde, ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert.
4. (4) Die Fluktuation der Z-Achsen-Beschleunigung, wenn die Beschleunigung, die von dem Triaxial-Beschleunigungssensor 3 in dem Sensoren-Koordinatensystem ausgegeben wird, mit Formel (48) und Formel (49) umgewandelt wird, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist.
• Wenn sie bereit zur Berechnung des Befestigungswinkels ist (wenn alle der vier Bedingungen erfüllt sind) geht der Prozess zu Schritt S204 über. Wenn sie andererseits nicht bereit zur Berechnung des Befestigungswinkels ist (wenn nicht alle der vier Bedingungen erfüllt sind) wird der Prozess beendet.
• In Schritt S204 legt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 einen Suchbereich (Winkelbereich) und eine Suchauflösung (eine Auflösung des Winkels in Gierrichtung) des Gierrichtungs-Befestigungswinkels fest. Zum Beispiel, wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel noch nicht berechnet wurde, legt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Suchbereich auf -180 Grad bis +180 Grad und die Suchauflösung auf 10 Grad fest. Ferner, wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel bereits berechnet wurde, legt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Suchbereich auf -15 Grad bis +15 Grad und die Suchauflösung auf 1 Grad fest.
• In Schritt S205 legt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 eine Winkeluntergrenze des Suchbereichs als einen Anfangswert eines beliebigen Winkels (beliebiger Gierrichtungs-Befestigungswinkel) zur Suche des Gierrichtungs-Befestigungswinkels fest.
• In Schritt S206 wandelt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 die Koordinaten der Beschleunigung des Sensoren-Koordinatensystems des Triaxial-Beschleunigungssensors 3 in die Koordinaten der Beschleunigung des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems mit Formel (48) und Formel (49) um, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und einem beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel. Konkret wandelt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 Koordinaten einer X_S -Achsen-Beschleunigung und einer Y_S -Achsen-Beschleunigung des Sensoren-Koordinatensystems in eine temporäre X_B -Achsen-Beschleunigung und Y_B -Achsen-Beschleunigung des temporären Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems um, wie in 6 dargestellt.
• In Schritt S207 bezieht die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 eine Differenz zwischen der Längsbeschleunigung, berechnet von einer Entfernungsmesseinheit 51, und der temporären X-Achsen-Beschleunigung A_Bx des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems, dessen Koordinaten in Schritt S206 umgewandelt wurden.
• In Schritt S208 fügt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Suchauflösungswinkel zu einem beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel hinzu.
• In Schritt S209 bestimmt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, ob der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb des Suchbereichs liegt oder nicht. Wenn der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb des Suchbereichs ist, geht der Prozess zu Schritt S206 über. Andererseits, wenn der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel nicht innerhalb des Suchbereichs ist, geht der Prozess zu Schritt S210 über.
• In Schritt S210 wählt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel an dem die Differenz am geringsten ist (die höchste Übereinstimmung aufweist) aus den Differenzen, die in Schritt S207 bezogen werden.
• In Schritt S211 aktualisiert (berechnet) die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mit Formel (52) mittels eines Ergebnisses einer statistischen Verarbeitung des beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkels, der in Schritt S210 ausgewählt wurde. $$\begin{array}{l}\text{Gierrichtungs}-\text{Befestigungswinkel }+=\text{ beliebiger}\\ \text{Gierrichtungs}-\text{Befestigungswinkel }(\text{statistisches}\\ \text{Verarbeitungsergebnis})\end{array}$$

  

  Jedoch -180 Grad bis 180 Grad
• Wie vorher beschrieben, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und die Rollrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mittels eines Geschwindigkeitssensor 2, des Triaxial-Beschleunigungssensor 3 und einem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 zu berechnen, ungeachtet eines Empfangszustands eines GNSS-Empfängers 1. Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, selbst wenn sich das Fahrzeug in einer Tiefgarage bewegt. Für die X-Achsen-Beschleunigung des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems ist es möglich einen Übereinstimmungszustand zwischen der Längsbeschleunigung, berechnet basierend auf der Ausgabe des Geschwindigkeitssensor 2, und der X-Achsen-Beschleunigung, berechnet basierend auf der Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensor 3, zu überprüfen und den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu suchen. Folglich gibt es keine Beschränkung bezüglich des Gierrichtungs-Befestigungswinkels und es ist möglich die Gierrichtungs-Befestigungswinkel stabil zu berechnen.
• Außerdem ist es möglich den Suchbereich und die Suchauflösung zu ändern und nur Gültigkeit des Gierrichtungs-Befestigungswinkels gemäß der Berechnungssituation des Gierrichtungs-Befestigungswinkels zu überprüfen. Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel schnell zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel langsam zu berechnen, wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel noch nicht berechnet wurde. In diesem Fall wird notwendige minimale Berechnungsverarbeitung durchgeführt und deshalb eine Verarbeitungslast reduziert. Es ist möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, dann die Koordinaten der Winkelgeschwindigkeit des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 von dem Sensoren-Koordinatensystem in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem umzuwandeln, ungeachtet der horizontalen Ebene oder der geneigten Ebene, und auch den anderen Stellungswinkel als den Gierwinkel präzise zu berechnen. Folglich ist es möglich, einen unkonventionellen, bemerkenswerten Effekt zu erzielen, dass die dreidimensionale eigene Fahrzeugposition genauer abgeschätzt werden kann.
• In dem zweiten Ausführungsbeispiel wurde ein Fall beschrieben, in dem eine Vielzahl von beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkeln innerhalb des Suchbereichs gleichzeitig, zur gleichen Zeit für die X-Achsen-Beschleunigung, überprüft wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, durch Änderung eines beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkels pro vorgegebener Zeit und Überprüfung der Übereinstimmung auch den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen.
• Im vorherigen Fall können während der Fahrt nur die von jedem Sensor ausgegebenen Informationen gesammelt und die gesammelten Informationen während des Stopps gemeinsam verarbeitet werden.
• In dem zweiten Ausführungsbeispiel wurden die Einschränkung des Suchbereichs und die Reduzierung der Suchauflösung bei der Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise, wenn die Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels annähert, kann nur die Übereinstimmung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels überprüft werden, um nur die Gültigkeit des Gierrichtungs-Befestigungswinkels zu überprüfen. Wenn die Überprüfung voraussichtlich den Befestigungswinkel auf einen anderen Befestigungswinkel ändern wird, kann der Gierrichtungs-Befestigungswinkel mit einer vorbestimmten Suchbereich und Suchauflösung berechnet werden.
• <Drittes Ausführungsbeispiel>
• Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Besonderheit bei der Verarbeitung auf, die von einer Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 durchgeführt wird. Andere Konfigurationen und Betriebe sind dieselben wie die des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
• 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt. Der Betrieb der in 7 dargestellt wird entspricht der Verarbeitung in Schritt S114 der 3. Schritt S301 bis Schritt S306 in 7 sind dieselben wie Schritt S201 bis Schritt S206 in 5 und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
• In Schritt S307 wandelt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 die Koordinaten des Stellungswinkels des Sensoren-Koordinatensystems in die Koordinaten des Stellungswinkels des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems eines Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4 mit Formel (48) und Formel (49) um, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und einem beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel.
• In Schritt S308 berechnet die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 eine normale Beschleunigung basierend auf einer Geschwindigkeit, die durch eine Entfernungsmesseinheit 51 berechnet wurde, und einem Gierwinkel, der in Schritt S307 umgewandelt wurde.
• In Schritt S309 bezieht die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 eine Differenz zwischen der normalen Beschleunigung, berechnet in Schritt S308, und einer Y-Achsen-Beschleunigung, umgewandelt in Schritt S306.
• In Schritt S310 fügt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 einen Suchauflösungswinkel zu einem beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel hinzu.
• In Schritt S311 bestimmt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, ob der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb des Suchbereichs liegt oder nicht. Wenn der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb des Suchbereichs ist, geht der Prozess zu Schritt S306 über. Andererseits, wenn der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel nicht innerhalb des Suchbereichs ist, geht der Prozess zu Schritt S312 über.
• In Schritt S312 wählt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel an dem die Differenz am geringsten ist aus den Differenzen, die in Schritt S309 bezogen werden.
• In Schritt S313 aktualisiert (berechnet) die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mit Formel (52) mittels eines Ergebnisses einer statistischen Verarbeitung des beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkels, der in Schritt S312 ausgewählt wurde.
• Wie vorher beschrieben ähnlich wie im zweiten Ausführungsbeispiel, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist es möglich den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und die Rollrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mittels eines Geschwindigkeitssensor 2, eines Triaxial-Beschleunigungssensor 3 und dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 zu berechnen, ungeachtet eines Empfangszustands eines GNSS-Empfängers 1. Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, selbst wenn sich das Fahrzeug in einer Tiefgarage bewegt. Für die Y-Achsen-Beschleunigung des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems ist es möglich einen Übereinstimmungszustand zwischen der normalen Beschleunigung, berechnet in Schritt S308, und der Y-Achsen-Beschleunigung, berechnet basierend auf der Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensor 3, zu überprüfen und den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu suchen. Folglich gibt es keine Beschränkung bezüglich des Gierrichtungs-Befestigungswinkels und es ist möglich die Gierrichtungs-Befestigungswinkel stabil zu berechnen.
• Außerdem ist es möglich den Suchbereich und die Suchauflösung zu ändern und nur Gültigkeit des Gierrichtungs-Befestigungswinkels gemäß der Berechnungssituation des Gierrichtungs-Befestigungswinkels zu überprüfen. Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel schnell zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel langsam zu berechnen, wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel noch nicht berechnet wurde. In diesem Fall wird notwendige minimale Berechnungsverarbeitung durchgeführt und deshalb eine Verarbeitungslast reduziert. Es ist möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, dann die Koordinaten der Winkelgeschwindigkeit des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 von dem Sensoren-Koordinatensystem in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem umzuwandeln, ungeachtet der horizontalen Ebene oder der geneigten Ebene, und auch den anderen Stellungswinkel als den Gierwinkel präzise zu berechnen. Folglich ist es möglich, einen unkonventionellen, bemerkenswerten Effekt zu erzielen, dass die dreidimensionale eigene Fahrzeugposition genauer abgeschätzt werden kann.
• In dem dritten Ausführungsbeispiel wurde ein Fall beschrieben, in dem eine Vielzahl von beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkeln innerhalb des Suchbereichs gleichzeitig, zur gleichen Zeit für die Y-Achsen-Beschleunigung, überprüft wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, durch Änderung eines beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkels pro vorgegebener Zeit und Überprüfung der Übereinstimmung auch den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen.
• Im vorherigen Fall können während der Fahrt nur die von jedem Sensor ausgegebenen Informationen gesammelt und die gesammelten Informationen während des Stopps gemeinsam verarbeitet werden.
• In dem dritten Ausführungsbeispiel wurden die Einschränkung des Suchbereichs und die Reduzierung der Suchauflösung bei der Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise, wenn die Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels annähert, kann nur die Übereinstimmung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels überprüft werden, um nur die Gültigkeit des Gierrichtungs-Befestigungswinkels zu überprüfen. Wenn die Überprüfung voraussichtlich den Befestigungswinkel auf einen anderen Befestigungswinkel ändern wird, kann der Gierrichtungs-Befestigungswinkel mit einer vorbestimmten Suchbereich und Suchauflösung berechnet werden.
• <Viertes Ausführungsbeispiel>
• Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Besonderheit bei der Verarbeitung auf, die von einer Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 durchgeführt wird. Andere Konfigurationen und Betriebe sind dieselben wie die der Ausführungsbeispiele eins bis drei und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
• 8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel darstellt. Der Betrieb der in 8 dargestellt wird entspricht der Verarbeitung in Schritt S114 der 3. Schritt S401 bis Schritt S407 in 8 sind dieselben wie Schritt S301 bis Schritt S307 in 7 und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
• In Schritt S408, wie dargestellt in 9 bis 11, berechnet die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 einen Stellungswinkel von einer Beschleunigung, die in Schritt S406 durch die Formeln (53) bis (55) Koordinatenumgewandelt wurde.
  [Mathematische Formel 24] $${\theta }_{\text{B roll}}={\text{tan}}^{-1}\left\{{\text{A}}_{\text{B}}{\text{y/A}}_{\text{B}}\text{z}\right\}$$

  

  $${\theta }_{\text{B pichl}}={\text{tan}}^{-1}\left\{{\text{A}}_{\text{B}}\text{x/}\sqrt{\left({\text{A}}_{\text{B}}{\text{y}}^2+{\text{A}}_{\text{B}}{\text{z}}^2\right)}\right\}$$

  

  $${\theta }_{\text{B yaw}}={\text{tan}}^{-1}\left\{{\text{-A}}_{\text{B}}\text{y/}\sqrt{\left({\text{A}}_{\text{B}}{\text{x}}^2+{\text{A}}_{\text{B}}{\text{z}}^2\right)}\right\}$$

  
• In Schritt S409 bezieht die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 eine Differenz zwischen dem Stellungswinkel, berechnet in Schritt S408, und dem Stellungswinkel, koordinatenumgewandelt in Schritt S407 für einen der Stellungswinkel.
• In Schritt S410 fügt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 einen Suchauflösungswinkel zu einem beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel hinzu.
• In Schritt S411 bestimmt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, ob der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb des Suchbereichs liegt oder nicht. Wenn der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb des Suchbereichs ist, geht der Prozess zu Schritt S406 über. Andererseits, wenn der beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel nicht innerhalb des Suchbereichs ist, geht der Prozess zu Schritt S412 über.
• In Schritt S412 wählt die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel an dem die Differenz am geringsten ist aus den Differenzen, die in Schritt S409 bezogen werden.
• In Schritt S413 aktualisiert (berechnet) die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mit Formel (52) mittels eines Ergebnisses einer statistischen Verarbeitung des beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkels, der in Schritt S412 ausgewählt wurde.
• Wie vorher beschrieben ähnlich wie im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel, gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist es möglich den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und die Rollrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mittels eines Geschwindigkeitssensor 2, eines Triaxial-Beschleunigungssensor 3 und einem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 zu berechnen, ungeachtet eines Empfangszustands eines GNSS-Empfängers 1.Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, selbst wenn sich das Fahrzeug in einer Tiefgarage bewegt. Für einen der Stellungswinkel des Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems ist es möglich einen Übereinstimmungszustand zwischen dem Stellungswinkel, berechnet basierend auf der Ausgabe des Triaxial-Beschleunigungssensors 3, und dem Stellungswinkel, berechnet basierend auf der Ausgabe des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4, zu überprüfen und den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu suchen. Folglich gibt es keine Beschränkung bezüglich des Gierrichtungs-Befestigungswinkels und es ist möglich die Gierrichtungs-Befestigungswinkel stabil zu berechnen.
• Außerdem ist es möglich den Suchbereich und die Suchauflösung zu ändern und nur Gültigkeit des Gierrichtungs-Befestigungswinkels gemäß der Berechnungssituation des Gierrichtungs-Befestigungswinkels zu überprüfen. Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel schnell zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel langsam zu berechnen, wenn der Gierrichtungs-Befestigungswinkel noch nicht berechnet wurde. In diesem Fall wird notwendige minimale Berechnungsverarbeitung durchgeführt und deshalb eine Verarbeitungslast reduziert. Es ist möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, dann die Koordinaten der Winkelgeschwindigkeit des Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 von dem Sensoren-Koordinatensystem in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem umzuwandeln, ungeachtet der horizontalen Ebene oder der geneigten Ebene, und auch den anderen Stellungswinkel als den Gierwinkel präzise zu berechnen. Folglich ist es möglich, einen unkonventionellen, bemerkenswerten Effekt zu erzielen, dass die dreidimensionale eigene Fahrzeugposition genauer abgeschätzt werden kann.
• In dem vierten Ausführungsbeispiel wurde der Fall beschrieben, in dem eine Vielzahl von beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkeln innerhalb des Suchbereichs gleichzeitig, zur gleichen Zeit für einen der Stellungswinkel (ein Rollwinkel, ein Neigungswinkel und ein Gierwinkel) überprüft wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, durch Änderung eines beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkels pro vorgegebener Zeit und Überprüfung der Übereinstimmung auch den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen.
• Im vorherigen Fall können während der Fahrt nur die von jedem Sensor ausgegebenen Informationen gesammelt und die gesammelten Informationen während des Stopps gemeinsam verarbeitet werden.
• In dem vierten Ausführungsbeispiel wurden die Einschränkung des Suchbereichs und die Reduzierung der Suchauflösung bei der Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise, wenn die Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels annähert, kann nur die Übereinstimmung des Gierrichtungs-Befestigungswinkels überprüft werden, um nur die Gültigkeit des Gierrichtungs-Befestigungswinkels zu überprüfen. Wenn die Überprüfung voraussichtlich den Befestigungswinkel auf einen anderen Befestigungswinkel ändern wird, kann der Gierrichtungs-Befestigungswinkel mit einer vorbestimmten Suchbereich und Suchauflösung berechnet werden.
• <Fünftes Ausführungsbeispiel>
• Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat ein Merkmal, in der Durchführung der Verarbeitung der integrierten Ausführungsbeispiele zwei bis vier. Konfigurationen einer Positionierungsvorrichtung sind dieselben wie die des ersten Ausführungsbeispiels und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
• Eine Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56 überprüft die Übereinstimmung der zwei oder mehr einer X-Achsen-Beschleunigung, der Y-Achsen-Beschleunigung und Stellungswinkel (ein Rollwinkel, ein Neigungswinkel und ein Gierwinkel) eines temporären Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystems pro beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel (d.h. führt Verarbeitung durch, die eine Kombination aus Schritt S207 in 5, Schritt S309 in 7 und Schritt S409 in 8 sind) und wählt als den Gierrichtungs-Befestigungswinkel den beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel, wenn die zwei oder mehr Winkel an demselben beliebigen Gierrichtungs-Befestigungswinkel übereinstimmen. Weiterhin wird nach der Berechnung des Gierrichtungs-Befestigungswinkel zuverlässig ermittelt, ob der Befestigungswinkel verändert wurde oder nicht, um die Berechnung eines neuen Befestigungswinkels zu starten.
• Eine eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit 59 aktualisiert eine eigene Fahrzeugposition basierend auf einer Bewegungsstrecke und einem Stellungswinkel unter Verwendung eines vorbestimmten Kalman-Filters und korrigiert eine eigene Fahrzeugposition basierend auf einem Positionierungsergebnis gemäß jedem Vorhersagefehler des Positionierungsergebnisses, der Bewegungsstrecke und des Stellungswinkels. Insbesondere der Vorhersagefehler des Stellungswinkels wird berechnet aus der Differenz zwischen dem Stellungswinkel, basierend auf entsprechenden Ausgaben eines Triaxial-Beschleunigungssensors 3 und eines Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensors 4.
• Wie vorher beschrieben ähnlich wie im zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel, gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist es möglich den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und die Rollrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen und dann den Gierrichtungs-Befestigungswinkel mittels eines Geschwindigkeitssensor 2, eines Triaxial-Beschleunigungssensor 3 und einem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4 zu berechnen, ungeachtet eines Empfangszustands eines GNSS-Empfängers 1. Folglich ist es möglich den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, selbst wenn sich das Fahrzeug in einer Tiefgarage bewegt. Ferner ist es möglich, durch die Überprüfung, ob für wenigstens zwei oder mehr der X-Achsen-Beschleunigung, der Y-Achsen-Beschleunigung, des Neigungswinkels, des Rollwinkels und des Gierwinkels derselbe beliebige Gierrichtungs-Befestigungswinkel erhalten wird, zuverlässig den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu suchen oder zuverlässig zu bestimmen, ob der Befestigungswinkel sich geändert hat.
• Ferner ist der durch Koordinatenumwandlung des Sensoren-Koordinatensystems in das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem erhaltene Stellungswinkel unter Verwendung des Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels, des Rollrichtungs-Befestigungswinkels und des Gierrichtungs-Befestigungswinkels ein Stellungswinkel von dem der Einfluss des Befestigungswinkels entfernt wurde. Folglich wird auch die dreidimensionale eigene Fahrzeugposition, die mit dem Gierwinkel aktualisiert wird, genau.
• In dem fünften Ausführungsbeispiel wurde ein Fall beschrieben, in dem der Vorhersagefehler des Stellungswinkels aus den durch die triaxiale Beschleunigung und die triaxiale Winkelgeschwindigkeit berechneten Stellungswinkeln ermittelt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Um z.B. den Einfluss des Fehlers des Stellungswinkels aufgrund der Temperaturabweichung zu reduzieren, kann der von jeder der triaxialen Beschleunigungen und den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten berechnete Stellungswinkel gewichtet und gemittelt werden und zur Schätzung der eigenen Fahrzeugposition verwendet werden. Darüber hinaus kann die eigene Fahrzeugposition mit einem anderen Modell als dem Kalman-Filter korrigiert werden.
• Die vorher beschriebene Positionierungsvorrichtung kann nicht nur für eine Fahrzeuginterne Navigationsgeräte, d.h. Autonavigationsgeräte, sondern auch für tragbare Navigationsgeräte die an Fahrzeugen befestigt werden können, tragbare Kommunikationsendgeräte (z. B. Mobiltelefone, Smartphones oder Tablet-Endgeräte), Navigationsgeräte, die in angemessener Kombination mit Servern konstruiert sind und Nicht-Navigationsgeräte. In diesem Fall ist jede Funktion bzw. jede Komponente der Positionierungsvorrichtung in jeder Funktion, die das obige System konstruiert, verteilt angeordnet.
• Konkret kann z.B. die Funktion der Positionierungsvorrichtung im Server implementiert werden. Beispielsweise wie in 24 dargestellt umfasst eine Fahrzeugseite einen GNSS-Empfänger 1, einen Geschwindigkeitssensor 2, den Triaxial-Beschleunigungssensor 3 und den Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor 4. Ein Server 8 umfasst eine Entfernungsmesseinheit 51, eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit 52, eine Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit 53, eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheit 54, eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55, die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit 56, eine Triaxial-Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit 57, eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit 58, und eine Positionsschätzungseinheit 59 dargestellt in 1. Folglich ist es möglich ein Positionierungssystem zu konstruieren. Jede Komponente des Servers 8 kann auf dem Server 8 und der Fahrzeugseite angemessen verteilt werden.
• Die vorherige Konfiguration kann den gleichen Effekt haben wie das vorherige Ausführungsbeispiel.
• Ferner kann Software (Positionierungsverfahren) zur Ausführung des Betriebs in den vorher genannten Ausführungsbeispielen in z.B. einen Server oder ein bewegliches Kommunikationsendgerät integriert werden.
• Genauer gesagt, ist das Positionierungsverfahren z. B. ein Positionierungsverfahren, dass von einer Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers verwendet wird, das Verfahren umfassend: Empfangen einer Funkwelle von einem GPS-Satelliten, berechnen von wenigstens einer aktuellen Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, und ausgeben eines Berechnungsergebnisses als ein Positionierungsergebnis; Ausgeben eines Pulssignals entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers;
  Erfassen von triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  Erfassen von triaxialen Beschleunigungen, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind;
  Berechnen einer Bewegungsstrecke, einer Geschwindigkeit und einer Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem Pulssignal, ausgegeben pro bestimmten Zyklus;
  Bestimmung, ob der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet als das Positionierungsergebnis, der berechneten Längsbeschleunigung und der erfassten triaxialen Beschleunigungen, während der bewegliche Körper fährt, und berechnen der triaxialen Beschleunigungen, als einen Nullpunkt, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt;
  Berechnen eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels und eines Rollrichtungs- Befestigungswinkels der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der berechneten triaxialen Beschleunigungen;
  Koordinaten umwandeln der erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, basierend auf dem berechneten Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem berechneten Rollrichtungs-Befestigungswinkel;
  und Schätzen der aktuellen Position des beweglichen Körpers, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, nach der Koordinatenumwandlung, erhalten wird.
• Wie vorher beschrieben, können durch die Einbindung von Software zur Ausführung des Betriebs in den oben genannten Ausführungsbeispielen in einen Server oder ein bewegliches Kommunikationsendgerät zum Betrieb ähnliche Effekte wie bei den vorher genannten Ausführungsbeispielen erzielt werden.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine angemessene Änderung und Unterlassung der Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung wurde detailliert beschrieben. Jedoch ist die vorhergehende Beschreibung Anschaulich in allen Aspekten und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es ist zu beachten, dass unbeschränkt viele nicht dargestellte Modifikationen vorgenommen werden können ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1:

GNSS-Empfänger

2:

Geschwindigkeitssensor

3:

Triaxial-Beschleunigungssensor

4:

Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor

5:

Steuerung

6:

Prozessor

7:

Speicher

51:

Entfernungsmesseinheit

52:

Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit

53:

Triaxial-Beschleunigungsberechnungseinheit

54 :

Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor-Nullpunkt-Berechnungs einheitn

55:

Triaxial-Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit

56:

Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit

57:

Triaxial-Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit

58:

Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinhe it

59:

eigene Fahrzeugpositionsschätzungseinheit

Claims (14)

1. Positionierungsvorrichtung eines beweglichen Körpers, die Vorrichtung umfassend: einen GNSS-Empfänger (1), der eingerichtet ist, eine Funkwelle von einem GPS-Satelliten zu empfangen, wenigstens eine aktuelle Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, zu berechnen und ein Berechnungsergebnis als ein Positionierungsergebnis auszugeben; einen Geschwindigkeitssensor (2), der eingerichtet ist, ein Pulssignal entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers auszugeben; ein Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor (4), der eingerichtet ist, triaxiale Winkelgeschwindigkeiten zu erfassen, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind; ein Triaxial-Beschleunigungssensor (3), der eingerichtet ist, triaxiale Beschleunigungen zu erfassen, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind; eine Entfernungsmesseinheit (51), die eingerichtet ist, eine Bewegungsstrecke, eine Geschwindigkeit und eine Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem ausgegebenen Pulssignal des Geschwindigkeitssensors (2) pro bestimmten Zyklus zu berechnen; eine Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit (52), die eingerichtet ist, zu bestimmen, ob oder ob nicht der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den triaxialen Geschwindigkeiten, berechnet durch den GNSS-Empfänger (1), der Längsbeschleunigung, berechnet durch die Entfernungsmesseinheit (51) und den triaxialen Beschleunigungen, erfasst durch den Triaxial-Beschleunigungssensor (3) während des Fahrens des beweglichen Körpers, und die triaxialen Beschleunigungen, erfasst von dem Triaxial-Beschleunigungssensor (3) als einen Nullpunkt zu berechnen, wenn bestimmt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt; eine Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56), die eingerichtet ist, einen Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und einen Rollrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der durch die Triaxial-Beschleunigungssensor-Nullpunkt-Berechnungseinheit (52) berechneten triaxialen Beschleunigungen zu berechnen; eine Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit (58), die eingerichtet ist, eine Koordinatenumrechnung der von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor (4) erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten durchzuführen, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem von der Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) berechneten Rollrichtungs-Befestigungswinkel; und eine Positionsschätzungseinheit (59), die eingerichtet ist, die aktuelle Position des beweglichen Körpers zu schätzen, basierend auf wenigstens einer Giergeschwindigkeit, die aus den von der Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit (58) umgewandelten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten erhalten wird.
2. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, eine Koordinatenumrechnung der von dem Triaxial-Beschleunigungssensor (3) erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und einem vorbestimmten Winkel in einer Gierrichtung durchzuführen, und ferner als einen Gierrichtungsbefestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung den Winkel in der Gierrichtung zu berechnen, in einem Fall, in dem eine Beschleunigung in einer Längsrichtung des beweglichen Körpers aus den triaxialen Beschleunigungen nach der Koordinatenumformung und die von der Entfernungsmesseinheit (51) berechnete Längsbeschleunigung übereinstimmen, und die Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit (58) eingerichtet ist, Koordinaten der triaxialen Winkelgeschwindigkeiten basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und dem Gierrichtungs-Befestigungswinkel umzuwandeln.
3. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, Koordinaten der durch den Triaxial-Beschleunigungssensor (3) zu identischen Zeitpunkten erfassten triaxialen Beschleunigungen für alle Kombinationen einer Vielzahl von den Winkeln in der Gierrichtung, der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs umzuwandeln und als den Gierrichtungs-Befestigungswinkel den Winkel in der Gierrichtung zu berechnen, in einem Fall, in dem eine Beschleunigung in einer Längsrichtung des beweglichen Körpers aus den triaxialen Beschleunigungen, nach der Koordinatenumwandlung und die durch die Entfernungsmesseinheit (51) berechnete Längsbeschleunigung eine höchste Übereinstimmung haben.
4. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, eine normale Beschleunigung, die eine Beschleunigung in einer normalen Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des beweglichen Körpers ist, zu berechnen, basierend auf der von der Entfernungsmesseinheit (51) berechneten Geschwindigkeit und dem aus der triaxialen Winkelgeschwindigkeit, nach der Koordinatenumwandlung durch die Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit( 58), erhaltenen Gierwinkel, die Koordinaten der triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, erfasst von dem Triaxial-Beschleunigungssensor (3), basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und einem vorbestimmten Winkel in einer Gierrichtung, umzuwandeln und ferner als einen Gierrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung den Winkel in der Gierrichtung zu berechnen, in einem Fall, in dem eine Beschleunigung in einer lateralen Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des beweglichen Körpers, aus den triaxialen Beschleunigungen, nach der Koordinatenumwandlung, und die normale Beschleunigung übereinstimmen, und die Triaxial-Beschleunigungskoordinatenumwandlungseinheit (57) eingerichtet ist, Koordinaten der triaxialen Beschleunigungen umzuwandeln, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und dem Gierrichtungs-Befestigungswinkel.
5. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, Koordinaten der durch den Triaxial-Beschleunigungssensor (3) zu identischen Zeitpunkten erfassten triaxialen Beschleunigungen für alle Kombinationen einer Vielzahl von Winkeln in der Gierrichtung, der Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und der Rollrichtungs-Befestigungswinkel, innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs, umzuwandeln und als den Gierrichtungs-Befestigungswinkel den Winkel in der Gierrichtung zu berechnen, in einem Fall in dem eine Beschleunigung aus den triaxialen Beschleunigungen nach der Koordinatenumwandlung in der lateralen Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des beweglichen Körpers und die normale Beschleunigung eine höchste Übereinstimmung haben.
6. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, den Winkel in der Gierrichtung als den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, wenn der Winkel in der Gierrichtung in einem Fall, in dem die Beschleunigung aus den triaxialen Beschleunigungen in der lateralen Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des beweglichen Körpers und die normale Beschleunigung eine höchste Übereinstimmung haben, und der Winkel in der Gierrichtung in einem Fall, in dem die Beschleunigung aus den triaxialen Beschleunigungen in der Längsrichtung des beweglichen Körpers und die von der Entfernungsmesseinheit (51) berechnete Längsbeschleunigung mit einer höchsten Übereinstimmung identisch sind.
7. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, den Winkelbereich und eine Auflösung des Winkels in der Gierrichtung innerhalb des Winkelbereichs zu setzen.
8. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, die Koordinaten der von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor (4) erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten und den von dem Triaxial-Beschleunigungssensor (3), basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel, und einem vorbestimmten Winkel einer Gierrichtung, erfassten triaxialen Beschleunigungen, umzuwandeln, Stellungswinkel, die einen Neigungswinkel, einen Rollwinkel und einen Gierwinkel umfassen, basierend auf den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten und den Versuchsbeschleunigungen nach der Koordinatenumwandlung, zu berechnen, und ferner den Gierwinkel in einem Fall in dem einer der berechneten Stellungswinkel, basierend auf den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, und den Stellungswinkeln, basierend auf den triaxialen Beschleunigungen, übereinstimmen, als einen Gierrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung zu berechnen und die Triaxial-Winkelgeschwindigkeits-Koordinatenumwandlungseinheit (58) eingerichtet ist, Koordinaten der triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, basierend auf dem Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel, dem Rollrichtungs-Befestigungswinkel und dem Gierrichtungs-Befestigungswinkel, umzuwandeln.
9. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, - die vom Triaxial-Beschleunigungssensor (3) erfassten Koordinaten der triaxialen Beschleunigungen und die von dem Triaxial-Winkelgeschwindigkeitssensor (4), zu einem identischen Zeitpunkt für alle Kombinationen einer Vielzahl von Winkeln in der Gierrichtung, den Neigungsrichtungs-Befestigungswinkeln und den Rollrichtungs-Befestigungswinkeln innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs, erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, umzuwandeln, - die Stellungswinkel, basierend auf den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, nach der Koordinatenumwandlung, berechnet, und die Stellungswinkel von wenigstens einem der Neigungswinkel, der Rollwinkel und der Gierwinkel, basierend auf der Versuchsbeschleunigung nach der Koordinatenumwandlung, zu berechnen und - als einen Gierrichtungs-Befestigungswinkel der Positionierungsvorrichtung den Gierwinkel zu berechnen, in einem Fall in dem die berechneten Stellungswinkel, basierend auf den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, und die Stellungswinkel, basierend auf den triaxialen Beschleunigungen, eine höchste Übereinstimmung haben.
10. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, den Winkel in der Gierrichtung oder den Gierwinkel als den Gierrichtungs-Befestigungswinkel zu berechnen, wenn wenigstens zwei oder mehr der Winkel in der Gierrichtung in einem Fall, in dem eine Beschleunigung aus den triaxialen Beschleunigungen in einer lateralen Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des beweglichen Körpers ist und eine normale Beschleunigung, was eine Beschleunigung in einer normalen Richtung senkrecht zu der Längsrichtung ist, eine höchste Übereinstimmung haben, der Winkel in der Gierrichtung in einem Fall, in dem die Beschleunigung aus der triaxialen Beschleunigung in der Längsrichtung des beweglichen Körpers und die von der Entfernungsmesseinheit (51) berechnete Längsbeschleunigung eine höchste Übereinstimmung haben, und der Gierwinkel in einem Fall in dem der Neigungswinkel, der Rollwinkel oder der Gierwinkel, basierend auf den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, und einer der Neigungswinkel, der Rollwinkel und der Gierwinkel, basierend auf den triaxialen Beschleunigungen mit einer höchsten Übereinstimmung, identisch sind.
11. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Vorrichtungsgehäuse-Befestigungswinkelberechnungseinheit (56) eingerichtet ist, den Winkelbereich und eine Auflösung des Winkels in der Gierrichtung innerhalb des Winkelbereichs einzustellen.
12. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Positionsschätzungseinheit (59) eingerichtet ist, die aktuelle Position des beweglichen Körpers basierend auf Bewegungsstrecke und dem Stellungswinkel zu schätzen und die aktuelle Position des beweglichen Körper basierend auf dem Positionierungsergebnis gemäß entsprechender Vorhersagefehlern des Positionierungsergebnisses, der Bewegungsstrecke und des Stellungswinkels zu korrigieren.
13. Positionierungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Positionsschätzungseinheit (59) eingerichtet ist, den Vorhersagefehler der Stellungswinkel, basierend auf einem Unterschied zwischen den Stellungswinkeln, basierend auf den triaxialen Beschleunigungen und den Stellungswinkeln, basierend auf den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, zu berechnen.
14. Positionierungsverfahren verwendet von einer Positionierungsvorrichtung für einen beweglichen Körper, das Verfahren umfassend: Empfangen einer Funkwelle von einem GPS-Satelliten, berechnen von wenigstens einer aktuellen Position des beweglichen Körpers und triaxiale Geschwindigkeiten, die eine Längsrichtungsgeschwindigkeit, eine Querrichtungsgeschwindigkeit und eine vertikale Richtungsgeschwindigkeit umfassen, die Geschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen in der Positionierungsvorrichtung sind, und ausgeben eines Berechnungsergebnisses als ein Positionierungsergebnis; Ausgeben eines Pulssignals entsprechend der Bewegung des beweglichen Körpers; Erfassen von triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, die Winkelgeschwindigkeiten der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind; Erfassen von triaxialen Beschleunigungen, die Beschleunigungen der drei zueinander senkrechten Achsen der Positionierungsvorrichtung sind; Berechnen einer Bewegungsstrecke, einer Geschwindigkeit und einer Längsbeschleunigung des beweglichen Körpers basierend auf dem pro bestimmten Zyklus ausgegebenen Pulssignal; Bestimmung, ob oder ob nicht der bewegliche Körper eine horizontale, ebene, gleichmäßige, lineare Fahrt für geradliniges Fahren bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer horizontalen Ebene durchführt, basierend auf wenigstens den als das Positionierungsergebnis berechneten triaxialen Geschwindigkeiten, der berechneten Längsbeschleunigung und den erfassten triaxialen Beschleunigungen, während der bewegliche Körper fährt, und berechnen der triaxialen Beschleunigungen als einen Nullpunkt, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, dass der bewegliche Körper die horizontale, ebene, gleichmäßige lineare Fahrt durchführt; Berechnen eines Neigungsrichtungs-Befestigungswinkels und eines Rollrichtungs- Befestigungswinkels der Positionierungsvorrichtung, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, basierend auf dem Nullpunkt der berechneten triaxialen Beschleunigungen; Koordinaten umwandeln der erfassten triaxialen Winkelgeschwindigkeiten, basierend auf dem berechneten Neigungsrichtungs-Befestigungswinkel und dem berechneten Rollrichtungs-Befestigungswinkel; und Schätzen der aktuellen Position des beweglichen Körpers, basierend auf wenigstens einer aus den triaxialen Winkelgeschwindigkeiten nach der Koordinatenumwandlung erhaltenen Giergeschwindigkeit.

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