DE112020007484T5 - Fahrzeugsteuerungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung, die umfasst: einen Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil, das erste Daten, die einen Positionierungslösungszustand enthalten, von der Satellitenpositionierungsvorrichtung erhält und die ersten Daten als ein Satellitenpositionierungsergebnis ausgibt; ein Sensorkorrekturteil, das zweite Daten, die einen Zustandsbetrag des Fahrzeugs angeben, von einem autonomen Sensor erhält und einen ersten Fehler, der in den zweiten Daten enthalten ist, korrigiert, um die korrigierten zweiten Daten als korrigierte Daten auszugeben; ein Inertial-Positionierungsteil, das eine Inertial-Positionierungsberechnung auf Grundlage der korrigierten Daten durchführt und ein Inertial-Positionierungsergebnis ausgibt; ein Beobachtungswert-Vorhersageteil, das eine Positionierungsberechnung unter Verwendung des Inertial-Positionierungsergebnisses durchführt und einen Vorhersagebeobachtungswert zum Schätzen eines Korrekturbetrags der zweiten Daten berechnet, um den Vorhersagebeobachtungswert auszugeben; ein Fehlerschätzteil, das einen Fehler zwischen dem Vorhersagebeobachtungswert und einem Satellitenpositionierungsergebnis schätzt, um den Fehler als einen zweiten Fehler auszugeben, und der einen Korrekturbetrag des autonomen Sensors ausgibt, der auf Grundlage des zweiten Fehlers berechnet wurde; ein Positionierungskorrekturteil, das den Vorhersagebeobachtungswert auf Grundlage des Vorhersagebeobachtungswerts und des zweiten Fehlers korrigiert und den Vorhersagebeobachtungswert als ein korrigiertes Positionierungsergebnis ausgibt; und ein

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung, die an einem Fahrzeug angebracht ist, um das Fahrzeug zu steuern.
• HINTERGRUND
• Es ist notwendig, eine Straße zu erfassen, auf der ein Fahrzeug fahren soll, eine Fahrtroute zu erzeugen, die eine Route ist, auf der das Fahrzeug fahren soll, und das Fahrzeug so zu steuern, dass das Fahrzeug auf der erzeugten Fahrtroute fährt, um eine Fahrunterstützung des Fahrzeugs oder eine automatische Fahrt des Fahrzeugs durchzuführen.
• Ein herkömmliches Fahrassistenzsystem mit einem Erkennungssystem, das eine Begrenzungslinie mit einer Kamera erkennt, ist weit verbreitet. In dem System, das die Kamera verwendet, kann jedoch ursprünglich nur ein von der Kamera betrachteter Bereich erfasst werden, und es gibt einen Fall, in dem die Begrenzungslinie kaum erfasst werden kann, weil die Begrenzungslinie zum Beispiel verschwimmt oder es regnet.
• Entsprechend wird ein System zur Erfassung einer Straße unter Verwendung eines Satellitenpositionierungsergebnisses durch ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) und Kartendaten, die mit hoher Präzision gemessen werden, in Betracht gezogen. Insbesondere ein System zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs mit hoher Präzision, wie es durch einen Quasi-Zenit-Satelliten und ein Netzwerk-Typ Echtzeit-Kinematik (eng.: real time kinematic, RTK) typisiert ist, wurde vor kurzem in der Praxis eingesetzt.
• Patentdokument 1 offenbart ein Positionierungssystem, das umfasst: ein Satellitennavigationsteil, das ein Signal von einem Navigationssatelliten empfängt, um eine Position eines betreffenden Fahrzeugs zu bestimmen; ein autonomes Navigationsteil, das eine Position des betreffenden Fahrzeugs auf Grundlage eines Azimutwinkels des betreffenden Fahrzeugs und eines relativen Bewegungsbetrags desselben von einer vorbestimmten Position aus bestimmt; eine Kartendatenbank, die Kartendaten speichert, die sich auf eine Straße beziehen, auf der sich das betreffende Fahrzeug bewegt; und ein Positionierungsdaten-Verwendbarkeitsbestimmungsteil, das bestimmt, ob Positionierungsdaten des Satellitennavigationsteils zur Steuerung eines Fahrzeugs verwendet werden können oder nicht. Das Positionierungsdaten-Verwendbarkeitsbestimmungsteil bestimmt, ob die Positionierungsdaten des Satellitennavigationsteils zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden können oder nicht, basierend auf einer Differenz zwischen den Positionierungsdaten des Satellitennavigationsteils und den Positionierungsdaten des autonomen Navigationsteils und einer Differenz zwischen den Positionierungsdaten des Satellitennavigationsteils und den Kartendaten der Kartendatenbank unter einer Bedingung, dass die Anzahl von Daten, die durch den Navigationssatelliten erfasst werden, gleich oder größer ist als die Anzahl von Daten, in denen die Position bestimmt werden kann, und die Positionierungsgenauigkeit der erfassten Daten durch den erfassten Navigationssatelliten gleich oder höher als eine vorbestimmte Genauigkeit ist. Das Positionierungsdaten-Verwendbarkeitsbestimmungsteil wählt in Übereinstimmung mit dem Bestimmungsergebnis aus, welche Daten zu verwenden sind, die Positionsdaten des Satellitennavigationsteils oder die Positionsdaten des autonomen Navigationsteils.
• DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
• PATENTSCHRIFT(EN)
• Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2017-3395
• ZUSAMMENFASSUNG
• PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
• Bei der im Patentdokument 1 offenbarten Technik werden nur die Positionsdaten des autonomen Navigationsteils verwendet, wenn es ein Problem mit den Positionsdaten des Satellitennavigationsteils gibt, und ein durch den autonomen Navigationsteil selbst verursachter Fehler wird nicht berücksichtigt, so dass es ein Problem mit der Genauigkeit der Schätzung der Position des betreffenden Fahrzeugs gibt.
• Die vorliegende Offenbarung wurde daher gemacht, um Probleme wie oben beschrieben zu lösen, und es ist ein Ziel, eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, in der die Genauigkeit der Schätzung einer Position eines Fahrzeugs verbessert wird.
• MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
• Eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung, die eine Position eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Satellitenpositionierungsvorrichtung und eines autonomen Sensors schätzt, um das Fahrzeug zu steuern, umfassend: ein Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil, das erste Daten einschließlich eines Positionierungslösungszustands von der Satellitenpositionierungsvorrichtung erhält und die ersten Daten verarbeitet, um die verarbeiteten ersten Daten als ein Satellitenpositionierungsergebnis auszugeben; ein Sensorkorrekturteil, das zweite Daten, die einen Zustandsbetrag des Fahrzeugs anzeigen, von dem autonomen Sensor erhält, und einen ersten Fehler, der in den zweiten Daten enthalten ist, korrigiert, um die zweiten Daten, die korrigiert wurden, als korrigierte Daten auszugeben; ein Inertial-Positionierungsteil, das eine Inertial-Positionierungsberechnung auf Grundlage der korrigierten Daten durchführt, die von dem Sensorkorrekturteil ausgegeben werden, um ein Inertial-Positionierungsergebnis auszugeben; ein Beobachtungswert-Vorhersageteil, das eine Positionsberechnung unter Verwendung des von dem Inertial-Positionierungsteil ausgegebenen Inertial-Positionsergebnisses durchführt, und einen Vorhersagebeobachtungswert berechnet zum Schätzen eines Korrekturbetrags der von dem autonomen Sensor ausgegebenen zweiten Daten, um den berechneten Vorhersagebeobachtungswert auszugeben; ein Fehlerschätzungsteil, das einen Fehler zwischen dem Vorhersagebeobachtungswert, der von dem Beobachtungswert-Vorhersageteil ausgegeben wird, und einem Satellitenpositionierungsergebnis, das von dem Satellitenpositionierungsergebnisverarbeitungsteil ausgegeben wird, abschätzt, um den Fehler als einen zweiten Fehler auszugeben, und einen Korrekturbetrag des autonomen Sensors, der auf Grundlage des zweiten Fehlers berechnet wird, ausgibt; ein Positionierungskorrekturteil, das den Vorhersagebeobachtungswert auf Grundlage des von dem Beobachtungswert-Vorhersageteil ausgegebenen Vorhersagebeobachtungswerts und des von dem Fehlerschätzungsteil ausgegebenen zweiten Fehlers korrigiert, um den korrigierten Vorhersagebeobachtungswert als korrigiertes Positionierungsergebnis auszugeben; und ein Fahrzeugsteuerungsteil, das das Fahrzeug unter Verwendung des korrigierten Positionsergebnisses, das von dem Positionskorrekturteil ausgegeben wird, entlang einer Straße fahren lässt, wobei das Fehlerschätzungsteil einen Fehlerschätzungsparameter in Übereinstimmung mit dem Positionierungslösungszustand ändert.
• AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
• Gemäß der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann der Fehler des autonomen Sensors genau korrigiert werden, indem ein Fehlerschätzungsparameter in Übereinstimmung mit dem Positionierungslösungszustand im Fehlerschätzungsteil geändert wird, wodurch die Genauigkeit der Schätzung der Position des Fahrzeugs verbessert werden kann und die Genauigkeit der Fahrzeugsteuerung verbessert werden kann.
• Figurenliste
• [1] Ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 zeigt.
• [2] Ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Konfiguration der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
• [3] Ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Prozesses in der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
• [4] Ein Diagramm, das eine Hardware-Konfiguration veranschaulicht, mit der die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 erreicht wird.
• [5] Ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Hardware-Konfiguration, mit der die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 erreicht wird.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
• <Ausführungsform 1>
• <Konfiguration der Vorrichtung>
• 1 ist ein Diagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs 1 zeigt, das mit einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 ausgestattet ist. Wie in 1 dargestellt, ist ein Lenkaktuator 3 an einem Griff 2 befestigt, der zwei Reifen der Vorderräder des Fahrzeugs 1 betätigt.
• Der Lenkaktuator 3 umfasst beispielsweise einen elektronischen Servolenkungsmotor (eng.: electronic power steering, EPS) und eine elektronische Steuerungsvorrichtung (eng.: electronic control unit, ECU) und arbeitet in Übereinstimmung mit einem Lenkbefehl der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9, wodurch er in der Lage ist, Drehungen des Griffs 2 und des Vorderrads zu steuern.
• In dem Fahrzeug 1 wird der Lenkaktuator 3 in Übereinstimmung mit einem Lenkbefehlswert gesteuert, der von der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 eingegeben wird, und die Lenksteuerung wird so durchgeführt, dass das Fahrzeug 1 entlang einer Straße fährt.
• Das Fahrzeug 1 umfasst eine Antenne 5, die ein Signal von einem Satelliten 4 empfängt, eine Satellitenpositionierungsvorrichtung 6, eine Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 und einen autonomen Sensor 8, der am Fahrzeug 1 angebracht ist, um einen Zustandsbetrag eines Fahrzeugs zu erfassen, wie z.B. einen Gierraten-Sensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor.
• Der Satellit 4 besteht aus einer Vielzahl von Satelliten des globalen Positionierungssystems (GPS), aber der Satellit 4 ist nicht auf den GPS-Satelliten beschränkt, sondern es können auch andere Positionierungssatelliten wie z.B. ein globales Navigationssatellitensystem (GLONASS) verwendet werden.
• Die Antenne 5 empfängt ein Satellitensignal vom Satelliten 4 und sendet das empfangene Signal an die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6.
• Die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 als externer Sensor besteht z.B. aus einem GNSS-Empfänger (GNSS-Sensor), um das von der Antenne 5 empfangene Satellitensignal zu verarbeiten und eine Position und einen Azimutwinkel des Fahrzeugs 1 sowie einen Positionierungslösungszustand an die Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 und die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 zu übermitteln.
• Ein GNSS-Sensor hat eine Funktion zur Ausgabe eines im GNSS-Sensor berechneten Positionierungsberechnungsergebnisses und von Beobachtungsdaten des GNSS vor der Positionierungsberechnung als Positionierungsrohdaten in Übereinstimmung mit einer Ausgabeeinstellung. Die Positionierungs-Rohdaten umfassen einen Pseudo-Entfernungs-Beobachtungswert, einen Doppler-Beobachtungswert und einen Trägerwellen-Phasen-Beobachtungswert, und diese Beobachtungswerte werden für jeden vom Satelliten gelieferten Frequenzbereich (zum Beispiel L1-Band, L2-Band und L5-Band) erhalten.
• Beispiele für Positionierungssatelliten sind ein globales Navigationssatellitensystem (GLONASS) in Russland, Galileo in Europa, Quasi-Zenit-Satellitensystem (QZSS) in Japan, Beidou in China, eine indische Navigationskonstellation (NavIC) in Indien zusätzlich zu GPS in den USA, und alle davon können auf die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 gemäß der Ausführungsform 1 angewendet werden.
• Die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 kann ein beliebiges Positionierungssystem aus einer Einzelpositionierung, einer Differenzielles-Globales-Positionierungssystem-Positionierung (eng.: differential global positioning system, DGPS), einer RTK-Positionierung und einer RTK-Positionierung vom Netzwerktyp durchführen, beispielsweise auf Grundlage eines korrigierten Signals von einem Quasi-Zenit-Satelliten, der üblich geworden ist, und korrigierter Informationen über das Internet durch ein in den Diagrammen nicht gezeigten Netzwerk-Terminal, um die Position mit hoher Genauigkeit zu erfassen, und der oben beschriebene Positionierungslösungszustand gibt an, von welchem oben beschriebenen Positionierungssystem das Ergebnis erhalten wird.
• Die Einzelpositionierung ist ein Typ eines Satellitenpositionierungssystems, das die Positionierung anhand von Pseudo-Entfernungsbeobachtungswerten vornimmt, die von vier oder mehr Positionierungssatelliten empfangen werden.
• Bei der DGPS-Positionierung handelt es sich um ein Positionierungssystem, das die Positionsberechnung unter Verwendung eines satellitengestützten Ergänzungssystems (SBAS), eines elektrischen Referenzpunkts und von einer privaten Feststation erzeugten Daten zur Verstärkung des Satellitenpositionierungsfehlers durchführt und dadurch im Vergleich zur Einzelpositionierung ein hochgenaues Satellitenpositionierungsergebnis erzielen kann.
• Bei der RTK-Positionierung handelt es sich um ein Positionierungssystem, das einen elektrischen Referenzpunkt und Satelliten-Rohdaten einer privaten Feststation an eine Mobilstation überträgt und die Ursache eines Satellitenpositionierungsfehlers in der Nähe einer Basisstation beseitigt, wodurch eine hochgenaue Satellitenpositionierung erreicht wird. Die RTK-Positionierung ist in der Lage, eine Positionierung mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich durchzuführen, wenn ein ganzzahliger Wert, der als Mehrdeutigkeit bezeichnet wird, mit hoher Zuverlässigkeit erhalten wird. Die Positionierungslösung zu diesem Zeitpunkt wird als Fix-Lösung bezeichnet, und wenn die Mehrdeutigkeit nicht erreicht wird, wird eine Float-Lösung ausgegeben.
• Die Netzwerk-RTK-Positionierung ist ein Positionierungssystem, das Satellitenpositionsdaten entsprechend einer Installation einer Basisstation über ein Netzwerk erhält, um eine hochgenaue Positionierung durchzuführen. Wenn die Ursache des oben beschriebenen Satellitenpositionierungsfehlers beispielsweise über ein Netzwerk ermittelt wird, gibt die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 eine Fix-Lösung aus, wenn eine Mehrdeutigkeit ermittelt wird, und gibt eine Float-Lösung aus, wenn keine Mehrdeutigkeit ermittelt wird. Wenn die Ursache des oben beschriebenen Satellitenpositionierungsfehlers nicht erhalten wird, gibt die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 eine Positionierungslösung aus, die durch die DGPS-Lösung unter Verwendung der oben beschriebenen Satellitenpositionierungsfehlerverstärkungsdaten erhalten wird. Wenn die Ursache des oben beschriebenen Satellitenpositionierungsfehlers und die oben beschriebenen Satellitenpositionierungsfehler-Verstärkungsdaten nicht erhalten werden, gibt die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 eine Positionierungslösung aus, die durch die Einzelpositionierung erhalten wird. Wenn die Positionierungslösung durch das RTK-Positionierungssystem des Netzwerktyps erhalten wird, zeigt der Positionierungslösungsstatus das RTK-Positionierungssystem des Netzwerktyps an. Wenn die Positionslösung durch das DGPS-Positionierungssystem erhalten wird, zeigt der Status der Positionslösung das DGPS-Positionierungssystem an. Wenn die Positionierungslösung durch ein einzelnes Positionierungssystem erzielt wird, zeigt der Status der Positionierungslösung das einzelne Positionierungssystem an. Das heißt, der Status der Positionslösung gibt das Positionierungssystem selbst an, mit dem die Positionslösung ermittelt wird.
• Es ist auch möglich, einen Gierraten-Sensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zu kombinieren und eine Position und einen Azimutwinkel des betreffenden Fahrzeugs zu berechnen, um eine robustere Position zu ermitteln, um mit Störungen fertig zu werden, wodurch eine Konfiguration erreicht wird, die eine Koppelnavigation ermöglicht.
• Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 ist als eine ECU ausgebildet, die einen Lenkbefehlswert erzeugt, der an den Lenkaktuator 3 übertragen wird, und einen Ziellenkwinkel als den Lenkbefehlswert ausgibt, der auf einer Position, einem Azimutwinkel und einem Positionierungslösungszustand basiert, die von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 eingegeben werden, auf Straßeninformationen, die von der Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 eingegeben werden, und auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Gierrate, die von dem autonomen Sensor 8 eingegeben werden.
• Die Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 gibt Straßeninformationen einer Straße aus, auf der das Fahrzeug 1 fährt, wie z.B. Punktgruppeninformationen eines Breitengrades und eines Längengrades eines Mittelpunktes einer Fahrspur, die Anzahl der Fahrspuren und eine Krümmung, beispielsweise in Übereinstimmung mit der Position und dem Azimutwinkel, die von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 eingegeben werden. Es ist auch möglich, Straßeninformationen auszugeben, die in ein Koordinatensystem umgewandelt werden, in dem das betreffende Fahrzeug oder eine Position in der Nähe des betreffenden Fahrzeugs unter Verwendung des von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 eingegebenen Azimutwinkels auf einen Ursprungspunkt gesetzt wird.
• In 1 haben die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 und die Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 unterschiedliche Konfigurationen, können aber auch so konfiguriert sein, dass beide Arten der Verarbeitung in einer Konfiguration durchgeführt werden.
• Nachfolgend wird eine Konfiguration der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 gemäß der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
• Wie in 2 dargestellt, umfasst die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 ein Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil 10, ein Inertial-Positionierungsteil 11, ein Fehlerschätzungsteil 12, ein Sensorwertkorrekturteil 13, ein Zurückweisungsbestimmungsteil 14, ein Positionierungskorrekturteil 15, ein Fahrzeugzustandsschätzungsteil 16, ein Fahrzeugsteuerungsteil 17 und ein Beobachtungswert-Vorhersageteil 18. Es gibt ein inneres Steuerungsteil 20, das die gesamte Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 steuert. Die Verbindung zwischen dem inneren Steuerungsteil 20 und den einzelnen Elementen ist komplex, daher wird auf eine Darstellung verzichtet. Die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6, die Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 und der autonome Sensor 8 sind mit der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 verbunden.
• Das Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil 10 empfängt ein Positionierungsergebnis (erste Daten), das einen Breitengrad, einen Längengrad, eine Höhe, einen Azimut und einen Positionierungslösungszustand als die Ausgabe von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 enthält, die notwendig ist, um eine Positionierungsberechnung und einen Korrekturbetrag eines Sensorwerts des autonomen Sensors 8 zu schätzen, verarbeitet das Positionierungsergebnis, um in der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 verwendbar zu sein, und gibt es als ein Satellitenpositionierungsergebnis an den Fehlerschätzungsteil 12 aus.
• Das Sensorwert-Korrekturteil 13 erhält einen Sensorwert (zweite Daten), der von dem autonomen Sensor 8 ausgegeben wird, korrigiert einen Sensorfehler wie einen Skalierungsfaktor und eine Verzerrung, die in dem Sensorwert enthalten sind, und gibt den korrigierten Sensorwert aus. Der Sensorwertkorrekturteil 13 führt ferner eine Pufferung der Eingabe durch, um eine Verzögerung der Positionierungsverarbeitung zu kompensieren, die in dem im Folgenden beschriebenen Fahrzeugzustandsschätzteil 16 durchgeführt wird, verzögert den korrigierten Sensorwert (korrigierte Daten) um eine Verzögerungszeit und gibt den korrigierten Sensorwert an den Inertial-Positionierungsteil 11 aus.
• Das Inertial-Positionierungsteil 11 führt eine Inertial-Positionierungsberechnung einer Position, einer Lage und einer Geschwindigkeit als ein Positionierungsergebnis des Fahrzeugs 1 unter Verwendung des korrigierten Sensorwertes durch und gibt das Inertial-Positionierungsergebnis an den Beobachtungswert-Vorhersageteil 18 aus.
• Das Beobachtungswert-Vorhersageteil 18 berechnet einen Vorhersagebeobachtungswert, der notwendig ist, um eine Positionierungsberechnung durchzuführen und einen Korrekturbetrag von Zustandsbetragsdaten zu schätzen, die von dem autonomen Sensor 8 ausgegeben werden, unter Verwendung des Inertial-Positionierungsergebnisses, das von dem Inertial-Positionierungsteil 11 eingegeben wird, und gibt den Vorhersagebeobachtungswert an den Fehlerschätzungsteil 12 aus.
• Das Fehlerschätzungsteil 12 schätzt einen Fehler zwischen einem Satellitenpositionierungsergebnis aus dem Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil 10 und dem Vorhersagebeobachtungswert aus dem Beobachtungswert-Vorhersageteil 18 und gibt den geschätzten Fehler an den Zurückweisungsbestimmungsteil 14 aus.
• Das Zurückweisungsbestimmungsteil 14 bestimmt, ob das Ergebnis der Satellitenpositionierung auf Grundlage des eingegebenen Schätzfehlers zurückgewiesen werden soll oder nicht, gibt das Bestimmungsergebnis an den FahrzeugzustandsSchätzteil 16 und den Fahrzeugsteuerungsteil 17 aus und gibt den Schätzfehler an den Sensorwert-Korrekturteil 13 und den Positionierungskorrekturteil 15 aus.
• Das Positionierungskorrekturteil 15 korrigiert den vom Beobachtungswert-Vorhersageteil 18 eingegebenen Vorhersagebeobachtungswert unter Verwendung des vom Zurückweisungsbestimmungsteil 14 eingegebenen Schätzfehlers und gibt den Vorhersagebeobachtungswert als das korrigierte Positionierungsergebnis an den Fahrzeugzustandsschätzungsteil 16 aus.
• Das Fahrzeugzustandsschätzteil 16 gibt an das Fahrzeugsteuerungsteil 17 einen Fahrzeugzustandsbetrag aus, bei dem eine durch die Positionierungsverarbeitung auftretende Verzögerungszeit anhand des vom Positionierungskorrekturteil 15 eingegebenen korrigierten Positionierungsergebnisses kompensiert wird.
• <Betrieb>
• Nachfolgend wird ein Verarbeitungsablauf der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 gemäß der Ausführungsform 1 anhand eines in 3 dargestellten Flussdiagramms beschrieben.
• Wenn die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 den Betrieb beginnt, erhält die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 einen Anfangswert einer Inertial-Positionierung oder ein aktuelles Inertial-Positionsergebnis, das in dem Fehlerschätzungsteil 12 unter Steuerung des inneren Steuerungsteils 20 verwendet wird (Schritt S1). In einem Fall, in dem das aktuelle inertiale Positionierungsergebnis nicht erhalten werden kann, wie z.B. in einem Fall unmittelbar nach dem Einschalten einer Stromquelle der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9, kann ein ungefähres Positionierungsergebnis vom GNSS-Sensor verwendet werden, oder es kann ein vorbestimmter Wert als der Anfangswert der inertialen Positionierung verwendet werden.
• Als nächstes erhält der Sensorwertkorrekturteil 13 den Sensorwert vom autonomen Sensor 8 (Schritt S2). Das heißt, der autonome Sensor 8 umfasst einen Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs misst, eine Inertial-Messeinheit (eng.: inertial measurement unit, IMU), die eine Beschleunigungsrate und eine Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs misst, und einen Sensor, wie zum Beispiel einen Lenkwinkelmesser, der einen Lenkwinkel des Fahrzeugs misst, und die Beschleunigungsrate und die Winkelgeschwindigkeit von der IMU erhält und die Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser erhält.
• Der Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser ist an den Fahrzeugrädern des Fahrzeugs 1 angebracht und hat die Funktion, eine Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugräder in eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs umzuwandeln, wobei ein Ausgangssignal von einem Impulssensor verwendet wird, der die Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugräder erfasst.
• Die IMU ist auf einem Dach oder an einer Innenseite des Fahrzeugs 1 angeordnet und hat die Aufgabe, eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit in einem Fahrzeugkoordinatensystem zu erfassen. Im Handel wird eine IMU angeboten, in die z. B. ein mikroelektromechanisches System (MEMS) und ein faseroptisches Gyroskop eingebaut sind.
• Als nächstes wird der Sensorwert des autonomen Sensors 8 im Sensorwertkorrekturteil 13 korrigiert (Schritt S3). Außerdem wird der Sensorwert des autonomen Sensors 8 gepuffert, um die nachfolgend beschriebene Verzögerungszeit der Positionierungsverarbeitung zu kompensieren.
• Das heißt, die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 verarbeitet das empfangene Satellitensignal, und die Verzögerungszeit tritt bei einem Prozess der Übertragung des Satellitensignals an die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 und einem Prozess des Empfangs des Satellitensignals in der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 auf. Wenn die Verzögerungszeit zunimmt, nehmen die Stabilität der Steuerung und die Steuerungsleistung schließlich ab, und die Verzögerungszeit muss kompensiert werden. Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 gemäß Ausführungsform 1 puffert eine der Verzögerungszeit entsprechende Probe als konstante Zeit und führt eine Fehlerschätzung unter Verwendung des verzögerten Sensorwertes des autonomen Sensors 8 durch. Dementsprechend wird eine Differenz zwischen dem Satellitenpositionierungsergebnis und dem autonomen Sensor 8 aufgelöst und die Schätzgenauigkeit verbessert.
• <Korrektur des Sensorwertes des autonomen Sensors>
• Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem ein Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser und ein Winkelgeschwindigkeitssensor (im Folgenden als Gierraten-Sensor bezeichnet) in beiden Achsenrichtungen des Fahrzeugs als autonomer Sensor 8 verwendet werden und die Korrektur unter Verwendung eines Sensorfehlermodells durchgeführt wird, das durch die im Folgenden beschriebenen Ausdrücke (1) und (2) ausgedrückt wird.
  [Ausdruck 1] $$\text{V}=\left(1+{\text{s}}_{\text{v}}\right){\text{V}}_{\text{t}}$$

  
• V: Sensorwert der Fahrzeuggeschwindigkeit
• V_t : tatsächlicher Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit
• S_v : Skalierungsfaktor der Fahrzeuggeschwindigkeit

[Ausdruck 2] $$\mathrm{\gamma }=\left(1+{\text{s}}_{\mathrm{\gamma }}\right)\left(\mathrm{\gamma }t+{\text{b}}_{\mathrm{\gamma }}\right)$$

• γ: Sensorwert der Gierrate
• γ_t : wahrer Wert der Gierrate
• S_γ : Skalierungsfaktor der Gierrate
• b_γ : Verzerrung des Gierraten-Sensors
• Ausdruck (1) ist ein Modell, bei dem ein wahrer Wert V_t der Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem Skalierungsfaktor s_ν einer Fahrzeuggeschwindigkeit multipliziert wird, und Ausdruck (2) ist ein Modell, bei dem ein Bias b_γ eines Gierraten-Sensors einem wahren Wert γ_t einer Gierrate überlagert wird, und der wahre Wert γ_t einer Gierrate mit einem Skalierungsfaktor S_γ der Gierrate multipliziert wird.
• In diesem Beispiel werden die Schätzwerte S_νe , s_γe und b_γe von S_ν , S_γ bzw. b_γ als Sensorfehler in dem im Folgenden beschriebenen Fehlerschätzungsteil 12 geschätzt. Der Sensorwertkorrekturteil 13 korrigiert den Sensorwert des autonomen Sensors 8 durch die Ausdrücke (3) und (4) unter Verwendung des Schätzwerts des Sensorfehlers, der im Fehlerschätzungsteil 12 geschätzt wurde.
  [Ausdruck 3] $${\text{V}}_{\text{e}}=\frac{1}{1+{\text{s}}_{\text{ve}}}\text{V}$$

  

  
  [Ausdruck 4] $${\mathrm{\gamma }}_{\text{e}}=\frac{1}{1+{\text{s}}_{\mathrm{\gamma }\text{e}}}\mathrm{\gamma }-{\text{b}}_{\mathrm{\gamma }\text{e}}$$

  

  
  V_e und γ_e sind die korrigierte Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierrate in den Ausdrücken (3) und (4). Das oben beschriebene Sensorfehlermodell ist ein Beispiel, daher kann auch ein anderes Sensorfehlermodell verwendet werden.
• Um auf die Beschreibung des Flussdiagramms in 3 zurückzukommen, wird die Verarbeitung von Schritt S4 in dem Inertial-Positionierungsteil 11 durchgeführt. Das heißt, eine Inertial-Positionierungsberechnung wird in dem Inertial-Positionierungsteil 11 unter Verwendung des korrigierten Sensorwertes und eines Bewegungsmodells des Fahrzeugs durchgeführt. Es wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug im Wesentlichen in einer Ebene bewegt wird, und es wird als eine besondere Berechnungsmethode der inertialen Positionsberechnung modelliert. Das Fahrzeug wird durch ein Navigationskoordinatensystem ausgedrückt, das einem ellipsoiden Körper des geodätischen Bezugssystems 1980 (GRS 80) entspricht (siehe unten). Zunächst wird eine Zustandsvariable definiert, die durch den folgenden Ausdruck (5) ausgedrückt wird.
  [Ausdruck 5] $${\text{y}}_{\text{d}}={\left[\begin{array}{cccc}{\lambda }_{\text{d}}& {\varphi }_{\text{d}}& h_{\text{d}}& {\psi }_{\text{d}}\end{array}\right]}^{\mathrm{\tau }}$$

  

  
  y_d in Ausdruck (5) drückt einen Zustandsvektor bezüglich einer Inertial-Positionierung aus, in dem eine Zustandsvariable bezüglich der Inertial-Positionierung gesammelt wird. λ_d drückt einen Breitengrad aus, der durch die Inertial-Positionierungsberechnung erhalten wird, φ_d drückt einen Längengrad aus, der durch die Inertial-Positionierungsberechnung erhalten wird, h_d drückt eine Höhe eines ellipsoiden Körpers aus, die durch die Inertial-Positionierungsberechnung erhalten wird, und ψ_d drückt einen Azimut aus, der durch die Inertial-Positionierungsberechnung erhalten wird.
• Diese Zustandsvariable wird durch ein Bewegungsmodell modelliert, das durch den folgenden Ausdruck (6) ausgedrückt wird.
  [Ausdruck 6] $${\text{y}}_{\text{d}.}=\text{g}\left({\text{y}}_{\text{d}},\text{u}\right)=\left[\begin{array}{c}\frac{\text{Vcos}{\psi }_{\text{d}}}{\text{M}+{\text{h}}_{\text{d}}}\\ \frac{\text{Vsin}{\psi }_{\text{d}}}{\left(\text{N}+{\text{h}}_{\text{d}}\right)\text{cos}{\lambda }_{\text{d}}}\\ 0\\ \gamma \end{array}\right]$$

  
• λ_d : Breitengrad durch Inertial-Positionierung [rad]
• φ_d : Längengrad bei der Inertial-Positionierung [rad]
• h_d : Höhe des ellipsoiden Körpers bei Inertial-Positionierung [m]
• dψ : Azimut durch Inertial-Positionierung [rad]
• V: Fahrzeuggeschwindigkeit [m/sec]
• γ: Gierrate [rad/sec]
• a: Äquatorialradius (= 6378137,0[m])
• Fe: Erdabplattung (= 1/298,257223563)
• y_d. in Ausdruck (6) drückt einen Vektor aus, in dem ein Zustandsvektor bezüglich einer Inertial-Positionierung zeitlich differenziert ist. g(y_d , u) ist eine nichtlineare Funktion, in der y_d und u ein Eingang sind, und u ist ein Eingangsvektor, in dem die Eingangsvariablen V und γ gesammelt sind, und drückt u = [Vγ]^T aus.
• N in Ausdruck (6) drückt einen primären vertikalen Radius aus, M drückt einen Meridianradius aus, und sie sind durch die folgenden Ausdrücke (7) bzw. (8) definiert.
  [Ausdruck 7] $$\text{N}=\frac{\text{a}}{{\left(1-{\text{e}}^2{\text{sin}}^2{\lambda }_{\text{d}}\right)}^{1\text{/}2}}$$

  

  $$\text{e}=\text{Exzentrizit}\ddot{\text{a}}\text{t }\left(=\sqrt{\left({\text{F}}_{\text{e}}\left(2-{\text{F}}_{\text{e}}\right)\right)}\right)$$

  

  
  [Ausdruck 8] $$\text{M}=\frac{\text{a}\left(1-{\text{e}}^2\right)}{{\left(1-{\text{e}}^2{\text{sin}}^2{\lambda }_{\text{d}}\right)}^{3\text{/}2}}$$

  
• Der korrigierte Sensorwert wird dem Ausdruck (6) zugewiesen, und die Integration wird jeden Moment durchgeführt, wodurch das Ergebnis der Inertial-Positionierung erhalten werden kann. Normalerweise wird eine Methode wie die Runge-Kutta-Methode als Integrationsmethode verwendet. Eine Koordinate eines Breitengrades, eines Längengrades und einer Höhe einer Inertial-Navigation ist eine Koordinate eines Zentrums einer Navigation des Fahrzeugs.
• Wenn die Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 beispielsweise aus einem GNSS-Empfänger (GNSS-Sensor) besteht, wird die GNSS-Koordinate unter Verwendung der durch die Inertial-Positionierung erhaltenen Informationen aktualisiert. Die Aktualisierung der Koordinate des GNSS-Sensors wird im Folgenden beschrieben.
• <Aktualisierung der Koordinaten des GNSS-Sensors>
• Um auf die Beschreibung des Flussdiagramms in 3 zurückzukommen, wird die Verarbeitung von Schritt S5 im Beobachtungswert-Vorhersageteil 18 durchgeführt. Das heißt, der vom GNSS-Sensor erhaltene Beobachtungswert ist die Koordinateninformation eines Breitengrades, eines Längengrades und einer Höhe der Antenne 5. Der Beobachtungswert des GNSS-Sensors wird im Folgenden als (λ_m, φ_m, h_m, ψ_m) bezeichnet. In der Zwischenzeit werden diese Koordinateninformationen auch im Ergebnis der Inertial-Positionierung erhalten, jedoch ist das Ergebnis der Inertial-Positionierung die Koordinate des Navigationszentrums des Fahrzeugs, so dass der Beobachtungswert des GNSS-Sensors unter Verwendung eines Ausgleichsbetrags vom Navigationszentrum des Fahrzeugs zur Position der Antenne 5 vorhergesagt wird. Das heißt, wenn der Kompensationsbetrag vom Zentrum der Navigation des Fahrzeugs, ausgedrückt durch das Navigationskoordinatensystem des Fahrzeugs, zur Antenne 5 (Δx, Δy, Δz) beträgt, wird der vorhergesagte Beobachtungswert (λ_p , φ_p , h_p , ψ_p ) des GNSS-Sensors durch die Koordinatenumwandlungsfunktion c (y_d , v) aus dem Inertial-Positionswert y_d (λ_d , φ_d , h_d , ψ_d ) und dem Kompensationsbetrag v (Δx, Δy, Δz) wie folgt erhalten werden: Ausdruck (9).
  [Ausdruck 9] $$\left[\begin{array}{c}{\lambda }_{\text{p}}\\ {\varphi }_{\text{p}}\\ {\text{h}}_{\text{p}}\\ {\psi }_{\text{p}}\end{array}\right]=\text{c}\left({\lambda }_{\text{d}},{\varphi }_{\text{d}},{\text{h}}_{\text{d}},{\psi }_{\text{d}},\mathrm{\Delta }\text{x},\mathrm{\Delta }\text{y},\mathrm{\Delta }\text{z}\right)$$

  
• Um zur Beschreibung des Flussdiagramms in 3 zurückzukehren, wird die Verarbeitung von Schritt S6 durchgeführt. Das heißt, der Fehlerschätzungsteil 12 schätzt den Fehler (zweiter Fehler) zwischen dem Satellitenpositionierungsergebnis, das von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 erhalten wurde, und dem Vorhersagebeobachtungswert, der in Schritt S5 erhalten wurde, berechnet den korrigierten Sensorwert des autonomen Sensors 8, das heißt, den autonomen Sensorkorrekturbetrag auf Grundlage des geschätzten Fehlers; gibt den autonomen Sensorkorrekturbetrag an den Sensorwertkorrekturteil 13 aus, und gibt den geschätzten Fehler an den Zurückweisungsbestimmungsteil 14 aus.
• Als nächstes wird die Verarbeitung von Schritt S7 durchgeführt. Das heißt, der Fehlerschätzungsteil 12 bestimmt, ob das von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 empfangene Satellitenpositionierungsergebnis aktualisiert wird oder nicht. Das heißt, der Inertial-Positionierungsteil 11 vergleicht das in Schritt S4 erhaltene Satellitenpositionierungsergebnis und das von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 zu einem Zeitpunkt einer vorherigen Abtastung empfangene Satellitenpositionierungsergebnis, und wenn diese Ergebnisse gleich sind, bestimmt der Inertial-Positionierungsteil 11, dass die Daten von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 nicht aktualisiert werden, und wenn diese Ergebnisse voneinander verschieden sind, bestimmt der Inertial-Positionierungsteil 11, dass die Daten von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 aktualisiert werden. Dann, wenn die Daten von der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 aktualisiert sind (im Fall von Ja), fährt der Prozess mit Schritt S10 fort. In der Zwischenzeit, wenn die Daten nicht aktualisiert werden (im Fall von Nein), fährt der Prozess mit der Verarbeitung von Schritt S8 im Inertial-Positionierungsteil 11 fort.
• In Schritt S8 werden der von dem Fehlerschätzungsteil 12 berechnete autonome Sensorkorrekturbetrag und das in Schritt S4 erhaltene Ergebnis der Berechnung der Inertial-Positionierung an den Positionierungskorrekturteil 15 ausgegeben. Wenn der autonome Sensorkorrekturbetrag nicht erhalten wird, wird der Wert des vorherigen Berechnungsergebnisses als der autonome Sensorkorrekturbetrag ausgegeben, und das Ergebnis der Inertial-Positionsberechnung, das in Schritt S4 erhalten wurde, wird an den Positionierungskorrekturteil 15 ausgegeben.
• <Methode der Fehlerschätzung>
• Im Folgenden wird ein Verfahren zur Schätzung eines Fehlers im Fehlerschätzungsteil 12 beschrieben. Zunächst wird ein Zustandsvektor x definiert, der durch den folgenden Ausdruck (10) ausgedrückt wird und eine zu schätzende Variable wie einen Breitengrad, einen Längengrad, eine Höhe, einen Azimut, einen Fahrzeuggeschwindigkeit-Skalierungsfaktor, einen Gierraten-Skalierungsfaktor und eine Gierraten-Verzerrung aufweist.
  [Ausdruck 10] $$\text{x}={\left[\begin{array}{ccccccc}\lambda & \varphi & \text{h}& \psi & {\text{s}}_v& {\text{s}}_{\gamma }& {\text{b}}_{\gamma }\end{array}\right]}^{\mathrm{\tau }}$$

  
• Wenn der Skalierungsfaktor S_ν der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Skalierungsfaktor S_γ der Gierrate sehr klein sind, können der wahre Wert V_t der Fahrzeuggeschwindigkeit und der wahre Wert γ_t der Gierrate durch die folgenden Ausdrücke (11) bzw. (12) in Übereinstimmung mit den Ausdrücken (3) und (4) angenähert werden.
  [Ausdruck 11] $${\text{V}}_{\text{t}}=\left(1-{\text{s}}_{\text{v}}\right)\text{V}$$

  

  
  [Ausdruck 12] $${\gamma }_{\text{t}}=\left(1-{\text{s}}_{\gamma }\right)\gamma -{\text{b}}_{\gamma }$$

  
• Ein dynamisches Modell des Skalierungsfaktors S_ν der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Skalierungsfaktors S_γ der Gierrate und einer Verzerrung b_γ des Gierraten-Sensors wird durch die folgenden Ausdrücke (13), (14) und (15) ausgedrückt. Das heißt, das Fahren basiert auf einem primären Markov-Prozess der Vorhersage eines nächsten Zustands aus einem aktuellen Zustand.
  [Ausdruck 13] $${\text{s}}_v.=\left(-{\text{s}}_v+{\text{W}}_{sv}\right)\text{/}{\tau }_{sv}$$

  
• W_sν = Prozessrauschen des Fahrzeuggeschwindigkeit-Skalierungsfaktors [-]
• τ_sν = Modellparameterwert des Fahrzeuggeschwindigkeit-Skalierungsfaktors [sec]

[Ausdruck 14] $${\text{s}}_{\gamma }.=\left(-{\text{s}}_{\gamma }+{\text{W}}_{\text{s}\gamma }\right)\text{/}{\tau }_{\text{s}\gamma }$$

• W_Sγ = Prozessrauschen des Gierraten-Skalierungsfaktors [-]
• τ_sγ = Modellparameterwert des Gierraten-Skalierungsfaktors [sec]

[Ausdruck 15] $${\text{b}}_{\gamma .}=\left(-{\text{b}}_{\gamma }+w_{\text{b}\gamma }\right)/{\tau }_{\text{b}\gamma }$$

• W_bγ = Prozessrauschen der Gierraten-Verzerrung [rad/sec]
• z_bγ = Modellparameterwert der Gierraten-Verzerrung [sec]
• In den Ausdrücken (13) bis (15) ist s_ν. eine zeitliche Differenzierung von S_ν , s_γ. ist eine zeitliche Differenzierung von S_γ , und b_γ. ist eine zeitliche Differenzierung von b_γ . Das Prozessrauschen WS_ν des Fahrzeuggeschwindigkeit-Skalierungsfaktors ist ein Rauschen bezüglich eines zeitlichen Übergangs des Fahrzeuggeschwindigkeits-Skalierungsfaktors, das Prozessrauschen WS_γ des Gierraten-Skalierungsfaktors ist ein Rauschen bezüglich eines zeitlichen Übergangs des Gierraten-Skalierungsfaktors, und das Prozessrauschen Wb_γ der Gierraten-Verzerrung ist ein Rauschen bezüglich eines zeitlichen Übergangs der Gierraten-Verzerrung.
• Wenn die Ausdrücke (13) bis (15) zusammengefasst werden, kann eine Zustandsgleichung durch den folgenden Ausdruck (16) ausgedrückt werden.
  [Ausdruck 16] $$\text{x}.=\text{f}\left(\text{x},\text{u}\right):=\left[\begin{array}{c}\frac{\left(1-{\text{s}}_{\nu }\right)\text{Vcos}\psi }{\text{M}+\text{h}}\\ \frac{\left(1-s_{\nu }\right)\text{Vsin}\psi }{\left(N+h\right)\text{cos}\lambda }\\ 0\\ \left(1-{\text{s}}_{\gamma }\right)\gamma -{\text{b}}_{\gamma }\\ -{\text{s}}_{\nu }/{\tau }_{\text{s}\nu }\\ -{\text{b}}_{\gamma }/{\tau }_{\text{b}\gamma }\end{array}\right]$$

  
• In Ausdruck (16) drückt x. einen Vektor aus, in dem der Zustandsvektor x zeitlich differenziert ist. u ist ein Eingangsvektor, der durch den folgenden Ausdruck (17) ausgedrückt werden kann.
  [Ausdruck 17] $$\text{u}={\left[\text{V}\gamma \right]}^{\text{T}}$$

  
• Ausdruck (16) ist die Zustandsgleichung und Ausdruck (9) ist eine Beobachtungsgleichung des GNSS-Sensors zur Schätzung des Zustandsvektors x, wodurch die Berechnung der Satellitenpositionierung und der Fehler des autonomen Sensors 8 geschätzt werden können.
• Die Zustandsgleichung von Ausdruck (16) und die Beobachtungsgleichung von Ausdruck (9) sind in Bezug auf den Zustandsvektor nichtlinear gebildet, so dass eine nichtlineare Zustandsschätzung angewendet werden muss, um die Positionsberechnung und den Fehler des autonomen Sensors 8 zu schätzen. Als Methode zur Schätzung des nichtlinearen Zustands kann eine bekannte Methode wie z.B. ein Partikelfilter oder eine sequenzielle Monte-Carlo-Methode und ein erweiterter Kalman-Filter verwendet werden. Diese Methoden sind Methoden zur Schätzung eines stochastisch wahrscheinlichsten Zustands und werden häufig für ein Zustandsschätzungsproblem verwendet.
• Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das den erweiterten Kalman-Filter verwendet. Die Zustandsvariable wird im Kalman-Filter auf Grundlage der Annahme geschätzt, dass das mit dem System verbundene Rauschen der Gauß-Verteilung entspricht, und der Kalman-Filter ist bei der Montage vorteilhaft, weil der Berechnungsaufwand gering ist und ein Berechnungskreis im Vergleich zum Partikelfilter klein sein kann.
• <Zustandsschätzung durch erweitertes Kalman-Filter>
• Eine primäre Taylor-Erweiterung von Ausdruck (16) um einen Vorabschätzungswert x_b des Zustandsvektors kann durch den folgenden Ausdruck (18) ausgedrückt werden.
  [Ausdruck 18] $$\mathrm{\delta }\text{x}.={\text{F}}_{\text{a}}\mathrm{\delta }\text{x}+\text{w}$$

  
• In Ausdruck (18) ist w ein Prozessrauschen, und δx ist ein Fehlerzustandsvektor, der durch den folgenden Ausdruck (19) ausgedrückt werden kann.
  [Ausdruck 19] $$\mathrm{\delta }\text{x}:=\text{x}-{\text{x}}_{\text{b}}$$

  
• Fa kann durch den folgenden Ausdruck (20) in Ausdruck (18) ausgedrückt werden.
  [Ausdruck 20] $${\text{F}}_{\text{a}}:={\frac{\partial \text{f}}{\partial \text{x}}|}_{\text{x}={\text{x}}_{\text{b}}}$$

  
• Eine Beobachtungsgleichung z durch den GNSS-Sensor wird durch den folgenden Ausdruck (21) ausgedrückt.
  [Ausdruck 21] $$\text{z}={\left[{\lambda }_{\text{p}}{\varphi }_{\text{p}}{\text{ h}}_{\text{p}}{\psi }_{\text{p}}\right]}^{\text{T}}$$

  
• Die Beobachtungsgleichung z kann als Funktion der Zustandsvektoren x und u ausgedrückt werden, und alle Beobachtungsgleichungen z lassen sich im obigen Zustand durch den folgenden Ausdruck (22) beschreiben.
  [Ausdruck 22] $$\text{z}={\text{h}}_0\left(\text{x},\text{u}\right)$$

  
• Eine Taylor-Expansion von Ausdruck (22) um einen vorherigen Schätzwert x_b des Zustandsvektors x kann durch die folgenden Ausdrücke (23) und (24) ausgedrückt werden.
  [Ausdruck 23] $$\delta \text{z}=\frac{\partial {\text{h}}_0}{\partial \text{x}}|\underset{x={\text{x}}_{\text{b}}}{\delta x}$$

  

  
  [Ausdruck 24] $$\delta \text{z}=\text{H}\delta \text{x}$$

  
• In Ausdruck (23) ist der Ausgangsvektor z eine Beobachtungsgleichung, die durch den zuvor beschriebenen Ausdruck (22) ausgedrückt wird.
• In Ausdruck (24) ist H eine Matrix, in der eine primäre Taylor-Erweiterung an der Beobachtungsgleichung in Bezug auf den Zustandsvektor x durchgeführt wird, und der vorherige Schätzwert x_b wird als x zugewiesen und wird durch den folgenden Ausdruck (25) ausgedrückt.
  [Ausdruck 25] $$\text{H}:={\frac{\partial {\text{h}}_0}{\partial \text{x}}|}_{\text{x}={\text{x}}_{\text{b}}}$$

  
• Die Matrix H kann analytisch ermittelt oder durch numerische Differenzierung berechnet werden.
• Wenn Ausdruck (18) und Ausdruck (24) durch eine Abtastzeit Δt des autonomen Sensors 8 diskretisiert werden und eine diskrete Zeit k ist, ergeben sich die folgenden Ausdrücke (26) und (27).
  [Ausdruck 26] $$\delta {\text{x}}_{\text{k}}=\text{F}\delta {\text{x}}_{\text{k-1}}+{\text{w}}_{\text{k}}$$

  

  
  [Ausdruck 27] $$\delta {\text{z}}_{\text{k}}=\text{H}\delta {\text{x}}_{\text{k}}+{\text{v}}_{\text{k}}$$

  
• In Ausdruck (26) und Ausdruck (27) ist F eine Zustandsübergangsmatrix in Bezug auf einen Fehlerzustandsvektor δx_k in Bezug auf eine Zeit k und wird ausgedrückt als F = (1+F_a. dt) und w_k = w. Δt. ν_k ist ein Sensorrauschen entsprechend jedem Beobachtungswert. Das Prozessrauschen w und das Sensorrauschen ν_k sind Parameter des Kalman-Filters und können z. B. anhand eines früheren Messwerts festgelegt werden.
• Wenn ein Verarbeitungsalgorithmus des Kalman-Filters unter Verwendung von Ausdruck (26) und Ausdruck (27) angewendet wird, kann der Schätzwert δx_e, _k des Fehlerzustandsvektors zum diskreten Zeitpunkt k erhalten werden.
• <Verarbeitung der Zeitentwicklung>
• Die Verarbeitung der zeitlichen Entwicklung ist eine Verarbeitung, die zu jeder Abtastzeit des autonomen Sensors 8 durchgeführt wird. Ein vorheriger Schätzwert x_k, _k zum Zeitpunkt k wird durch den folgenden Ausdruck (28) ausgedrückt, der ein Ergebnis der Inertial-Positionierung y_d, _k zum Zeitpunkt k und einen autonomen Sensorfehler e_Sensor, _k verwendet.
  [Ausdruck 28] $${\text{x}}_{\text{b}\text{,k}}={\left[{\text{y}}_{\text{d}\text{,k}}{}^{\text{T}}{\text{e}}_{\text{sensor}\text{,k}}{}^{\text{T}}\right]}^{\text{T}}$$

  
• Wenn der vorherige Schätzwert des Fehlerzustandsvektors zum Zeitpunkt k δx_b, _k ist, eine Fehler-Kovarianzmatrix P_k (n×n-Matrix) ist und eine vorherige Fehler-Kovarianzmatrix P_{b, k} (n×n-Matrix) ist, werden der vorherige Schätzwert δx_b, _k und die vorherige Fehler-Kovarianzmatrix P_{b, k} durch den folgenden Ausdruck (29) bzw. Ausdruck (30) ausgedrückt, und die Zeitentwicklungsverarbeitung wird durchgeführt.
  [Ausdruck 29] $$\delta {\text{x}}_{\text{b}\text{,k}}=\text{F}\delta {\text{x}}_{\text{b}\text{,k-1}}$$

  

  
  [Ausdruck 30] $${\text{P}}_{\text{b}\text{,k}}={\text{FP}}_{\text{k}-1}{\text{F}}^{\text{T}}+\text{Q}$$

  
• In Ausdruck (30) ist Q eine Kovarianzmatrix (n×n-Matrix) eines Prozessrauschens mit einer Varianz von w_k als Diagonalelement. Ein Anfangswert der Fehler-Kovarianzmatrix ist z. B. unmittelbar nach dem Einschalten einer Stromquelle erforderlich und wird häufig als Anfangswert P_k-1 verwendet, der durch den folgenden Ausdruck (31) ausgedrückt wird, wobei ein optionaler skalarer Wert α gleich oder größer als 0 und eine Einheitsmatrix I_n×n von n×n verwendet wird. Ein Vektor, in dem alle Elemente von δx_b, _k auf 0 gesetzt sind, wird als Anfangswert von δx_b, _k verwendet.
  [Ausdruck 31] $${\text{P}}_{\text{k}-1}=\alpha \cdot {\text{I}}_{\text{n}\times \text{n}}$$

  
• <Aktualisierung der Beobachtung>
• Die durch die folgenden Ausdrücke (32), (33) und (34) definierte Verarbeitung der Beobachtungsaktualisierung wird zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem ein Beobachtungswert von einem externen Sensor erhalten wird.
  [Ausdruck 32] $${\text{G}}_{\text{k}}={\text{P}}_{\text{b}\text{,k}}{\text{H}}^{\text{T}}{\left({\text{HP}}_{\text{b}\text{,k}}{\text{ H}}^{\text{T}}+\text{R}\right)}^{-1}$$

  

  
  [Ausdruck 33] $$\delta {\text{x}}_{\text{e}\text{,k}}=\delta {\text{x}}_{\text{b}\text{,k}}+{\text{G}}_{\text{k}}\left(\delta {\text{z}}_{\text{k}}-\text{H}\delta {\text{x}}_{\text{b}\text{,k}}\right)$$

  

  
  [Ausdruck 34] $${\text{P}}_{\text{k}}=\left({\text{I}}_{\text{n}\times \text{n}}-{\text{G}}_{\text{k}}\text{ H}\right){\text{P}}_{\text{b}\text{,k}}$$

  
• In den Ausdrücken (32) bis (34) ist δx_e, _k ein Schätzwert des Fehlerzustandsvektors, R ist eine Kovarianzmatrix (p×p-Matrix) des Sensorrauschens, und G_k ist eine Kalman-Verstärkung.
• δz_k ist ein Vektor, der durch den folgenden Ausdruck (35) ausgedrückt wird, in dem z_{m, k} ein tatsächlicher Beobachtungswert zum Zeitpunkt k und z_{p, k} ein vorhergesagter Beobachtungswert ist.
  [Ausdruck 35] $$\delta {\text{z}}_{\text{k}}={\text{z}}_{\text{m}\text{,k}}-{\text{z}}_{\text{p}\text{,k}}$$

  
• Nach diesem Verfahren erhält man den Schätzwert δx_e, _k des Fehlerzustandsvektors zum Zeitpunkt k, so dass der Schätzwert x_e, _k des Zustandsvektors x_k wie folgt erhalten werden kann Ausdruck (36).
  [Ausdruck 36] $${\text{x}}_{\text{e}\text{,k}}={\text{x}}_{\text{b}\text{,k}}+\delta {\text{x}}_{\text{e}\text{,k}}$$

  
• Die Positionierungslösung des GNSS-Sensors ändert sich in Abhängigkeit von einem Positionierungssystem, wie z.B. einer Einzelpositionierung, einer DGPS-Positionierung, einer RTK-Positionierung und einer RTK-Positionierung vom Netzwerktyp, und die Positionsgenauigkeit des Satellitenpositionierungsergebnisses ist in Abhängigkeit vom Positionierungssystem unterschiedlich, so dass ein gutes Ergebnis erzielt wird, indem ein Wert des Elements der Kovarianzmatrix R des Sensorrauschens erhöht wird, wenn der Fehlerschätzungsparameter in Übereinstimmung mit der Abnahme der Genauigkeit der Positionierungslösung erhöht wird. Ein Doppler-Beobachtungswert des GNSS-Signals kann jedoch für die Genauigkeit des Azimuts im Ergebnis der Satellitenpositionierung verwendet werden, so dass die Genauigkeit z. B. durch den Einfluss von Mehrwegeffekten kaum beeinträchtigt wird. Selbst wenn sich die Positionierungslösung ändert, muss daher ein Element, das sich auf den Azimut ψ in dem Element der Kovarianzmatrix R des Sensorrauschens bezieht, nicht geändert werden. Dementsprechend wird das Element der Position der Kovarianzmatrix R des Sensorrauschens erhöht, und das Element des Azimuts der Kovarianzmatrix R des Sensorrauschens wird nicht geändert oder ein Verhältnis der Erhöhung desselben wird so eingestellt, dass es kleiner ist als das Element der Position der Kovarianzmatrix R des Sensorrauschens, wodurch die Schätzung, die mehr dem Modell des Sensors entspricht, erreicht werden kann, und die Schätzgenauigkeit wird verbessert.
• Um zur Beschreibung des Flussdiagramms in 3 zurückzukehren, wird die Verarbeitung von Schritt S10 im Zurückweisungsbestimmungsteil 14 durchgeführt. Das heißt, der Zurückweisungsbestimmungsteil 14 bestimmt die Zurückweisung des Satellitenpositionierungsergebnisses auf Grundlage eines in Schritt S6 erhaltenen Schätzfehlers.
• Die Fehler-Kovarianzmatrix P_k in Ausdruck (34) drückt eine Verteilung bezüglich der Differenz zwischen dem wahren Wert des Zustandsvektors und dem geschätzten Wert aus, und ein abnormaler Wert des externen Sensors kann mit diesem Wert bestimmt werden. Die Anzahl der Umdrehungen von Fahrzeugrädern wird im Allgemeinen mit hoher Präzision durch einen an den Fahrzeugrädern eines Fahrzeugs angebrachten Fahrzeugradgeschwindigkeitspuls ausgegeben, wodurch die Zuverlässigkeit der Position in kurzer Zeit im Vergleich zum Satellitenpositionierungsergebnis, das z.B. leicht durch einen Mehrwegeffekt beeinflusst wird, erhöht wird. Somit ist eine Konfiguration eines Zurückweisungsmechanismus anwendbar, bei dem Elemente für einen Breitengrad und einen Längengrad der Fehler-Kovarianzmatrix P_k extrahiert werden, ein Ellipsoid, das als ein Fehlerellipsoid bezeichnet wird, durch Ausführen einer Eigenwertanalyse erhalten wird, und wenn der Sensorwert des GNSS-Sensors innerhalb eines Bereichs des Fehlerellipsoids enthalten ist, wird der Sensorwert als der Beobachtungswert verwendet, und wenn er nicht enthalten ist, wird er als der abnormale Wert zurückgewiesen und wird beispielsweise nicht als der Beobachtungswert verwendet. Dementsprechend kann der Beobachtungswert, der eine geringe Genauigkeit aufweist, zurückgewiesen werden, und die Schätzgenauigkeit kann verbessert werden.
• Wenn ein Zustand, in dem der Beobachtungswert nicht aktualisiert wird, fortgesetzt wird, vergrößert sich ein Radius eines aus der Fehler-Kovarianzmatrix P_k berechneten Fehlerellipsoids in Abhängigkeit von der Zeit. Das heißt, der Beobachtungswert wird nicht erhalten, so dass ein Zustand, der mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit auf Grundlage der Kovarianzmatrix Q des Prozessrauschens definiert ist, d.h. ein Bereich eines Breitengrads und eines Längengrads von in diesem Beispiel zunimmt. Somit werden eine Fahrspur von Straßeninformationen, die von der Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 übertragen werden, und das Fehlerellipsoid verglichen, und wenn festgestellt wird, dass das Fehlerellipsoid außerhalb der Fahrspur liegt, wird an den Fahrzeugsteuerungsteil 17 ein Befehl ausgegeben, die Fahrzeugsteuerung auszusetzen oder zur Steuerung unter Verwendung der anderen Kamera und des anderen Sensors, wie z. B. eines LiDAR (eng.: Light Detection and Ranging), umzuschalten. Dementsprechend kann ein Fahrzeug auch dann sicher gesteuert werden, wenn die Schätzungsgenauigkeit reduziert ist.
• Ein ähnlicher Zurückweisungsmechanismus kann auch bei Verwendung eines Partikelfilters konfiguriert werden, und eine zuverlässigere Schätzung kann durch Zurückweisung eines anormalen Wertes durchgeführt werden.
• In Schritt S10, wenn festgestellt wird, dass das Ergebnis der Satellitenpositionierung nicht zurückgewiesen wird (im Fall von Nein), fährt der Prozess mit der Verarbeitung von Schritt S8 im Inertial-Positionierungsteil 11 fort. In Schritt S8 wird ein Ergebnis des in Schritt S6 berechneten autonomen Sensorkorrekturbetrages und das Ergebnis der durch ein nachfolgend beschriebenes Verfahren berechneten inertialen Positionsberechnung an den Positionskorrekturteil 15 ausgegeben.
• Wenn in der Zwischenzeit festgestellt wird, dass das Ergebnis der Satellitenpositionierung in Schritt S10 zurückgewiesen wird (im Fall von Ja), wird ein Wert des vorherigen Berechnungsergebnisses als der autonome Sensorkorrekturbetrag ausgegeben, und ein Ergebnis der in Schritt S4 erhaltenen Berechnung der Inertial-Positionierung wird als das Ergebnis der Berechnung der Inertial-Positionierung ausgegeben (Schritt S11).
• Die Verarbeitung der Schritte S1 bis S11 wird jedes Mal wiederholt, wenn die Abtastung in dem autonomen Sensor 8 durchgeführt wird, und wenn der Zustand, in dem das Ergebnis der Satellitenpositionierung zurückgewiesen wird, für eine vorbestimmte Zeitspanne in Schritt S10 fortgesetzt wird, gibt das Zurückweisungsbestimmungsteil 14 eine Information an den Fahrzeugsteuerungsteil 17 aus, dass die Zuverlässigkeit der inertialen Positionsberechnung reduziert ist.
• Bei der Berechnung der Inertial-Positionierung in Schritt S8 wird der Schätzwert des Zustandsvektors als ein Zustandsvektor x_e ausgedrückt und ist durch den folgenden Ausdruck (37) definiert.
  [Ausdruck 37] $${\text{x}}_{\text{e}}={\left[{\lambda }_{\text{e}}{\varphi }_{\text{e}}{\text{ h}}_{\text{e}}{\psi }_{\text{e}}{\text{ s}}_{\nu \text{e}}{\text{ s}}_{\gamma \text{e}}{\text{ b}}_{\gamma \text{e}}\right]}^{\text{T}}$$

  
• In Ausdruck (37) sind λ_e , φ_e , h_e und ψ_e Schätzwerte für einen Breitengrad, einen Längengrad, eine Höhe bzw. einen Azimut, und S_νe , S_γe , b_γe sind Schätzwerte für einen Fahrzeuggeschwindigkeit-Skalierungsfaktor, einen Gierraten-Skalierungsfaktor bzw. eine Gierraten-Verzerrung.
• Wenn y_e = [λ_e φ_e h_e ψ_e ]^T festgelegt ist, wird das Ergebnis der Positionsberechnung y_out durch den folgenden Ausdruck (38) ausgedrückt.
  [Ausdruck 38] $${\text{y}}_{\text{out}}={\text{y}}_{\text{e}}$$

  
• Der autonome Sensorfehler e_Sensor wird durch den folgenden Ausdruck (39) ausgedrückt und in den Sensorwertkorrekturteil 13 eingegeben.
  [Ausdruck 39] $${\text{e}}_{\text{sensor}}={\left[{\text{s}}_{\nu \text{e}}{\text{ s}}_{\gamma \text{e}}{\text{ b}}_{\gamma \text{e}}\right]}^{\text{T}}$$

  
• Die Verarbeitung von Schritt S9 im Fahrzeugzustandsschätzungsteil 16 wird als nächstes beschrieben. In Schritt S9 wird eine Verzögerungszeit der Positionierungsverarbeitung in der Satellitenpositionierungsvorrichtung 6 an dem Positionierungsberechnungsergebnis, das durch die Verarbeitung in Schritt S8 ausgegeben wird, unter Verwendung des Sensorwerts des autonomen Sensors 8 kompensiert, für den in Schritt S3 eine Pufferung durchgeführt wurde. Insbesondere wird angenommen, dass die Fahrzeugbewegung während einer Verzögerungszeit Td in einer aktuellen Zeit Tk nicht geändert wird, und wie durch den folgenden Ausdruck (40) angegeben, werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gierrate des autonomen Sensors, an dem die Pufferung durchgeführt wurde, durch den in Schritt S8 ausgegebenen korrigierten Betrag des autonomen Sensors korrigiert, und die korrigierte Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gierrate werden durch die Verzögerungszeit Td auf Grundlage des Positionsberechnungsergebnisses y_out als ein Anfangswert integriert und an den Fahrzeugsteuerungsteil 17 als ein Positionsberechnungsergebnis y_comp nach der Kompensation der Verzögerungszeit ausgegeben.
  [Ausdruck 40] $${\text{y}}_{\text{e}}={\text{y}}_{\text{out}}+{\displaystyle {\int }_{\text{Tk}-\text{Td}}^{\text{Tk}}\text{g}\left(\text{yd}\left(\text{t}\right),\text{ u}\left(\text{t}\right)\right)\text{dt}}$$

  
• Entsprechend kann die Schätzung durchgeführt werden, während eine zeitliche Differenz zwischen dem autonomen Sensor 8 und dem Satellitenpositionierungsergebnis unterdrückt wird, das Positionierungsberechnungsergebnis, in dem die Verzögerung gegenüber einer tatsächlichen Zeit kompensiert wird, kann ausgegeben werden, und die Positionsgenauigkeit und die Steuerungsleistung können verbessert werden.
• Der Fahrzeugsteuerungsteil 17 veranlasst das Fahrzeug 1, eine Straße entlangzufahren, basierend auf der Ausgabe des Zurückweisungsbestimmungsteils 14, des Positionskorrekturteils 15, des Fahrzeugzustandsschätzungsteils 16 und der Straßeninformationsspeichervorrichtung 7.
• Insbesondere wird eine Straße um das betreffende Fahrzeug, die von der Straßeninformations-Speichervorrichtung 7 erhalten wird, in ein Koordinatensystem des betreffenden Fahrzeugs umgewandelt, das auf einer Fahrzeugkoordinate und einer Lage des Fahrzeugs basiert, die von dem Positionierungskorrekturteil 15 erhalten wird, und die Fahrzeugsteuerung wird durchgeführt, um die Abweichung einer Position des betreffenden Fahrzeugs von der zu befahrenden Straße zu eliminieren. Verschiedene Verfahren werden als Verfahren zur Fahrzeugsteuerung vorgeschlagen, und Beispiele dafür sind ein Verfahren zur Durchführung einer Rückmeldung nur der Abweichung einer Position, um sie zu steuern, ein Verfahren, das eine Winkelabweichung des betreffenden Fahrzeugs von einer Straße verwendet, und ein Verfahren, das eine Krümmung einer Straße verwendet, jedoch sind alle von ihnen allgemein bekannt, so dass die Beschreibung davon weggelassen wird.
• Wenn, wie bereits beschrieben, die Zurückweisung des Satellitenpositionierungsergebnisses im Zurückweisungsbestimmungsteil 14 fortgesetzt wird und festgestellt wird, dass die Zuverlässigkeit verringert ist, setzt der Fahrzeugsteuerungsteil 17 die Fahrzeugsteuerung aus oder schaltet auf die Steuerung mit der anderen Kamera und dem anderen Sensor, wie z.B. einem LiDAR, um.
• Wie oben beschrieben, wird gemäß der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 der Ausführungsform 1 die Kovarianzmatrix (Fehlerschätzungsparameter) des Sensorrauschens in Übereinstimmung mit einem Zustand der Positionierungslösung des GNSS-Sensors sequenziell geändert, so dass der Fehler des autonomen Sensors 8 selbst und der Fehler des Vorhersagebeobachtungswertes genau kompensiert werden können und die Position des betreffenden Fahrzeugs genau geschätzt werden kann. Selbst wenn die Schätzgenauigkeit der Position des betreffenden Fahrzeugs dadurch verringert wird, dass die Genauigkeit der Positionssatellitendaten verringert wird, wird die Fahrzeugsteuerung ausgesetzt oder auf die Fahrzeugsteuerung unter Verwendung des anderen Sensors umgeschaltet, so dass die Genauigkeit der Fahrzeugsteuerung beibehalten werden kann.
• <Hardware-Konfiguration>
• Jedes Element der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1 kann mit Hilfe eines Computers konfiguriert werden und wird erreicht, wenn der Computer ein Programm ausführt. Das heißt, die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 wird beispielsweise durch eine in 4 dargestellte Verarbeitungsschaltung 50 realisiert. Ein Prozessor, wie z. B. eine Zentraleinheit (eng.: central processing unit, CPU) und ein digitaler Signalprozessor (DSP), wird in der Verarbeitungsschaltung 50 eingesetzt, und eine Funktion jedes Teils wird durch die Ausführung eines in einer Speichervorrichtung gespeicherten Programms erreicht.
• Die Verarbeitungsschaltung 50 kann mit dedizierter Hardware ausgestattet werden. Wenn der Verarbeitungsschaltkreis 50 die dedizierte Hardware ist, fällt beispielsweise ein einzelner Schaltkreis, ein komplexer Schaltkreis, ein programmierter Prozessor, ein parallelprogrammierter Prozessor, ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (eng.: application specific integrated circuit, ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination davon unter den Verarbeitungsschaltkreis 50.
• In der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 kann jede Funktion der einzelnen Elemente durch eine einzelne Verarbeitungsschaltung ausgeführt werden, oder die Funktionen können gemeinsam durch eine Verarbeitungsschaltung ausgeführt werden.
• 5 zeigt eine Hardwarekonfiguration für den Fall, dass die Verarbeitungsschaltung 50 unter Verwendung eines Prozessors konfiguriert ist. In diesem Fall wird die Funktion jedes Teils der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 durch eine Kombination mit Software usw. (Software, Firmware oder Software und Firmware) erreicht. Die Software usw. wird als Programm beschrieben und ist in einem Speicher 52 gespeichert. Ein Prozessor 51, der als Verarbeitungsschaltung 50 fungiert, liest ein im Speicher 52 (Speichervorrichtung) gespeichertes Programm aus und führt es aus, wodurch die Funktion eines jeden Teils erreicht wird. Das heißt, dieses Programm dient dazu, dass der Computer eine Prozedur und ein Verfahren für den Betrieb der Bestandteile der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 ausführt.
• Der Speicher 52 kann ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher sein, wie z.B. ein RAM, ein ROM, ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (eng.: erasable programmable read only memory, EPROM) oder ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (eng.: electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), ein Festplattenlaufwerk (eng.: hard disk drive, HDD), eine magnetische Scheibe, eine flexible Scheibe, eine optische Scheibe, eine Compact Disc, eine Mini-Disc, eine Digital Versatile Disc (DVD) oder ein Laufwerk davon, oder ein beliebiges Speichermedium, das in Zukunft verwendet werden soll.
• Die oben beschriebene Konfiguration sieht vor, dass die Funktion jedes Bestandteils der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 entweder durch die Hardware oder die Software erreicht wird. Die Konfiguration ist nicht darauf beschränkt, jedoch ist auch eine Konfiguration anwendbar, bei der einige Bestandteile der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 durch dedizierte Hardware erreicht werden und die anderen Bestandteile beispielsweise durch Software erreicht werden. Beispielsweise kann die Funktion eines Bestandteils durch die Verarbeitungsschaltung 50 als dedizierte Hardware erreicht werden, und die Funktion des anderen Bestandteils kann durch die Verarbeitungsschaltung 50 als Prozessor 51 erreicht werden, der das im Speicher 52 gespeicherte Programm ausliest und ausführt.
• Wie oben beschrieben, kann die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 9 jede oben beschriebene Funktion beispielsweise durch die Hardware, die Software oder eine Kombination aus beidem erreichen.
• Obwohl die vorliegende Offenbarung im Detail beschrieben wird, ist die vorangehende Beschreibung in allen Aspekten illustrativ und schränkt die vorliegende Offenbarung nicht ein. Es versteht sich daher, dass zahlreiche, nicht dargestellte Modifikationsbeispiele entwickelt werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann jede Ausführungsform im Rahmen der Erfindung in geeigneter Weise variiert oder weggelassen werden.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 20173395 [0006]

Claims (6)

1. Fahrzeugsteuerungsvorrichtung, die eine Position eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Satellitenpositionierungsvorrichtung und eines autonomen Sensors schätzt, um das Fahrzeug zu steuern, wobei die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung umfasst: ein Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil, das erste Daten einschließlich eines Positionierungslösungszustands von der Satellitenpositionierungsvorrichtung erhält und die ersten Daten verarbeitet, um die verarbeiteten ersten Daten als ein Satellitenpositionierungsergebnis auszugeben; ein Sensorkorrekturteil, das zweite Daten, die einen Zustandsbetrag des Fahrzeugs anzeigen, von dem autonomen Sensor erhält, und einen ersten Fehler, der in den zweiten Daten enthalten ist, korrigiert, um die zweiten Daten, die korrigiert wurden, als korrigierte Daten auszugeben; ein Inertial-Positionierungsteil, das eine Inertial-Positionierungsberechnung auf Grundlage der korrigierten Daten durchführt, die von dem Sensorkorrekturteil ausgegeben werden, um ein Inertial-Positionierungsergebnis auszugeben; ein Beobachtungswert-Vorhersageteil, das eine Positionsberechnung unter Verwendung des von dem Inertial-Positionierungsteil ausgegebenen Inertial-Positionsergebnisses durchführt, und einen Vorhersagebeobachtungswert berechnet zum Schätzen eines Korrekturbetrags der von dem autonomen Sensor ausgegebenen zweiten Daten, um den berechneten Vorhersagebeobachtungswert auszugeben; ein Fehlerschätzungsteil, das einen Fehler zwischen dem Vorhersagebeobachtungswert, der von dem Beobachtungswert-Vorhersageteil ausgegeben wird, und einem Satellitenpositionierungsergebnis, das von dem Satellitenpositionierungsergebnisverarbeitungsteil ausgegeben wird, abschätzt, um den Fehler als einen zweiten Fehler auszugeben, und einen Korrekturbetrag des autonomen Sensors, der auf Grundlage des zweiten Fehlers berechnet wird, ausgibt; ein Positionierungskorrekturteil, das den Vorhersagebeobachtungswert auf Grundlage des von dem Beobachtungswert-Vorhersageteil ausgegebenen Vorhersagebeobachtungswerts und des von dem Fehlerschätzungsteil ausgegebenen zweiten Fehlers korrigiert, um den korrigierten Vorhersagebeobachtungswert als korrigiertes Positionierungsergebnis auszugeben; und ein Fahrzeugsteuerungsteil, das das Fahrzeug unter Verwendung des korrigierten Positionsergebnisses, das von dem Positionskorrekturteil ausgegeben wird, entlang einer Straße fahren lässt, wobei das Fehlerschätzungsteil einen Fehlerschätzungsparameter in Übereinstimmung mit dem Positionierungslösungszustand ändert.
2. Fahrzeugsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fehlerschätzungsparameter eine Kovarianzmatrix eines Sensorrauschens ist.
3. Fahrzeugsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung ferner ein Zurückweisungsbestimmungsteil umfasst, das bestimmt, ob das Satellitenpositionierungsergebnis unter Verwendung des zweiten Fehlers zurückgewiesen wird oder nicht, der Korrekturbetrag des autonomen Sensors nicht verwendet wird, wenn das Ergebnis der Satellitenpositionierung abgelehnt wird, und der Korrekturbetrag des autonomen Sensors verwendet wird, wenn das Ergebnis der Satellitenpositionierung nicht abgelehnt wird.
4. Fahrzeugsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fehlerschätzungsteil eine Kovarianzmatrix des zweiten Fehlers berechnet, das Zurückweisungsbestimmungsteil bestimmt, ob eine Fahrspur des Fahrzeugs in der Straßeninformation ein Fehlerellipsoid enthält oder nicht, basierend auf dem Fehlerellipsoid, das aus der Kovarianzmatrix des zweiten Fehlers und der Straßeninformation erhalten wird, und wenn die Fahrspur des Fahrzeugs das Fehlerellipsoid nicht enthält, begrenzt das Fahrzeugsteuerungsteil die Fahrzeugsteuerung unter Verwendung des korrigierten Positionsergebnisses.
5. Fahrzeugsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sensorkorrekturteil eine Pufferung der zweiten Daten durchführt, in der der erste Fehler um eine Zeit korrigiert wird, die einer Verzögerungszeit der Berechnung des Satellitenpositionierungsergebnisses entspricht, die durch die Sende-Empfangs-Verarbeitung der ersten Daten von dem Satellitenpositionierungsergebnis-Verarbeitungsteil verursacht wird.
6. Fahrzeugsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Fahrzeugzustandsschätzteil, das einen Fahrzeugzustandsbetrag ausgibt, in dem die Verzögerungszeit der Berechnung des Satellitenpositionierungsergebnisses auf dem korrigierten Positionierungsergebnis kompensiert wird, das von dem Positionierungskorrekturteil ausgegeben wird, wobei das Fahrzeugzustandsschätzungsteil die zweiten Daten, in denen der erste Fehler korrigiert ist und für die eine Pufferung durchgeführt wird, integriert mit der Verzögerungszeit der Berechnung unter Verwendung des Inertial-Positionierungsergebnisses als Anfangswert, wodurch die Verzögerungszeit der Berechnung kompensiert wird.

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