DE19717829A1 - Position determination method for the purpose of navigating a motor vehicle in road traffic - Google Patents

Position determination method for the purpose of navigating a motor vehicle in road traffic

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Abstract

The invention relates to a method for determining position for the purpose of navigating a motor vehicle in traffic, using a satellite navigation system with a satellite receiver and measuring signals from additional sensors. The current position data is determined by combining data from the satellite receiver G (T1), G (T2) with the measuring signals from the supplementary sensors K (T1), K (T2). The aim of the invention is to provide a method which is arithmetically simple so that the corresponding positioning devices can be produced inexpensively. To this end, a new position K (T1), K (T2) is determined from the measuring signals of the additional sensors, based on a reference position REF (T0), REF (T1), REF (T2) and a new reference position REF (T1), REF (T2) is calculated at regular intervals from the resulting new position K (T1), K (T2) and a corresponding position G (T1), G (T2) determined by the satellite, if the signal can be received, by averaging the two position values G (T1), K (T1); G (T2), K (T2) with a significantly stronger weighting given to the new position K (T1), K (T2) determined by the sensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung zum Zwecke der Navigation eines Kraftfahrzeugs im Straßenver­ kehr unter Ausnutzung eines Satelliten-Navigationssystems mit Hilfe eines Satellitenempfängers und von Meßsignalen zusätzli­ cher Sensoren, bei dem die Daten des Satellitenempfängers mit den Meßsignalen der zusätzlichen Sensoren zur Bestimmung von aktuellen Positionsdaten verknüpft werden. Die Erfindung be­ trifft ferner eine Ortungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining the position for the purpose of navigating a motor vehicle in road traffic return using a satellite navigation system With the help of a satellite receiver and measurement signals cher sensors, in which the data of the satellite receiver with the measurement signals of the additional sensors for determining current position data can be linked. The invention be also meets a locating device for performing the Procedure.

Es ist bekannt, zur Positionsbestimmung Daten eines globalen Satelliten-Navigationssystems (z. B. GPS) heranzuziehen. Für die Bestimmung der Position eines Kraftfahrzeugs ist die ein­ gestellte Genauigkeit des Satelliten-Navigationssystems regel­ mäßig nicht ausreichend, um beispielsweise die Position eines Kraftfahrzeugs einer bestimmten Straße zuzuordnen, die in Form einer elektronischen Karte im Navigationssystem abgespeichert ist.It is known to position a global data Satellite navigation system (e.g. GPS). For the determination of the position of a motor vehicle is the one set accuracy of the satellite navigation system moderately insufficient, for example, the position of a Assign motor vehicle to a specific road, in the form an electronic map stored in the navigation system is.

Es ist daher bekannt, zusätzliche Sensoren zu verwenden, mit denen eine weitere Positionsbestimmung für das Fahrzeug durch­ geführt wird. Bei Kraftfahrzeugen bieten sich als zusätzliche Sensoren beispielsweise die Radsensoren eines automatischen Bremssystems (ABS) an, die mit einer hohen Genauigkeit die Radbewegungen eines Kraftfahrzeugs detektieren können. Mit Hilfe derartiger Sensoren sind über kurze Zeiträume sehr exakte Positionsbestimmungen möglich. Allerdings addieren sich etwaige Fehler über einen längeren Zeitraum so auf, daß es zu groben Ungenauigkeiten kommen kann. Diese groben Ungenauigkei­ ten können durch die prinzipiell immer gleich genauen Daten des Satellitenempfängers vermieden werden.It is therefore known to use additional sensors with which a further position determination for the vehicle to be led. In motor vehicles, there are additional ones Sensors, for example, the wheel sensors of an automatic Brake system (ABS) with a high accuracy  Can detect wheel movements of a motor vehicle. With Such sensors are very useful over short periods of time exact position determination possible. However, add up any errors over a long period of time so that it too gross inaccuracies can come. This gross inaccuracy The data can always be exactly the same of the satellite receiver can be avoided.

Zu einer hochgenauen Bestimmung der Position von Luft- und Seefahrzeugen ist es bekannt, die Daten des Satellitenempfän­ gers und die Daten von zusätzlichen Sensoren in einer Koppel­ rechnung, beispielsweise mit Hilfe eines Kalman-Filters, zu koppeln. Die hierfür erforderlichen Rechenvorgänge sind sehr kompliziert und benötigen einen nicht unerheblichen Rechenauf­ wand. Für eine angestrebte Low-Cost-Anwendung zur Navigation von privaten Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr eignen sich die bekannten Systeme daher nicht. Die hohen Kosten derartiger ge­ koppelter Systeme stehen einer größeren Verbreitung von elek­ tronischen Kraftfahrzeug-Navigationshilfen entgegen.For a highly precise determination of the position of air and It is known to seafarers to receive data from the satellite gers and the data from additional sensors in a coupling calculation, for example using a Kalman filter couple. The computation processes required for this are very complicated and require a not inconsiderable calculation wall. For a targeted low-cost navigation application of private motor vehicles in road traffic are suitable known systems therefore not. The high cost of such ge coupled systems are more widespread of elek tronic motor vehicle navigation aids.

Die vorliegende Erfindung geht somit von der Problemstellung aus, ein Navigationssystem für Kraftfahrzeuge im Straßenver­ kehr zu erstellen, das mit einer für die Navigation von Kraft­ fahrzeugen im Straßenverkehr ausreichenden Genauigkeit und Schnelligkeit preiswert zu erstellen ist und sich somit für Massenanwendungen eignet.The present invention is therefore based on the problem off, a navigation system for motor vehicles in road traffic Kehr to create one with a navigation for force vehicles in road traffic sufficient accuracy and Speed is inexpensive to create and therefore for Mass applications are suitable.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen der zusätzlichen Sensoren ausgehend von einer Referenzposition eine neue Position ermittelt wird und daß regelmäßig in zeitlichen Abständen aus der so er­ mittelten neuen Position und einer zugehörigen, durch den Sa­ tellitenempfänger ermittelten Position, falls empfangbar, eine neue Referenzposition durch Mittelung der beiden Positionswer­ te mit einer deutlich stärkeren Gewichtung der mit den Senso­ ren ermittelten neuen Position errechnet wird. On the basis of this problem, according to the invention Method of the type mentioned in the introduction, that starting from the measurement signals of the additional sensors a new position is determined from a reference position and that regularly at intervals from the so he mean new position and an associated, by the Sa tellit receiver determined position, if receivable, a new reference position by averaging the two position values with a significantly stronger weighting than with the Senso determined new position is calculated.  

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß es für die Navigation eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr nicht erforderlich ist, exakte Positionen zu jeder Zeit ver­ fügbar zu haben, sondern daß auch relativ längere Zeiten be­ nötigt werden können, um korrigierte Daten zu erhalten. Daher ist es erfindungsgemäß ausreichend, die mit den grundsätzli­ chen Fehlern behafteten Daten der zusätzlichen Sensoren und des Satellitenempfängers beispielsweise in zeitlichen Abstän­ den im Sekundenbereich zu mitteln, wobei erfindungsgemäß die Mittlung mit einer deutlich stärkeren Gewichtung der mit den Sensoren ermittelten neuen Position erfolgt. Für die Mittelung kann das Verhältnis der durch die Sensoren ermittelten Posi­ tion zu der durch den Satellitenempfänger ermittelten Position größer oder gleich 3 : 1 sein, vorzugsweise bei etwa 10 : 1 lie­ gen.The method according to the invention is based on the knowledge that it for the navigation of a motor vehicle in traffic it is not necessary to ver exact positions at any time to have available, but that also relatively long times be can be required to obtain corrected data. Therefore it is sufficient according to the invention with the basic principles data from the additional sensors and of the satellite receiver, for example, in time intervals to average that in the range of seconds, according to the invention the Averaging with a significantly stronger weighting than with the Sensors determined new position takes place. For averaging can the ratio of the Posi determined by the sensors tion to the position determined by the satellite receiver be greater than or equal to 3: 1, preferably about 10: 1 lie gene.

Da ein sich langsam aufsummierender Fehler der durch die Sen­ soren ermittelten Daten mit Hilfe der Daten des Satelliten­ empfängers aufdeckbar ist, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, durch eine Feststellung der Abweichungen einer Vielzahl von Daten des Satellitenempfängers von den Daten der zusätzlichen Sensoren die Sensoren zu kalibrieren, also eine automatische Kalibrierung der Sensoren in einem ständig selbstlernenden System durchzuführen.As a slowly accumulating error caused by the Sen data determined using the data from the satellite is detectable by the receiver, it is expedient according to the invention by determining the deviations of a variety of Data of the satellite receiver from the data of the additional Sensors to calibrate the sensors, so an automatic Calibration of the sensors in a constantly self-learning System.

Ausgehend von der oben genannten Problemstellung ist erfin­ dungsgemäß ferner eine Ortungsvorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einem Satellitenempfänger zur Bildung von Positionsdaten, mit zusätzlichen Sensoren zu Bil­ dung von Positionsdaten auf der Basis einer Referenzposition und mit einem Mittelwertbildner zur gewichteten Mittelung der Positionsdaten im Verhältnis der durch Sensoren ermittelten Positionsdaten zu den durch die Satellitennavigation ermittel­ ten Positionsdaten von wenigstens 3 : 1, vorzugsweise etwa 10 : 1, versehen ist. Based on the problem mentioned above, it is invented according to the invention also a locating device for performing the described method with a satellite receiver Formation of position data, with additional sensors for bil position data based on a reference position and with an averager for weighted averaging of the Position data in the ratio of those determined by sensors Position data on the determined by satellite navigation position data of at least 3: 1, preferably about 10: 1, is provided.  

Die vorliegende Erfindung kommt mit einem sehr geringen Rechenaufwand aus, um eine neue Referenzposition für die Er­ mittlung einer neuen Position mit Hilfe der Sensoren zu er­ rechnen. Sollte ein Satellitennavigationssignal nicht empfang­ bar sein, entfällt zu diesem Zeitpunkt die Mittelung, und die durch die Sensoren ermittelte neue Position wird als neue Re­ ferenzposition verwendet.The present invention comes with a very minor Computing effort to find a new reference position for the Er determination of a new position using the sensors count. Should not receive a satellite navigation signal at this point in time, the averaging is omitted and the new position determined by the sensors is called new re Reference position used.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be based on one in the drawing illustrated embodiment are explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Flußdiagramm für die Ortung nach einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung Fig. 1 is a flowchart for the location of an exemplary embodiment of the invention

Fig. 2 eine schematische Darstellung für das Ortungsprinzip bei Empfang eines Satellitensignals Fig. 2 is a schematic representation of the location principle when receiving a satellite signal

Fig. 3 eine schematische Darstellung für die Ortung bei einem nicht empfangbaren Satellitensignal. Fig. 3 is a schematic representation for the location of a non-receivable satellite signal.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird nach dem Schritt 1 "Starten der Ortung" von der Ortungsvor­ richtung auf die erste von einem Satellitenempfänger empfange­ ne Position (GPS-Position) gewartet (Schritt 2: "Warten auf erste GPS-Position"). Nach dem Vorliegen der ersten GPS-Posi­ tion wird diese als Referenzposition verwendet (Schritt 3: "Übernahme der GPS-Position als Referenzposition"). Mit Hilfe der zusätzlichen Sensoren wird der von dem Kraftfahrzeug zu­ rückgelegte Weg ermittelt und mit der Referenzposition gekop­ pelt (Schritt 4: "Koppeln mit Hilfe der Sensorinformation auf die Referenzposition"). Liegt nun eine neue, aktuelle GPS-Po­ sition vor (Schritt 5: Entscheidung "Liegt eine aktuelle GPS-Position vor?"), kann durch einen Vergleich einer Mehrzahl von durch die zusätzlichen Sensoren ermittelten Positionsdaten mit GPS-Positionen eine Kalibrierung der Sensoren vorgenommen wer­ den (Schritt 6: "Kalibrieren der Sensoren mit Hilfe der GPS- Messung"). Die mit den zusätzlichen Sensoren ermittelte Posi­ tion (Koppelposition) wird mit der aktuellen GPS-Position in einem festen Verhältnis von ≧ 3 : 1, beispielsweise 10 : 1, zur Bildung einer "aktuellen Position" gemittelt (Schritte 7: "Verknüpfen von GPS- und Koppelposition in einem festen Ver­ hältnis zur aktuellen Position"). Diese aktuelle Position wird als neue Referenzposition übernommen (Schritt 8: "Übernahme der "aktuellen" Position als Referenzposition"), und der Kopp­ lungszyklus beginnt auf der Basis der neuen Referenzposition von neuem.According to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, after step 1 "starting the locating", the locating device waits for the first position (GPS position) received by a satellite receiver (step 2 : "waiting for the first GPS position") . After the first GPS position is available, it is used as the reference position (step 3 : "Accepting the GPS position as the reference position"). With the help of the additional sensors, the path to be covered by the motor vehicle is determined and coupled with the reference position (step 4 : "coupling with the aid of the sensor information to the reference position"). If there is now a new, current GPS position (step 5 : decision “is there a current GPS position?”), The sensors can be calibrated by comparing a plurality of position data determined by the additional sensors with GPS positions who (Step 6 : "Calibrate the sensors using GPS measurement"). The position (coupling position) determined with the additional sensors is averaged with the current GPS position in a fixed ratio of ≧ 3: 1, for example 10: 1, to form a “current position” (step 7 : “linking GPS and coupling position in a fixed relationship to the current position "). This current position is adopted as the new reference position (step 8 : "Accepting the" current "position as the reference position"), and the coupling cycle starts again based on the new reference position.

Ist eine Mittlung zwischen Koppelposition und GPS-Position nicht möglich, weil keine aktuelle GPS-Position vorliegt ("Nein"-Alternative in Schritt 5), beispielsweise aufgrund eines abgeschatteten Satellitenempfangs, wird die von den zu­ sätzlichen Sensoren errechnete Position (Koppelposition) als "aktuelle" Position gewertet (Schritt 9: "Übernahme der Kop­ pelposition als "aktuelle" Position") und im Schritt 8 als neue Referenzposition übernommen.If an averaging between the coupling position and the GPS position is not possible because there is no current GPS position ("No" alternative in step 5 ), for example due to shadowed satellite reception, the position (coupling position) calculated by the additional sensors is " current "position evaluated (step 9 :" adopting the coupling position as "current" position ") and adopted in step 8 as a new reference position.

Fig. 2 verdeutlicht in einem schematischen Ortsdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. Ausgehend von einer Referenzposi­ tion REF (T0), die durch die erste GPS-Position gebildet ist, werden mehrere Berechnungen für den aktuellen Ort zur Ermitt­ lung einer gekoppelten Position K (T1) aufgrund der Signale der zusätzlichen Sensoren durchgeführt. Wenn inzwischen eine neue GPS-Position G (T1) vorliegt, wird durch eine gewichtete Mittlung mit einem Übergewicht für die gekoppelte Position K (T1) eine neue Referenzposition REF (T1) ermittelt. Auf der Basis dieser neuen Referenzposition REF (T1) werden erneute Berechnungen aufgrund der Ausgangssignale der zusätzlichen Sensoren durchgeführt, bis eine neue gekoppelte Position K (T2) vorliegt, zu der eine neue, aktuelle GPS-Position G (T2) erhalten wird. Durch eine erneute gewichtete Mittlung entsteht eine neue Referenzposition REF (T2), die Ausgangs­ punkt für weitere Rechnungen zur Bestimmung neuer Positionen auf der Basis der Ausgangssignale der zusätzlichen Sensoren bildet. Fig. 2 illustrates the method of the invention in a schematic diagram location. Starting from a reference position REF (T0), which is formed by the first GPS position, several calculations are carried out for the current location to determine a coupled position K (T1) based on the signals from the additional sensors. If there is now a new GPS position G (T1), a new reference position REF (T1) is determined by a weighted averaging with an overweight for the coupled position K (T1). On the basis of this new reference position REF (T1), new calculations are carried out on the basis of the output signals of the additional sensors until a new coupled position K (T2) is available, for which a new, current GPS position G (T2) is obtained. A new weighted averaging creates a new reference position REF (T2), which forms the starting point for further calculations for determining new positions on the basis of the output signals of the additional sensors.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren werden die Unge­ nauigkeiten der GPS-Position durch die Mittlung mit den er­ rechneten gekoppelten Positionen "geglättet".In the method shown in Fig. 2, the inaccuracies of the GPS position are "smoothed" by averaging with the calculated coupled positions.

Darüber hinaus wird mit sehr einfachen Berechnungen ein für Landkraftfahrzeuge völlig ausreichendes Navigationsergebnis erzielt, wobei zu berücksichtigen ist, daß die jeweilige Mitt­ lung bei normalen GPS-Empfang etwa in Abständen von einer Se­ kunde stattfindet.In addition, with very simple calculations, one for Land vehicles completely sufficient navigation result achieved, taking into account that the respective Mitt with normal GPS reception approximately at intervals of one se customer takes place.

Fig. 3 zeigt die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, wenn aufgrund ungünstiger Empfangsbedingungen keine Sa­ tellitennavigation möglich ist. In diesem Fall wird ausgehend von einem Referenzsignal REF (T0) die durch die Sensoren er­ mittelten Wege berechnet und die so errechnete gekoppelte Po­ sition K (T1), K (T2) als neue Referenzposition REF (T1), REF (T2) verwendet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß immer Navigationssignale verfügbar sind, auch wenn über eine gewisse Zeit keine Satellitensignale empfangen werden können. Fig. 3 shows the operation of the procedural method according to the invention when no satellite navigation is possible due to unfavorable reception conditions. In this case, starting from a reference signal REF (T0), the paths determined by the sensors are calculated and the coupled position K (T1), K (T2) thus calculated is used as the new reference position REF (T1), REF (T2). In this way it is ensured that navigation signals are always available, even if no satellite signals can be received for a certain time.

Sollte beim Einschalten der Ortungsvorrichtung eine GPS-Posi­ tion nicht empfangen werden, kann selbstverständlich eine Re­ ferenzposition REF (T0) verwendet werden, die beispielsweise durch eine Eingabe einer bekannten Position des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird und vom Navigationsgerät aufgrund der abge­ speicherten elektronischen Straßenkarte zugeordnet werden kann.If a GPS posi tion can not be received, a Re Reference position REF (T0) can be used, for example by entering a known position of the motor vehicle is specified and by the navigation device due to the abge stored electronic street map can be assigned can.

Claims (7)

1. Verfahren zur Positionsbestimmung zum Zwecke der Naviga­ tion eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr unter Ausnut­ zung eines Satelliten-Navigationssystems mit Hilfe eines Satellitenempfängers und von Meßsignalen zusätzlicher Sensoren, in dem die Daten des Satellitenempfängers G (T1), G (T2) mit den Meßsignalen der zusätzlichen Sen­ soren K (T1), K (T2) zur Bestimmung der aktuellen Posi­ tionsdaten verknüpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen der zusätzlichen Sensoren ausgehend von einer Referenzposition REF (T0), REF (T1), REF (T2) eine neue Position K (T1), K (T2) ermittelt wird und daß regelmäßig in zeitlichen Abständen aus der so ermittelten neuen Position K (T1), K (T2) und einer zugehörigen, durch den Satellitenempfänger ermittelten Position G (T1), G (T2), falls empfangbar, eine neue Referenzposi­ tion REF (T1), REF (T2) durch Mittelung der beiden Posi­ tionswerte G (T1), K (T1); G (T2), K (T2), mit einer deutlich stärkeren Gewichtung der mit den Sensoren ermit­ telten neuen Position K (T1), K (T2) errechnet wird.1. Method for determining the position for the purpose of navigating a motor vehicle in traffic using a satellite navigation system with the aid of a satellite receiver and measurement signals from additional sensors, in which the data of the satellite receiver G (T1), G (T2) with the measurement signals of additional sensors K (T1), K (T2) are linked to determine the current position data, characterized in that a starting from a reference position REF (T0), REF (T1), REF (T2) from the measurement signals of the additional sensors new position K (T1), K (T2) is determined and that regularly at time intervals from the new position K (T1), K (T2) determined in this way and an associated position G (T1), G (determined by the satellite receiver) T2), if receivable, a new reference position REF (T1), REF (T2) by averaging the two position values G (T1), K (T1); G (T2), K (T2), with a significantly stronger weighting of the new position K (T1), K (T2) determined with the sensors. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Abstände im Sekundenbereich liegen.2. The method according to claim 1, characterized in that the time intervals are in the range of seconds. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mittlung das Verhältnis von durch die Senso­ ren ermittelten Position K (T1), K (T2) zur durch Satel­ litenempfang ermittelten Position G (T1), G (T2) von we­ nigstens 3 : 1 gewählt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for the averaging the ratio of through the senso ren determined position K (T1), K (T2) to the satellite position reception G (T1), G (T2) determined by we at least 3: 1 is selected. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis etwa 10 : 1 beträgt. 4. The method according to claim 3, characterized in that the ratio is about 10: 1.   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch eine Feststellung der Abweichun­ gen einer Vielzahl von Daten des Satellitenempfängers G (T1), G (T2) von den Daten der zusätzlichen Sensoren K (T1), K (T2) die Sensoren kalibriert werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that by determining the deviation against a variety of data from the satellite receiver G (T1), G (T2) from the data of the additional sensors K (T1), K (T2) the sensors are calibrated. 6. Ortungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Satellitenempfänger zur Bildung von Positionsdaten G (T1), G (T2) und mit zusätzlichen Sensoren zur Bildung von Positionsdaten K (T1, K (T2) auf der Basis einer Referenzposition REF (T0), REF (T1), REF (T2) und mit einem Mittelwertbildner zur gewichteten Mittelung der Positionsdaten im Verhält­ nis der durch die Sensoren ermittelten Positionsdaten K (T1), K (T2) zu den durch Satellitennavigation ermit­ telten Positionsdaten G (T1), G (T2) von wenigstens 3 : 1.6. Locating device for performing the method according to one of claims 1 to 5 with a satellite receiver to form position data G (T1), G (T2) and with additional sensors for the formation of position data K (T1, K (T2) based on a reference position REF (T0), REF (T1), REF (T2) and with an averager for weighted averaging of position data in the ratio position data determined by the sensors K (T1), K (T2) to those determined by satellite navigation position data G (T1), G (T2) of at least 3: 1. 7. Ortungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mittelwertbildner auf ein Verhältnis von etwa 10 : 1 eingestellt ist.7. Location device according to claim 6, characterized in net that the averager on a ratio of is set to about 10: 1.
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