DE3611260C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung von bei der Positionsbestimmung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs, auftretenden Summierungsfehlern - Google Patents

Description

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs, sind aus der JP-OS 54-121 767 bekannt. Aus einem Fahrtrichtungswinkel R, der definiert ist als der Winkel zwischen der Nord-Süd- Richtung und der Fahrtrichtung eines Landfahrzeugs bei einer vorgegebenen kleinen Fahrtstrecke, werden die Werte für Sinus R und Kosinus R erhalten. Sie werden mit einer propor­ tionalen Konstanten K multipliziert, die dem Produkt aus der vorgegebenen kleinen Fahrtstrecke und einem reduzierten Maß­ stab einer Landkarte entspricht. Die multiplizierten Werte werden von einem Bezugspunkt aus auf der Landkarte bei jeder vorgegebenen Fahrtstreckeneinheit summiert. Diese Summenwerte K Σ sin R und K Σ cos R und die Abweichungen für die tatsäch­ liche Position des Fahrzeugs sind klein während der Fahrt in­ nerhalb eines vergleichsweise kleinen Gebietes, sie werden aber groß im Laufe der Fahrt in einem großen Bereich.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung dieser Situation, wobei ein Teilgebiet der Vereinigten Staa­ ten von Amerika beispielsweise dargestellt ist. In dieser Fig. 1 der Zeichnung sind die geographischen Koordinaten (Länge und Breite) der Orte A, B, C und D gegeben durch (100°, 35°), (90°, 35°), (90°, 45°) bzw. (100°, 45°) und die Entfernungen zwischen den jeweils benachbarten Orten sind wie folgt:

Dabei geben die Entfernungen zwischen den Orten A und B bzw. zwischen C und D die Längen der Kreisbögen längs den paral­ lelen Breitenkreisen an, die durch die jeweiligen Orte hin­ durchgehen, während die Entfernungen zwischen den Orten B und C bzw. zwischen D und A die Länge der Kreisbögen angeben, die längs der Längenkreise gemessen sind, welche durch die jewei­ ligen Orte hindurchgehen. Dabei ist hier angenommen, daß der Wert von R den Mittelwert zwischen dem äquatorialen Radius und dem polaren Radius der Erde angibt und einen Wert von 6367,6 km hat.

Es wird nun ein Fall betrachtet, in dem der Ort A ein Aus­ gangsort ist und ein Fahrzeug längs der jeweiligen Längen­ kreise und parallelen Breitenkreise in der Reihenfolge der Orte A, B, C und D fährt und zum Ausgangsort A zurückkehrt. In diesem Falle wird der Summenwert in Richtung der Längen­ kreise zu Null, da die Entfernungen BC und DA einander gleich, aber entgegengesetzt sind. Hinsichtlich des Summen­ wertes in Ost-West-Richtung, also in Richtung der Breiten­ kreise, sind aber die Entfernungen AB und CD ungleich und ha­ ben zwischeneinander eine Differenz von 124 km. Dies hat zu dem Problem geführt, daß der Summenwert nicht zu Null wird, obwohl das Fahrzeug zum Ausgangsort A zurückkehrt.

Zum Stand der Technik gehören die Literaturstellen "Cathode- Ray Tube Information Center with Automotive Navigation", ver­ öffentlicht in SAE Technical Paper Series 840485 von M.W. Jarvis und R.C. Berry, sowie "On-Board Computer System for Navigation, Orientation and Route Optimization", veröffent­ licht in SAE Technical Paper Series 840313 von P. Haeusser­ mann. Beide Publikationen basieren auf der internationalen Congress und Exposition, abgehalten in Detroit, Michigan, am 27. Februar bis 2. März 1984. In der ersten Literaturstelle wird eine ungefähre Position eines Fahrzeugs aus der Kommuni­ kation mit einem Satelliten bestimmt, und eine genauere Posi­ tion wird bestimmt und auf einem Bildschirm angezeigt mittels einer in sich geschlossenen Navigation, die einen Erdmagne­ tismus-Meßfühler in dem Fahrzeug verwendet. In der zweiten Literaturstelle ist ein zusammengesetztes System angegeben, das ein Streckenführungssystem auf Haupt- oder Fernstrecken- Autobahnen unter Verwendung von Entfernungsinformation sowie ein Zielort-Angabesystem innerhalb einer Stadt unter Verwen­ dung von Entfernungsinformation und Richtungsinformation auf­ weist.

Aus der US-PS 29 24 385 ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Koppelnavigationsverfahrens bekannt, wobei für Entfer­ nungsmessungen für Schiffe, die längs einer geographischen Breite in Ost-West-Richtung fahren, eine Korrektur durchge­ führt wird. Dabei wird berücksichtigt, daß beispielsweise 100 km in Ost-West-Richtung am Äquator einer kleineren Differenz von Längengraden entsprechen als die gleiche Entfernung von 100 km in Ost-West-Richtung auf dem Breitengrad 30° nördli­ cher Breite. Die dort beschriebene Korrektur erfolgt aller­ dings auf rein mechanischem Wege. Zu diesem Zweck werden dort in einem komplizierten Meßwerk mit einer Vielzahl von Elek­ tromotoren, Getrieben, Steuerscheiben und Steuerzylindern entsprechende Relais und Unterbrecherkontakte betätigt und aufeinander abgestimmt, damit schließlich eine Anzeige derje­ nigen geographischen Länge erfolgt, bei der sich das Schiff befindet. Ein derartiges Verfahren ist nicht nur kompliziert und zeitintensiv, sondern benötigt auch einen hohen Wartungs­ aufwand und ist erfahrungsgemäß anfällig gegenüber Störungen. Nicht nur durch Verschmutzung, sondern auch durch unvermeid­ liche Abnutzung und Abrieb der Vielzahl von mechanischen Kom­ ponenten ist eine hohe Genauigkeit über längere Zeiträume nicht zu gewährleisten.

In der DE-OS 23 41 162 ist eine Einrichtung zur Überwachung der jeweiligen Standorte von Fahrzeugen beschrieben. Dort werden Fahrtstrecken- und Fahrtrichtungswinkel-Meßeinrichtun­ gen verwendet, um - ausgehend von einer Ausgangsposition - festzustellen, an welcher neuen Position man sich befindet. Zu diesem Zweck wird eine Zerlegung der zurückgelegten Wegstrecke in X-Komponenten und Y-Komponenten durchgeführt, die anschließend aufsummiert werden. Wegen der unvermeidli­ chen Meßungenauigkeiten, die sich im Laufe der Zeit aufsum­ mieren können, sind Vergleichseinrichtungen vorgesehen, wel­ che eine ermittelte Position mit einer exakten Position in einem Stadtplan oder dergleichen vergleichen. Gegebenenfalls werden die ermittelten neuen Positionswerte korrigiert. Das in der DE-OS 23 41 162 beschriebene System ist offenbar für vergleichsweise kleine Gebiete, wie z. B. Städte, vorgesehen, um eine Übersicht über die Positionen von Fahrzeugen in einem solchen Gebiet zu erhalten. Eine großräumige Navigation ist dort nicht angesprochen. Auch eine Kompensation unter Berück­ sichtigung der aktuellen geographischen Breite ist nicht ins Auge gefaßt, da sie zu dem dort beschriebenen Zweck wohl auch nicht von Belang ist.

Aus der DE-AS 22 11 063 ist eine Vorrichtung zur Positionsbe­ stimmung eines Fahrzeugs unter Verwendung eines Kreiselkomp­ asses bekannt. Dort wird berücksichtigt, daß die Nord-Rich­ tungsangabe eines Kreiselkompasses eine Winkelangabe zwischen der Längsrichtung eines Fahrzeugs und der Figurenachse des Kreiselkompasses ist, wobei dieser Winkel nur dann gleich dem Winkel zwischen der Längsrichtung und der geographischen Nord-Richtung ist, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt und wenn sich der Kreiselkompaß im eingeschwungenen Zustand be­ findet. Die dabei auftretenden Systemfehler und die Kompensa­ tion derartiger Fehler werden in dieser Druckschrift im ein­ zelnen behandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von bei der Positionsbe­ stimmung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Landfahrzeuges, auftretenden Summierungsfehlern anzugeben, mit denen auch beim Durchfahren eines großflächigen Gebietes kumulative Re­ chenfehler und Anzeigefehler hinsichtlich der Positionsangabe weitgehend beseitigt werden, ohne daß eine komplizierte me­ chanische Kompensationseinrichtung erforderlich wäre.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Vorrichtung zur Reduzierung von bei der Positionsbestimmung eines Fahr­ zeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs, auftretenden Summie­ rungsfehlern anzugeben, die folgendes aufweist:
eine Fahrtstrecken-Meßeinrichtung zur Messung von von dem Fahrzeug zurückgelegten Fahrtstrecken,
eine Fahrtrichtungs-Meßeinrichtung zur Messung von Fahrtrich­ tungswinkeln des Fahrzeugs gegenüber einer vorgegebenen Be­ zugsrichtung,
einen Bewegungskomponentenrechner zur Bestimmung von auf eine Fahrtstreckeneinheit bezogenen Breitenbewegungskomponenten in Ost-West-Richtung und Längenbewegungskomponenten in Nord-Süd- Richtung des Fahrzeugs aus den zurückgelegten Fahrtstrecken und den Fahrtrichtungswinkeln,
einen Längenentfernungsrechner zum Aufaddieren der Längenbe­ wegungskomponenten, um eine Längenentfernung in Nord-Süd- Richtung zwischen einem Ausgangsort und einer laufenden Posi­ tion des Fahrzeugs zu bestimmen,
einen Rechner der erstens aus der Längenentfernung und dem Erdradius eine Breitendifferenz zwischen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahrzeugs und zweitens durch Addi­ tion der Breitendifferenz und einer ihm gemäß der Beziehung

eingegebenen Referenzbreite β0 eine virtuelle Breite β ermit­ telt, wobei β1 und β2 die geographischen Breiten der Breiten­ kreise bezeichnen, welche ein von dem Fahrzeug zu durchfah­ rendes Gebiet in Nord-Süd-Richtung begrenzen,
einen Breitenentfernungsrechner, der die Breiten­ bewegungskomponenten in Ost-West-Richtung durch Multiplika­ tion mit einem Korrekturfaktor cos β0/cos β in auf die Re­ ferenzbreite β0 bezogene Breitenbewegungskomponenten umwan­ delt und dann diese umgewandelten Breitenbewegungskomponenten aufaddiert, um eine Breitenentfernung in Ost-West-Richtung zwischen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahr­ zeugs zu bestimmen,
eine Initialisierungseinrichtung zur Vorgabe von Anfangs­ werten für die Längen- und Breitenentfernungsrechner am Ausgangsort, und
eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Längen- und Breitenentfernungen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht weiterhin darin, ein Ver­ fahren zur Reduzierung von bei der Positionsbestimmung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs, auftretenden Summierungsfehlern anzugeben, das die folgenden Verfahrens­ schritte umfaßt:
Messen von von dem Fahrzeug zurückgelegten Fahrtstrecken und von Fahrtrichtungswinkeln des Fahrzeugs gegenüber einer vor­ gegebenen Bezugsrichtung,
Bestimmen von auf eine Fahrtstreckeneinheit bezogenen Brei­ tenbewegungskomponenten in Ost-West-Richtung und Längenbewe­ gungskomponenten in Nord-Süd-Richtung des Fahrzeugs aus den zurückgelegten Fahrtstrecken und den Fahrtrichtungswinkeln, Aufaddieren der Längenbewegungskomponenten zur Bestimmung ei­ ner Längenentfernung in Nord-Süd-Richtung zwischen einem Aus­ gangsort und einer laufenden Position des Fahrzeugs,
Bestimmen einer Breitendifferenz zwischen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahrzeugs aus der Längenentfernung und dem Erdradius,
Bestimmen einer Referenzbreite β0 gemäß der Beziehung

wobei β1 und β2 die geographischen Breiten der Breitenkreise bezeichnen, welche ein von dem Fahrzeug zu durchfahrendes Ge­ biet in Nord-Süd-Richtung begrenzen,
Bestimmen einer virtuellen Breite β durch Addition der Brei­ tendifferenz und der Referenzbreite β0,
Umwandlung der Breitenbewegungskomponenten in Ost-West-Rich­ tung durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor cos β0/cos β in auf die Referenzbreite β0 bezogene Breiten­ bewegungskomponenten, Aufaddieren der umgewandelten Breitenbewegungskomponenten zur Bestimmung einer Breitenentfernung in Ost-West-Richtung zwi­ schen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahr­ zeugs, und
Anzeigen der Längen- und Breitenentfernungen.

Mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst, wobei eine wesentlich genauere Positionsbestimmung in Form von Breitenentfernungen und Längenentfernungen erhalten werden kann als mit herkömmlichen Anordnungen. Auch wenn gewisse Ab­ weichungen gegenüber der exakten Position bei der Berechnung auftreten mögen, sind diese Abweichungen für die meisten Fälle der Praxis akzeptabel. Dadurch, daß während der Fahrt mit einer auf die jeweilige Fahrt bezogenen Referenzbreite gearbeitet wird, ist eine gute Anpassung an die tatsächlichen Gegebenheiten möglich, und zwar unabhängig davon, wie weit der Ausgangsort vom Äquator entfernt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegen­ den Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaft ge­ wählten Gebietes, in welchem ein Fahrzeug fährt;

Fig. 2 ein Funktions-Blockschaltbild zur Erläuterung einer Vorrichtung zur Reduzierung von bei der Positionsbe­ stimmung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Land­ fahrzeugs, auftretenden Summierungsfehlern gemäß ei­ ner Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Fahrtrichtungsmeßfühlers;

Fig. 5A und 5B Flußdiagramme zur Erläuterung von Programmen, die im Speicher eines Mikrocomputers der Vorrichtung gemäß Fig. 3 gespeichert sind; und in

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Anzeigeeinheit der Vorrich­ tung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Reduzierung von bei der Positionsbestimmung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs, auftretenden Summierungs­ fehlern gemäß der Erfindung, wobei die Vorrichtung folgende Baugruppen aufweist: eine Fahrtstrecken-Meßeinrichtung 1 zur Messung von von einem Fahrzeug zurückgelegten Fahrtstrecken; eine Fahrtrichtungs-Meßeinrichtung 2 zur Messung von Fahrtrichtungswinkeln des Fahrzeugs gegenüber einer vorgege­ benen Bezugsrichtung; einen Bewegungskomponentenrechner 3 zur Bestimmung von auf eine Fahrtstreckeneinheit bezogenen Brei­ tenbewegungskomponenten in Ost-West-Richtung und Längenbewe­ gungskomponenten in Nord-Süd-Richtung des Fahrzeugs aus den zurückgelegten Fahrtstrecken und den Fahrtrichtungswinkeln, die von den beiden Meßeinrichtungen 1 und 2 geliefert werden; einen Längenentfernungsrechner 4 zum Aufaddieren der Längen­ bewegungskomponenten, um eine Längenentfernung in Nord-Süd- Richtung zwischen einem Ausgangsort und einer laufenden Posi­ tion des Fahrzeugs zu bestimmen; und einen Rechner 5, der er­ stens aus der Längenentfernung und dem Erdradius eine Brei­ tendifferenz zwischen dem Ausgangsort und der laufenden Posi­ tion des Fahrzeugs und zweitens durch Addition der Breiten­ differenz und einer ihm gemäß einer vorgegebenen Beziehung eingegebenen Referenzbreite eine virtuelle Breite ermittelt, welche die geographischen Breiten derjenigen Breitenkreise berücksichtigt, welche ein von dem Fahrzeug zu durchfahrendes Gebiet in Nord-Süd-Richtung begrenzen.

Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Breitenentfernungsrechner 6, der die Breitenbewegungskomponenten in Ost-West-Richtung, die von dem Bewegungskomponentenrechner 3 geliefert werden, durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor in auf die Re­ ferenzbreite bezogene Breitenbewegungskomponenten umwandelt und dann diese umgewandelten Breitenbewegungskomponenten auf­ addiert, um eine Breitenentfernung in Ost-West-Richtung zwi­ schen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahr­ zeugs zu bestimmen; die Vorrichtung umfaßt ferner eine In­ itialisierungseinrichtung 7 zur Vorgabe von Anfangswerten für die Längen- und Breitenentfernungsrechner 4 und 6 am Aus­ gangsort. Das Bezugszeichen 8a bezeichnet eine Anzeigeein­ heit, welche die jeweiligen Breitenentfernungen des Fahrzeugs anzeigt, die von dem Breitenentfernungsrechner 6 geliefert werden, während das Bezugszeichen 8b eine Anzeigeeinrichtung bezeichnet, welche die jeweiligen Längenentfernungen des Fahrzeugs anzeigt, die von dem Längenentfernungsrechner 4 ge­ liefert werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Hard­ ware-Aufbaues der Vorrichtung gemäß Fig. 2; die Vorrichtung umfaßt einen Fahrtentfernungs-Meßfühler 201, einen Fahrtrichtungs-Meßfühler 202, einen Startschalter 203, eine Steuerschaltung 204 sowie Anzeigeeinrichtungen 8a und 8b. Der Fahrtentfernungs-Meßfühler 201 mißt die Drehung eines Fahrzeugrades mit einem elektromagnetischen Aufnehmer, ei­ nem Reed-Schalter oder dergleichen und liefert als Ausgangs­ signal ein Impulssignal mit einer Frequenz, die proportional zur Drehzahl des Fahrzeugrades ist.

Wie in Fig. 4 beispielsweise dargestellt, mißt der Fahrtrichtungs- Meßfühler 202 einen Erdmagnetismus , der aus einer Kompo­ nente Ha in der Fahrtrichtung des Fahrzeuges 301 und einer Komponente Hb senkrecht zur Komponenten Ha besteht, mit ei­ nem Erdmagnetismus-Meßfühler 302 oder dergleichen, der am Fahrzeug 301 befestigt ist und liefert Gleichspannungs- Ausgangssignale Va und Vb proportional zu den jeweiligen Komponenten.

Die Steuerschaltung 204 enthält einen Mikrocomputer 205, der eine CPU oder Zentraleinheit 2051, einen Speicher 2052, eine Eingabeschaltung 2053 und eine Ausgabeschaltung 2054 umfaßt; die Steuerschaltung 204 umfaßt ferner einen Analog/ Digital-Wandler 206, der die Ausgangssignale Va und Vb des Fahrtrichtungs-Meßfühlers 202 in digitale Werte umwandelt; eine Treiberschaltung 207, mit der die Anzeigeeinrichtungen 8a und 8b, die aus Fluoreszenz-Anzeigeröhren oder dergleichen bestehen, zum Anzeigen der Daten vom Mikrocomputer 205 gebracht werden; sowie Widerstände 2081 und 2082 für Schnittstellen. Die Ausgangssignale des Fahrtentfernungs­ meßfühlers 201 und des Startschalters 203 werden an die Eingabeschaltung 2053 des Mikrocomputers 205 angelegt, und die Ausgangssignale des Fahrtrichtungs-Meßfühlers 202 werden an den Analog/Digital-Wandler 206 angelegt, dessen Ausgangs­ signal an die Eingabeschaltung 2053 des Mikrocomputers 205 angelegt wird. Außerdem werden die vom Mikrocomputer 205 erzeugten Anzeigedaten von der Ausgabeschaltung 2054 an die Treiberschaltung 207 gegeben, deren Ausgangssignale an den Anzeigeeinrichtungen 8a und 8b anliegen.

Als nächstes wird die Wirkungsweise einer derartigen Aus­ führungsform unter Bezugnahme auf Fig. 5A und 5B näher er­ läutert, welche Flußdiagramme von Programmen zeigen, die im Speicher 2052 des Mikrocomputers 205 gespeichert sind. Fig. 5A zeigt ein Flußdiagramm eines Hauptprogramms. Wenn die Steuerschaltung 204 eingeschaltet ist, beginnt das Hauptprogramm. Nachdem die Variablen beim Schritt S101 ini­ tialisiert worden sind, werden die Schritte S102 und S103 wiederholt durchgeführt. Wenn ein Operator den Startschal­ ter 203 drückt, wird das Herunterdrücken beim Schritt S103 abgetastet. Dann werden beim Schritt S104 die Werte eines integrierenden Speicherbereiches x, der die Breitenentfer­ nung (Ost-West-Richtung) des Fahrzeuges angibt, und eines Speicherbereiches y für die Längenentfernung (Nord-Süd- Richtung) auf Null gelöscht, so daß die Operationen des Aufaddierens der Entfernungen initiali­ siert werden, um einen geographischen Ort, nachstehend als Ausgangsort bezeichnet, als Ur­ sprung anzunehmen, wo der Startschalter 203 gedrückt wird.

Wenn das Fahrzeug gefahren wird, wird ein Unterbrechersig­ nal in den Mikrocomputer 205 bei jeder Fahrtstreckeneinheit Δl von beispielsweise 3 in eingegeben, und zwar auf der Basis des Impulssignals, das vom Fahrtentfernungs-Meßfühler 201 erzeugt wird, um dadurch eine Unterbrechungsverarbei­ tungsroutine auszuführen, deren Flußdiagramm in Fig. 5B dargestellt ist. Zunächst werden die Signale Va und Vb vom Azimut-Meßfühler 202 beim Schritt S201 eingegeben, und ein Winkel R, der durch den Erdmagnetismus und die Fahrtrich­ tung 303 des Fahrzeuges 301 gemäß Fig. 4 bestimmt ist, wird gemäß der nachstehenden Gleichung beim Schritt S202 berechnet:

R = tan^-1 (Vb/Va).

Als nächstes werden beim Schritt S203 die Breitenbewegungs­ komponente Δx (Ost-West-Richtung) und die Längenbewegungs­ komponente Δy (Nord-Süd-Richtung) der Fahrtstrecken­ einheit Δl gemäß den nachstehenden Gleichungen berechnet:

Δx = Δl·sin R
Δy = Δl·cos R.

Beim Schritt S204 wird eine Nord-Süd-Entfernung y von dem zu Beginn gesetzten Punkt berechnet, die durch Aufsummieren der Nord-Süd-Bewegungskomponenten Δy erhalten wird. Beim Schritt S205 wird die Breitendifferenz (y/R)·(360°/2π) zwischen dem Ursprung und der laufenden Position des Fahr­ zeuges aus der beim Schritt S204 erhaltenen Längenentfer­ nung y in Nord-Süd-Richtung berechnet und dann ein Wert β berechnet, der nachstehend als "virtuelle Breite" bezeich­ net wird und der erhalten wird durch die Addition der er­ wähnten Breitendifferenz zu einer Referenzbreite; diese ist beim Beispiel gemäß Fig. 1 zu Beginn die mittlere Breite von 40° zwischen 35° und 45° nördlicher Breite, so daß man folgenden Wert für β erhält:

Beim nächsten Schritt S206 wird die beim Schritt S203 er­ mittelte Bewegungskomponente Δx in Ost-West-Richtung um­ gewandelt in eine Breitenbewegungskomponente in Ost-West- Richtung Δx · (cos 40°/cos β) bei der Referenzbreite 40° unter Verwendung des Verhältnisses von cos 40°/cos β, nach­ stehend auch als "Umwandlungsverhältnis" bezeichnet, zwi­ schen den entsprechenden Kosinuswerten der oben erhaltenen virtuellen Breite β und der Referenzbreite von 40°; die umgewandelten Werte werden aufaddiert, um die Breitenentfernung x vom Ausgangsort aus in Ost-West-Rich­ tung zu berechnen. Es darf darauf hingewiesen werden, daß das Umwandlungsverhältnis das Verhältnis zwischen der Um­ fangslänge 2 πR cos 40° des parallelen Breitenkreises bei der Referenzbreite 40° und der Umfangslänge 2 πR cos β des parallelen Breitenkreises bei der virtuellen Breite β bezeichnet.

Anschließend wird beim Schritt S207 die Verarbeitung der Umwandlung der Entfernungen x und y in Breitenrichtung (Ost- West-Richtung) bzw. Längenrichtung (Nord-Süd-Richtung) in Daten zur Anzeige vorgenommen, und beim Schritt S208 werden die Daten an die Treiberschaltung 207 ausgegeben. Die Treiberschaltung 207 treibt die Anzeigeeinrichtungen 8a und 8b, um die einzelnen Daten anzuzeigen, und beispielsweise wer­ den x = 123 km und y = 456 km auf der Anzeige dargestellt, wie es in Fig. 6 angedeutet ist.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem obigen Aufbau wird beispielsweise angenommen, daß der Startschalter 203 am Ort A in Fig. 1 betätigt wird und daß das Fahrzeug in der Reihenfolge der Orte A, B, C, D und A längs der paral­ lelen Breitenkreise und der Längenkreise fährt. Die Werte x und y zum Zeitpunkt der Rückkehr des Fahrzeugs zum Ort A sind dann wie folgt:

x = -27 km
y = 0 km.

Im Vergleich zu dem Fehler von 124 km der Breitenentfernung in Ost-West-Richtung beim Stand der Technik ist der oben erwähnte Fehler von 27 km wesentlich kleiner. Nimmt man weiterhin an, daß der Ort C der Ausgangsort ist und daß das Fahrzeug in der Reihenfolge der Orte C, D, A, B und C fährt, so sind die Werte x und y zum Zeitpunkt der Rück­ kehr des Fahrzeugs zum Ort C wie folgt:

x = 19 km
y = 0 km.

Nehmen wir den Fall an, daß das Fahrzeug von irgendeinem Ort an der Referenzbreite von 40° startet, so wird der Feh­ ler aufgrund der Tatsache, daß die Umfangslängen von paral­ lelen Breitenkreisen sich in Abhängigkeit von der Breite unterscheiden, zu Null. Wenn auf diese Weise die Referenz­ breite vorher auf einen geeigneten Wert gesetzt wird und diese Referenzbreite durch einen vorher bestimmten Fahr­ bereich hindurchgeht, so kann der Fehler des aufsummierten Wertes x auf einen kleinen Wert heruntergedrückt werden, und zwar unabhängig davon, welcher Ort innerhalb des Bereiches als Ausgangsort gewählt wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Mittelwert der südlichen und nördlichen Enden des Fahrbereiches als Referenzbreite verwendet worden. Bei dieser Maßnahme unter­ scheiden sich jedoch die Umwandlungsverhältnisse der Brei­ tenbewegungskomponente in Ost-West-Richtung in den Fällen, wo das Fahrzeug vom südlichen Ende, zum Beispiel dem Punkt A startet, und wo es vom nördlichen Ende, zum Beispiel dem Punkt C startet, so daß sich ein Fehler in der oben be­ schriebenen Weise ergibt. Eine Referenzbreite βO zum Aus­ gleich eines derartigen Fehlers wird aus der nachstehenden Gleichung und der Bedingung erhalten, daß die Verhältnisse der jeweiligen Umfangslängen von benachbarten parallelen Breitenkreisen gleich sind:

Somit läßt sich die Referenzbreite mit 40,4° angeben. Wenn außerdem eine Betätigungseinrichtung separat vorgesehen ist, so daß der Operator die Referenzbreite nach Belieben vor­ geben kann, so können genaue Positionsberechnungen stets gewährleistet werden, indem man einen Ausgangs­ ort, wie häufig verwendet, bei der Referenzbreite vorgibt.

Wie oben beschrieben, werden gemäß der Erfindung Bewegungs­ komponenten in Breitenrichtung oder Ost-West-Richtung und in Längenrichtung oder Nord-Süd-Richtung bezogen auf eine Fahrt­ streckeneinheit eines Fahrzeuges bestimmt; die virtuelle Breite des Fahrzeugs wird aus einer Referenzbreite und der Längenentfernung oder Nord-Süd-Entfernung des Fahrzeugs bestimmt, welche erhalten wird durch Aufsummieren der Bewegungskomponenten in Längenrichtung oder Nord-Süd-Rich­ tung; die Breitenbewegungskomponente in Ost-West-Richtung wird in eine Breitenbewegungskomponente bei der Referenz­ breite umgewandelt, und zwar auf der Basis der virtuellen Breite und der Referenzbreite; der Breitenabstand des Fahr­ zeugs in Ost-West-Richtung wird bestimmt durch Aufsummieren der Bewegungskomponenten bei der Referenzbreite. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Fehler ei­ nes Summierungswertes erheblich reduziert werden kann, und zwar auch in den Fällen, wo das Fahrzeug nach dem Durch­ fahren eines großen Gebietes zu einem Ausgangsort zurück­ kehrt.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Reduzierung von bei der Positionsbestim­ mung eines Fahrzeugs (301), insbesondere eines Landfahr­ zeugs, auftretenden Summierungsfehlern, umfassend:

• - eine Fahrtstrecken-Meßeinrichtung (1, 201) zur Messung von von dem Fahrzeug (301) zurückgelegten Fahrtstrec­ ken,
• - eine Fahrtrichtungs-Meßeinrichtung (2, 202) zur Mes­ sung von Fahrtrichtungswinkeln (R) des Fahrzeugs (301) gegenüber einer vorgegebenen Bezugsrichtung,
• - einen Bewegungskomponentenrechner (3) zur Bestimmung von auf eine Fahrtstreckeneinheit bezogenen Breitenbe­ wegungskomponenten (Δx) in Ost-West-Richtung und Län­ genbewegungskomponenten (Δy) in Nord-Süd-Richtung des Fahrzeugs (301) aus den zurückgelegten Fahrtstrecken und den Fahrtrichtungswinkeln (R),
• - einen Längenentfernungsrechner (4) zum Aufaddieren der Längenbewegungskomponenten (Δy), um eine Längenentfer­ nung in Nord-Süd-Richtung zwischen einem Ausgangsort und einer laufenden Position des Fahrzeugs (301) zu bestimmen,
• - einen Rechner (5), der erstens aus der Längenentfer­ nung und dem Erdradius eine Breitendifferenz zwischen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahr­ zeugs (301) und zweitens durch Addition der Breiten­ differenz und einer ihm gemäß der Beziehung eingegebenen Referenzbreite β0 eine virtuelle Breite β ermittelt, wobei β1 und β2 die geographischen Breiten der Breitenkreise bezeichnen, welche ein von dem Fahrzeug (301) zu durchfahrendes Gebiet in Nord-Süd- Richtung begrenzen,
• - einen Breitenentfernungsrechner (6), der die Breiten­ bewegungskomponenten (Δx) in Ost-West-Richtung durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor cos β0 / cos β in auf die Referenzbreite β0 bezogene Breitenbewegungskomponenten umwandelt und dann diese umgewandelten Breitenbewegungskomponenten aufaddiert, um eine Breitenentfernung in Ost-West-Richtung zwi­ schen dem Ausgangsort und der laufenden Position des Fahrzeugs zu bestimmen,
• - eine Initialisierungseinrichtung (7) zur Vorgabe von Anfangswerten für die Längen- und Breitenentfernungs­ rechner (4, 6) am Ausgangsort, und
• - eine Anzeigeeinrichtung (8a, 8b) zur Anzeige der Län­ gen- und Breitenentfernungen.

2. Verfahren zur Reduzierung von bei der Positionsbestim­ mung eines Fahrzeugs (301), insbesondere eines Landfahr­ zeugs, auftretenden Summierungsfehlern, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

• - Messen von von dem Fahrzeug (301) zurückgelegten Fahrtstrecken und von Fahrtrichtungswinkeln (R) des Fahrzeugs (301) gegenüber einer vorgegebenen Bezugs­ richtung,
• - Bestimmen von auf eine Fahrtstreckeneinheit bezogenen Breitenbewegungskomponenten (Δx) in Ost-West-Richtung und Längenbewegungskomponenten (Δy) in Nord-Süd-Rich­ tung des Fahrzeugs (301) aus den zurückgelegten Fahrtstrecken und den Fahrtrichtungswinkeln (R),
• - Aufaddieren der Längenbewegungskomponenten (Δy) zur Bestimmung einer Längenentfernung in Nord-Süd-Richtung zwischen einem Ausgangsort und einer laufenden Posi­ tion des Fahrzeugs (301),
• - Bestimmen einer Breitendifferenz zwischen dem Aus­ gangsort und der laufenden Position des Fahrzeugs (301) aus der Längenentfernung und dem Erdradius,
• - Bestimmen einer Referenzbreite β0 gemäß der Beziehung wobei β1 und β2 die geographischen Breiten der Brei­ tenkreise bezeichnen, welche ein von dem Fahrzeug (301) zu durchfahrendes Gebiet in Nord-Süd-Richtung begrenzen,
• - Bestimmen einer virtuellen Breite β durch Addition der Breitendifferenz und der Referenzbreite β0 ,
• - Umwandlung der Breitenbewegungskomponenten (Δx) in Ost-West-Richtung durch Multiplikation mit einem Kor­ rekturfaktor cos β0 / cos β in auf die Referenzbreite β0 bezogene Breitenbewegungskomponenten,
• - Aufaddieren der umgewandelten Breitenbewegungskompo­ nenten zur Bestimmung einer Breitenentfernung in Ost- West-Richtung zwischen dem Ausgangsort und der laufen­ den Position des Fahrzeugs (301), und
• - Anzeigen der Längen- und Breitenentfernungen.