DE3880682T2

DE3880682T2 - Verfahren und geraet zur messung relativer kursaenderungen in einem fahrzeugbordnavigationssystem.

Info

Publication number: DE3880682T2
Application number: DE8888309020T
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Milnes; Glenn R Peterson; Walter B Zavoli
Original assignee: Etak Inc
Current assignee: TomTom North America Inc
Priority date: 1986-03-21
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1993-09-02
Anticipated expiration: 2008-09-30
Also published as: ATE88809T1; GR3007749T3; US4788645A; DE3880682D1; EP0360934B1; HK1003232A1; EP0360934A1; ES2040864T3

Description

Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Richtungswechseln eines Straßenfahrzeugs in einem bordseitigen Fahrzeugnavigationssystem und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen relativer Richtungswechsel in einem solchen System, das Differenzmessungen der Radwege, Geschwindigkeitsmessungen, die Radspur und den Radstand umfaßt. Ein Ausgangssignal von einem Erdinduktionskompaß oder einer anderen unabhängigen Einrichtung zum Messen von Änderungen der Fahrzeugrichtung kann von Zeit zu Zeit dazu verwendet werden, die Fehler bei den Radwegmessungen zu kompensieren.
Bei einem bekannten bordseitigen Koppelnavigationssystem, das in einem mit Rädern versehenen Landfahrzeug eingebaut war, war in dem Fahrzeug eine Anzeige vorgesehen, die eine Karte der Straßen in der Nähe des Ortes zeigte, auf denen das Fahrzeug gefahren wurde. Das Fahrzeug wurde auf der Anzeige durch ein Symbol dargestellt, das in der Mitte des Displays angeordnet war. Wenn das Fahrzeug während des Betriebes in gerader Richtung eine Straße entlangfuhr, wurde die Karte bezüglich des Symbols in einer geraden Linie auf der Anzeige bewegt. Eine Darstellung der Straße war darauf in einer Lage unterhalb des Symbols angeordnet. Wenn das Fahrzeug eine Kreuzung erreichte und so gelenkt wurde, daß es eine zweite Straße entlangfuhr, d.h. daß die Richtung wechselte, wurde die Karte auf der Anzeige um einen entsprechenden Betrag relativ zu dem Symbol gedreht. Die Bewegung der Karte auf der Anzeige entsprach deshalb genau der Bewegung des Fahrzeugs entlang der Straßen oder sollte ihr entsprechen. In der Praxis stellte es sich Jedoch heraus, daß die Signale, die zur Bewegung der Karte auf der Anzeige verwendet wurden, einen gewissen Ungenauigkeitsgrad haben und sich einem Betrachter der Anzeige als Fehler in der angezeigten Position oder der Richtung des Fahrzeugsymbols bezüglich der Karte zeigen.
Es wurde herausgefunden, daß eine der Fehlerquellen der angezeigten Stellung oder Richtung des Fahrzeugs durch die Ungenauigkeiten hervorgerufen wurde, die die Messung der Fahrzeugrichtungsrichtungsänderungen mit sich bringt. Früher wurden sowohl die absoluten magnetischen als auch die relativen Richtungsänderungen eines Fahrzeugs gemessen, indem verschiedene Arten von magnetischen Kompassen, wie z.B. ein magnetischer Erdinduktionskompaß, und verschiedene Arten von Radwegmeßsystemen, wie z.B. ein Meßsystem für Wegstreckendifferenzen, verwendet wurden.
Sowohl beim Betrieb des magnetischen Induktionskompasses als auch bei anderen Arten von magnetischen Kompassen wird ein Signal erzeugt, das proportional zur Stärke des Erdmagnetfelds bezüglich einer festgelegten Achse in dem magnetischen Kompaß ist. Wenn ein Fahrzeug, in dem sich der magnetische Kompaß befindet, gedreht wird, und sich der Winkel ändert, den die Achse mit dem Erdmagnetfeld bildet, wird der durch den magnetischen Kompaß erzeugte Signal mit einer entsprechenden Änderung in seiner Größe und/oder Phase erzeugt.
Die Genauigkeit des Ausgangssignals des magnetischen Kompasses und irgendeine darin enthaltene Änderung hängen von der Gleichmäßigkeit des Erdmagnetfeldes in der Nähe des Ortes ab, wo das Fahrzeug betrieben wird. Wenn das Fahrzeug durch eine Anomalie in dem Erdmagnetfeld fährt, die z.B. durch ein großes Gebäude verursacht werden kann, oder wenn der Kompaß aus der horizontalen Ebene geschwenkt wird, wenn sich das Fahrzeug auf einem Hügel, einer erhöhten Kurve oder dergleichen befindet, zeigt das Ausgangssignal des magnetischen Kompasses eine Richtungsänderung an, die tatsächlich nicht auftritt. Aus einem solchen Vorfall können sich ernsthafte Fehler in der angezeigten Fahrzeugrichtung und der Positionsinformation ergeben.
Bei bekannten, einfachen Meßsystemen für Wegstreckendifferenzen von der Art, die in Fahrzeugnavigationssystemen verwendet wurden, wie sie oben beschrieben sind, oder irgendwo sonst, beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3 845 289, erteilt an Robert L. French, wird ein Paar von Sensoren verwendet, um den Weg zu messen, der von dem Vorderradpaar oder dem Hinterradpaar eines Fahrzeugs zurückgelegt wurde.
Während des Betriebes haben die Sensoren in dem System den Weg gemessen, der von einem Rad in dem Fahrzeug bezüglich des anderen in einer Kurve zurückgelegt wurde. Aus der Differenz des in der Kurve gemessenen Weges erzeugte ein Computer ein Signal Δθw , das der resultierenden Änderung in der relativen Richtung des Fahrzeugs entspricht, wobei die Gleichung
verwendet wird, in der
Δθw = Richtungsänderung,
DL = vom linken Rad zurückgelegter Weg,
DR = vom rechten Rad zurückgelegter Weg,
T = Abstand zwischen den zwei Rädern, z.B. die Radspur.
In der Praxis stellte sich heraus, daß das Signal, das durch Verwendung der Gleichung (1) erzeugt wurde, oft ungenau war.
Die vorveröffentlichten Druckschriften EP-A-0194802 und WO-A-84/01823 zeigen jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Änderungen der Richtung eines Fahrzeuges, die die durch einen Korrekturfaktor K modifierte Gleichung (1) verwenden. In der EP-A-0194802 ist λ ein Kalibrierungsfaktor für die Radsensoren. Der Fehler bei der Änderung der Fahrzeugrichtung, der von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt, wird korrigiert, indem man eine geschwindigkeitsabhängige Radspurbreite T annimmt. Die einer bestimmten Geschwindigkeit entsprechende tatsächliche Radspur wird aus einer Tabelle bestimmt.
In der WO-A-84/01823 ist K abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Krümmungsradius in einer Kurve. Verschiedene Werte von K, die unter anderem der Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechen, werden in einer Suchtabelle gespeichert. Diese Werte werden verwendet, um die durch Gleichung (1) gemessene Fahrzeugrichtung zu korrigieren. Da K von der Geschwindigkeit abhängig ist, muß die Geschwindigkeit des Fahrzeuges bekannt sein, um den geeigneten Wert von K zu suchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung der Änderung der Richtung eines Straßenfahrzeugs in einer Kurve geschaffen, wobei das Fahrzeug ein Paar von sich in seitlichem Abstand befindlichen Rädern aufweist, die eine Spur mit einer Breite beschreiben, und das Verfahren die Schritte aufweist: Messen des Weges, den jedes der Räder in einer Kurve zurücklegt, Erzeugung eines Signals ΔD mit einer Größe, die dem Unterschied der gemessenen Wege entspricht, die eines der Räder bezüglich des anderen in der Kurve zurücklegt, Erzeugen eines Signals T mit einer Größe, die der Spurbreite entspricht, und gekennzeichnet ist durch die Schritte: Erzeugen eines Signals a mit einer gewählten Größe, die unabhängig von der Geschwindigkeit ist, Erzeugen eines Signals V² mit einer Größe, die dem Quadrat der Geschwindigkeit entspricht, und Erzeugen eines Signals Δθw in Ansprechung auf die Signale ΔD, T und V, wobei das Signal Δθw der Änderung der Richtung des Fahrzeugs in der Kurve entspricht und eine Größe hat, die durch die Gleichung
definiert wird.
Gemäß der Erfindung wird außerdem eine Vorrichtung zur Messung einer Änderung der Richtung eines Straßenfahrzeugs in einer Kurve geschaffen, wobei das Fahrzeug zwei sich in seitlichem Abstand befindliche Räder aufweist, die eine Spur mit einer Breite beschreiben, mit einer Einrichtung zur Messung des Weges, den jedes der Räder in der Kurve zurücklegt, mit einer Einrichtung, die auf die Wegmeßeinrichtung anspricht, um ein Signal ΔD mit einer Größe zu erzeugen, die der Differenz der gemessenen Wege entspricht, die eines der Räder bezüglich des anderen in der Kurve zurücklegt, mit einer Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Kurve und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Signals T mit einer Größe, die der Spurbreite entspricht, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals a mit einer gewählten Größe, die unabhängig von der Geschwindigkeit ist, durch eine Einrichtung, die auf die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung anspricht, um ein Signal V² zu erzeugen, das eine Größe hat, die dem Quadrat der Geschwindigkeit entspricht, und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals Δθw in Ansprechung auf die Signale ΔD, T, a und V, wobei das Signal Δθw der Änderung der Richtung des Fahrzeugs in der Kurve entspricht und eine Größe hat, die durch die Gleichung
definiert wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beseitigen die beim Stand der Technik vorhandene Geschwindigkeitsabhängigkeit von K. Statt dessen kann ein konstanter Wert "a" über einen Bereich von Geschwindigkeiten verwendet werden, weshalb es vermieden werden kann, den Wert des Korrekturfaktors "a" zu aktualisieren, wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ändert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Paar von Radsensoren vorgesehen. Die Sensoren sind zur Messung der Differenz des Weges D vorgesehen, der von einem Paar Rädern eines Fahrzeugs in einer Kurve zurückgelegt wird. Die Sensoren sind an zwei seitlich gegenüberliegenden Rädern des Fahrzeugs angebracht, entweder an den Hinterrädern oder den Vorderrädern. Die Räder sind in beiden Fällen durch einen Radspurabstand T getrennt. Es wird außerdem ein Signal erzeugt, das der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs entspricht. Von Zeit zu Zeit wird die Änderung der Richtung Δθw, die aus den differentiellen Radwegmessungen errechnet wird, mit einer entsprechenden unabhängig gemessenen Änderung der Richtung Δh verglichen, wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt und die Änderung der Richtung durch Verwendung anderer Daten und zur Verfügung stehender Messungen geschätzt werden kann. Wenn eine Differenz festgestellt wird, wird angenommen, daß die Richtungsänderung Δh die richtige Richtungsänderung ist und die Größe der Konstanten a in Gleichung (2) um einen relativ geringen Betrag in der Richtung geändert wird, um diese Differenz kleiner zu machen. Auf diese Weise werden Fehler von Δθw aufgrund von Fehlern bei den Radwegmessungen, die durch Kräfte an den Rädern, einschließlich der Zentrifugalkräfte, der Belastung der Räder und dem Reifendruck etc., verursacht werden, verringert.
Bei der Suche nach der Quelle der Ungenauigkeiten, die in bekannten Fahrzeugmeßsystemen für Wegstreckendifferenzen entdeckt wurden, wurde herausgefunden, daß die Größe der Ungenauigkeit insgesamt von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in einer Kurve und davon abhängt, ob die Radwegmessungen an den Vorderrädern oder an den Hinterrädern gemacht wurden.
Wenn die Messungen an den Hinterrädern gemacht wurden, wurde herausgefunden, daß die Quelle der Ungenauigkeit insgesamt von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt. Wenn bei den Messungen jedoch die Vorderräder in einem Fahrzeug verwendet wurden, das ein Ackerman-Lenksystem aufweist, wie es die meisten Fahrzeuge heute tun, wurde herausgefunden, daß die Quelle der Ungenauigkeit sowohl von der Fahrzeuggeschwindigkeit als auch von einer Änderung der tatsächlichen Vorderradspur abhängt. Bei einem Ackerman- Lenksystem wurde herausgefunden, daß sich die tatsächliche Radspur verringert, wenn der Kurvenradius geringer wird.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Veränderungen der Vorderradspur in der Kurve ebenfalls in Betracht gezogen, wenn die oben beschriebenen Sensoren zur Messung der Wegdifferenz vorgesehen sind, die von zwei sich seitlich im Abstand befindlichen Vorderrädern eines Fahrzeugs in einer Kurve zurückgelegt werden. Bei den meisten modernen Fahrzeugen drehen die Vorderräder um kurze Achsen, die man bei einem Ackerman-Lenksystein Pitman-Hebel nennt.
Bei einem Ackerman-Lenksystem steht die Größe der Spur der Räder mit der Krümmung der Kurve in Beziehung, so daß
wobei
TE = die tatsächliche Spur,
TF = die Spur in einer Kurve,
P = das Verhältnis der Länge eines einzelnen Pitman-Hebels zu einer Hälfte der Gesamtspur (ungefähr 1/8),
ΔD = die Differenz des Weges, der durch die Räder zurückgelegt wird,
AD = der Durchschnittsweg, der durch die Räder zurückgelegt wird,
B = der Abstand zwischen den Vorder- und Hinterradachsen (Radabstand).
Bei dem zuletzt genannten Aspekt wird die Richtung Δθw durch Verwendung der Gleichung (1) oder (2) errechnet, wobei aus der oben stehenden Gleichung (3) T = TE.
Die Anbringung der Sensoren zur Erfassung des durch die angetriebenen Räder zurückgelegten Wegs bringt Fehler bei den Messungen des durch die Räder zurückgelegten Wegs mit sich oder vergrößert wenigstens deutlich die Gelegenheit hierfür. Dies ist deswegen der Fall, weil die angetriebenen Räder dazu neigen, besonders auf eisigen, nassen oder schottrigen Oberflächen durchzurutschen. Die Sensoren werden deshalb in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung so angebracht, daß der Weg , den die nicht angetriebenen Räder zurücklegen, erfaßt wird. Bei vierradangetriebenen Fahrzeugen sind die Sensoren normalerweise zur Erfassung der Vorderräder angebracht, da die Vorderräder in der Praxis nur einen Teil der Zeit für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Quadratwurzel-Operationen in der oben genannten Gleichung (3) benötigen normalerweise eine beträchtliche Rechenzeit. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist folglich ein Suchspeicher vorgesehen. In dem Suchspeicher sind mehrere Werte für TE gespeichert, die jeweils für einen ausgewählten Wert von ΔD/AD durch Verwendung der Gleichung (3) berechnet sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine geometrische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine Linkskurve fährt,
Fig. 3 eine Darstellung der tatsächlichen Radspur der Vorderräder eines Fahrzeugs in einer Linkskurve und
Fig. 4 eine geometrische Darstellung der tatsächlichen Radspur der Vorderräder eines Fahrzeugs in einer Linkskurve sind.
In Fig. 1 ist eine Darstellung eines Landfahrzeugs gezeigt, das insgesamt mit 1 bezeichnet ist und zwei Vorderräder 2 und 3 und zwei Hinterräder 4 und 5 aufweist. Die Vorderräder 2 und 3 sind an Achsen befestigt, die an den Enden von Pitman-Hebeln 16 in einem Ackerman-Lenksystem angeordnet sind, das insgesamt mit 6 bezeichnet ist. Die Hinterräder 4 und 5 sind an den Enden von geraden oder unabhängigen Achsen befestigt, die insgesamt mit 7 bezeichnet sind. Der Anstand zwischen der Vorder- und der Hinterachse wird Radabstand des Fahrzeugs genannt und ist durch den Buchstaben B bezeichnet. Der Abstand zwischen den Hinterrädern 4 und 5 wird Hinterradspur des Fahrzeugs genannt und ist mit dem Buchstaben T bezeichnet. Der nominale Abstand zwischen den Vorderrädern 2 und 3 des Fahrzeugs, genannt die nominale Vorderradspur, ist durch die Buchstaben TF bezeichnet. Der Ausdruck "nominal" wird zur Beschreibung der Spur verwendet, wenn das Fahrzeug in einer geraden Linie fährt, da, wie es untenstehend weiter beschrieben wird, sich die Vorderradspur als Funktion der Krümmung der Kurve ändert, wenn ein Fahrzeug abbiegt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei Radwegmeßsensoren 10 und 11 in der Nähe der Hinterräder 4 und 5 angebracht. Mit einem Ausgang der Sensoren 10 und 11 ist eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 12 verbunden. Mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit 12 sind ein Speicher 13 und ein herkömmlicher Erdinduktionskompaß 15 oder eine andere geeignete Quelle für eine Information für die Richtung verbunden.
In Fig. 2 ist ein Diagramm des Fahrzeugs 1 in einer Linkskurve gezeigt, bei der der von dem rechten Hinterrad DR zurückgelegte Weg und der durch das linke Hinterrad DL zurückgelegte Weg sich um einen Winkel Δθw erstreckt, der gleich einer Änderung der Richtung Δθw des Fahrzeugs ist. Der Radius des von dem rechten hinteren Rad 4 beschriebenen Bogens ist mit RR bezeichnet. Der Radius des Bogens, der von dem linken Rad 5 beschrieben wird, ist mit RL bezeichnet. Die Differenz zwischen den Radien RR und RL ist die Hinterradtrennung, die vorstehend mit T bezeichnet wurde.
Wie es in Fig. 2 zu sehen ist, kann die Richtungsänderung Δθw des Fahrzeugs 1 folgendermaßen bestimmt werden.
DL = Δθw X RL (4)
DR = Δθw X RR (5)
wobei RL = der Kurvenradius für das linke Rad,
RR = der Kurvenradius für das rechte Rad.
Zieht man die Gleichung (5) von der Gleichung (4) ab, ergibt sich
(DL - DR) = Δθw X (RL - RR) (6)
oder
Die oben genannte Gleichung macht deutlich, daß Δθw eine genaue Messung der Richtungsänderung des Fahrzeugs 1 enthält, wenn der von den Rädern 4 und 5 zurückgelegte Weg exakt im Einklang mit den Gleichungen (4) und (5) steht. In der Praxis ist dies jedoch sehr selten, wenn überhaupt, der Fall.
In einer Kurve sind die Kräfte an den Rädern so, daß der von einem Rad zurückgelegte Weg als eine bessere Annäherung eine nicht lineare Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Um diese Kräfte zu kompensieren, wird die oben genannte Gleichung (7) durch eine Funktion von V beispielsweise wie folgt modifiziert:
wobei Δθw = die Richtungsänderung aufgrund differentieller Radwegmessungen,
ΔD = die Differenz des zurückgelegten Weges des rechten und linken Rades,
T = die Radspur,
V = die Fahrzeuggeschwindigkeit,
a = eine Konstante
Die Proportionalitätskonstante a ändert sich mit den Autotypen, den Reifeneigenschaften und unterschiedlichen Autobeladungszuständen. Bei einer Ausführungsform kann die Konstante a für ein vorgegebenes Fahrzeug oder eine Fahrzeugart bei einer durchschnittlichen Beladung vorberechnet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Proportionalitätskonstante a jedoch anfänglich einen vorberechneten Wert auf und wird danach automatisch verfeinert, wenn das Fahrzeug gefahren wird.
Um die Konstante a zu verfeinern, wird die Fahrzeugrichtung Δθc beispielsweise von dem Induktionsmesser 15 erhalten und folgendermaßen verwendet.
θc1 und θw1 sollen die Kompaß- und Radrichtungen vor einer Kurve sein und θc2 und θw2 sollen die Kompaß- und Radrichtungen nach einer Kurve sein. Dann ist
Δθc = θc2 - θc1 (9)
und
Δθw = θw2 - θw1 =
und
FEHLER = Δθw - Δθc, wenn Δθw ≥ 0
FEHLER = Δθc - Δθw, wenn Δθw < 0 (11)
In der Praxis ist die Größe des FEHLERS, wie er in Gleichung (11) gemessen ist, begrenzt, wenn er zur Verfeinerung der Konstante a wie folgt verwendet wird:
FEHLER = -M wenn FEHLER < -M
FEHLER = FEHLER, wenn -M ≤ FEHLER ≤ M
FEHLER = M wenn FEHLER > M (12)
wobei M = eine gewählte Schwellenhöhe.
Um eine stabilere Schätzung des Koeffizienten a zu errechnen, wird eine Filterkonstante TC in folgender Gleichung verwendet:
a = aalt + FEHLER/TC (13)
wobei TC = die Filter-Wegkonstante,
aalt = die dann derzeitige Konstante a
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Prozeß der Aktualisierung des Koeffizienten der oben genannten Gleichungen 9 bis 13 nur durchgeführt, wenn bestimmten Kriterien genügt wird, die anzeigen, daß eine genauere Schätzung des Koeffizienten a errechnet werden kann. Diese Kriterien sind 1) eine Kurve von mehr als 45º,
2) eine Geschwindigkeit in dem Bereich von 24,14 bis 72,42 km pro Stunde (15 bis 45 mph) und
3) passende Kompaßmessungen.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung sind die Sensoren 10 und 11 zur Messung des Weges angebracht, der von den Vorderrädern 2 und 3 des Fahrzeugs 1 zurückgelegt wird. Bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 ist erkennbar, daß die tatsächliche Vorderradspur TE in einer Kurve wesentlich kleiner werden kann, als die nominale Vorderradspur TF, die die physikalische Trennung der Vorderräder ist. Dies ist der Fall, weil bei einem Ackerman-Lenksystem die vordere Achse nicht senkrecht zur Tangente der Kurve bleibt und folglich die tatsächliche Radspur um so geringer ist, je enger die Kurve ist. Es ist wichtig, daß eine Anpassung an diese kleinere Radspur durch Berechnung einer tatsächlichen Spur TE erfolgt, die die geometrische Verkürzung der Vorderradspur während einer Kurve kompensiert. TE wird dann durch T in den Gleichungen (7) und (8) ersetzt.
Die folgende Gleichung (14) nähert sich sehr nahe an die tatsächliche Radspur TE an, die aus der Geometrie von Fig. 4 abgeleitet wird:
wobei TE = die tatsächliche Spur während einer Kurve
TF = die Spur nicht während einer Kurve
P = das Pitman-Hebelverhältnis (ungefähr 1/8)
ΔD = die Differenz des durch die Räder zurückgelegten Weges
AD = der durchschnittlich von den Rädern zurückgelegte Weg
B = der Abstand zwischen den Vorder- und Hinterrad achsen
Mit Ausnahme von ΔD und AD können die anderen Parameter der oben genannten Gleichung direkt an dem Fahrzeug gemessen werden (und werden während der Kalibrierung eingegeben).
Das Verhältnis von ΔD/AD wird Krümmung der Kurve genannt und stellt die Rate (über den Weg und nicht die Zeit) dar, die das Fahrzeug kurvt. Die oben genannte Gleichung wird dann verwendet, um eine tatsächliche Spur TE zu errechnen, die ihrerseits in Gleichung (8) anstatt T verwendet werden kann, um eine genaue relative Richtungsschätzung zu errechnen.
Für eine Fahrzeugnavigation muß die relative Richtung oft, ungefähr einmal pro Sekunde, errechnet werden, und die Quadratwurzel-Operationen oben genannten Gleichung (14) sind rechenzeitaufwendig. Deshalb werden bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mehrere tatsächliche Spuren TE errechnet und in dem Speicher 13 für jedes einer entsprechenden Anzahl von Verhältnissen ΔD/AD gespeichert.
Die Gruppe von Kurvenkrümmungen überspannt die Gruppe von verwirklichbaren Kurvenkrümmungen ΔD/AD , die bei 0 für eine gerade Ausfahrt beginnt und bis zur maximalen Krümmung für die vorgegebene Fahrzeuggeometrie reicht (ungefähr 0,27). Mit der Gruppe von in dem Speicher 13 gespeicherten tatsächlichen Spuren umfaßt die zweite Navigationsberechnung nur die Berechnung von ΔD/AD und eine Tabellensuche, um die tatsächliche Spur TE zur Errechnung der relativen Richtung zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Richtungsänderung eines Strassenfahrzeugs (1) während einer Kurve, wobei das Fahrzeug ein Paar von sich in seitlichem Abstand befindlichen Rädern (2, 3) aufweist, die eine Spur mit einer Breite beschreiben, mit folgenden Schritten:

- Messung des von jedem der Räder (2, 3) während der Kurve zurückgelegten Weges;

- Erzeugung eines Signals ΔD mit einer Größe, die der Differenz der gemessenen Wege entspricht, die eines der Räder (2, 3) bezüglich des anderen während der Kurve zurücklegt;

- Erzeugung eines Signals T mit einer Größe, die der Spurbreite entspricht;

gekennzeichnet durch die Schritte,

- daß ein Signal a erzeugt wird, das eine gewählte Größe hat, die unabhängig von der Geschwindigkeit ist;

- daß ein Signal V² erzeugt wird, das eine Größe hat, die dem Quadrat der Geschwindigkeit entspricht; und

- daß ein Signal Δθw in Ansprechung auf die Signale ΔD, T und V erzeugt wird, wobei das Signal Δθw der Richtungsänderung des Fahrzeugs während der Kurve entspricht und eine Größe hat, die durch die Gleichung

definiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt, daß die Größe des Signals a als Funktion der Differenz zwischen der Größe des Signals Δθw und der Größe des Signals Δθc verändert wird, wobei das Signal Δθc durch eine Richtungsmeßeinrichtung (15) erzeugt wird, die von der zu Erzeugung des Signals Δθw verwendeten Einrichtung (12) unabhängig ist, und eine Größe hat, die einer Richtungsänderung des Fahrzeugs entspricht, die durch die unabhängige Richtungsmeßeinrichtung (15) gemessen wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die unabhängige Einrichtung (15) zur Erzeugung des Signals Δθc ein Kompaßinstrument (15) aufweist, das auf das Erdmagnetfeld anspricht, und bei dem die Größe des Signals Δθc einer Richtungsänderung des Fahrzeugs bezüglich des Erdmagnetfelds entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt der Änderung der Größe des Signals a die Schritte enthält, daß

- ein Signal FEHLER erzeugt wird, das eine Größe aufweist, die der Differenz zwischen der Größe des Signals Δθc und der dann derzeitigen Größe des Signals Δθw entspricht, und die Größe des Signals a die Funktion der relativen Größen dieses Signals a vor der Änderung und das Signal FEHLER geändert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt der Änderung der Größe des signals a die Schritte enthält, daß

- ein Signal aalt erzeugt wird, das eine Größe hat, die gleich der Größe des signals a vor der Änderung ist,

- ein Signal TC erzeugt wird, das eine Größe aufweist, die der Größe einer vorher bestimmten Konstante entspricht, und

- ein Signal a in Ansprechung auf die Signale FEHLER, aalt und TC mit einer Größe erzeugt wird, die gemäß der folgenden Gleichung bestimmt ist:

a=aalt + FEHLER/TC

6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Schritte der Änderung der Größe des Signals a durchgeführt werden, wenn die Änderung in der Richtung Δθc eine vorherbestimmte Größe überschreitet, die Geschwindigkeit V in einem vorherbestimmten Bereich liegt und die unabhängige Richtungsmeßeinrichtung (15) eine vorherbestimmte Genauigkeitsschätzung überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die vorherbestimmte Größe von Δθc ungefähr 45º ist und der vorherbestimmte Bereich der Geschwindigkeit V von ungefähr 24, 14 bis 72, 42 km/h (15 bis 45 mp/h) reicht.

8. Vorrichtung zur Messung einer Richtungsänderung eines Straßenfahrzeugs (1) während einer Kurve, wobei das Fahrzeug (1) ein Paar von in seitlichem Abstand angeordneten Rädern (2,3) aufweist, die eine Spur mit einer Breite beschreiben, mit

- einer Einrichtung zur Messung des Weges, den jedes der Räder (2, 3) während der Kurve zurücklegt,

- einer Einrichtung (12), die auf die Wegmeßeinrichtung anspricht, um ein Signal ΔD zu erzeugen, das eine Größe hat, die der Differenz der gemessenen Wege entspricht, die eines der Räder (2, 3) bezüglich des anderen während der Kurve zurücklegt,

- einer Einrichtung (12) zur Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Kurve, und

- einer Einrichtung zur Erzeugung eines Signals T mit einer Größe, die der Spurbreite entspricht,

gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Signals a mit einer ausgewählten Größe, die unabhängig von der Geschwindigkeit ist,

- eine Einrichtung (12), die auf die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung anspricht, um ein Signal V² zu erzeugen, das eine Größe hat, die dem Quadrat der Geschwindigkeit entspricht, und

- eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines signals Δθw in Ansprechung auf die Signale ΔD, T, a und V, wobei das Signal Δθw der Richtungsänderung des Fahrzeugs während der Kurve entspricht und eine Größe hat, die durch die Gleichung

definiert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einer Richtungsmeßeinrichtung (15), die von der zur Erzeugung des Signals Δθw verwendeten Einrichtung unabhängig ist, um ein Signal Δθc zu erzeugen, das eine Größe hat, die der Richtungsänderung des Fahrzeugs entspricht, die durch die unabhängige Richtungsmeßeinrichtung (15) gemessen wird, und mit einer Einrichtung (12) zur Änderung der Größe des signals a als Funktion der Differenz zwischen der Größe des signals Δθw und der Größe des signals Δθc.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die unabhängige Einrichtung (15) zur Erzeugung des signals Δθc ein Kompaßinstrument aufweist, das auf das Erdmagnetfeld anspricht, und bei der die Größe des Signals Δθc einer Richtungsänderung des Fahrzeugs bezüglich des Erdmagnetfelds entspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Einrichtung (12) zur Änderung der Größe des Signals a eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Signals FEHLER mit einer Größe, die der Differenz zwischen der Größe des Signals Δθc und der dann derzeitigen Größe des Signals Δθw entspricht, und

- eine Einrichtung (12) zur Änderung der Größe des Signals a als Funktion der relativen Größen des Signals a vor der Änderung und des Signals FEHLER aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Einrichtung (12) zur Änderung der Größe des Signals a

- eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Signals aalt, das eine Größe aufweist, die gleich der Größe des Signals a vor der Änderung ist,

- eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines signals TC, das eine Größe hat, die der Größe einer vorherbestimmten Konstante entspricht, und

- eine Einrichtung (12) aufweist, die ein Signal a in Ansprechung auf die Signale FEHLER, aalt und TC mit einer Größe erzeugt, die gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:

a = aalt + FEHLER/TC

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Einrichtung zur Änderung der Größe des signals a die Größe ändert, wenn die Richtungsänderung Δθc eine vorherbestimmte Größe überschreitet, die Geschwindigkeit V innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches liegt und die unabhängige Richtungsmeßeinrichtung eine vorherbestimmte Genauigkeitsschätzung überschreitet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die vorherbestimmte Größe von Δθc ungefähr 45º ist und der vorherbestimmte Bereich der Geschwindigkeit V von ungefähr 24, 14 bis 72, 42 km/h (15 bis 45 mp/h) reicht.

15. Verfahren zur Messung einer Richtungsänderung eines Straßenfahrzeugs (1) während einer Kurve, wobei das Fahrzeug (1) ein Paar von in seitlichem Abstand angeordneten Vorderrädern (2, 3) aufweist, die eine Vorderradspur mit einer Breite beschreiben, die sich als Funktion der Kurvenkrümmung verändert, mit den Schritten, daß

- der Weg jedes der Räder (2, 3) während der Kurve gemessen wird,

- ein Signal ΔD erzeugt wird, das eine Größe aufweist, die der Differenz der gemessenen Wege entspricht, die eines der Räder (2, 3) bezüglich des anderen während der Kurve zurücklegt,

- ein Signal T erzeugt wird, das eine Größe aufweist, die der Vorderradspurbreite entspricht und

- ein Signal Δθw in Ansprechung auf die Signale ΔD und T erzeugt wird, wobei das Signal Δθw der Richtungsänderung des Fahrzeugs während der Kurve entspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Größe des Signals T als Funktion einer geometrischen Verkürzung der Spurbreite während einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1) unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs errechnet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, mit den Schritten, daß

- ein Signal AD mit einer Größe erzeugt wird, die dem Durchschnittsweg, den die Räder drehen, entspricht, und wobei die Schritte zur Erzeugung der Signale ΔD und AD die Schritte umfassen, daß die Signale ΔD und AD durch Verwendung von Messungen erzeugt werden, die von der Drehung der Räder genommen werden, die mit einem seitlichen Abstand TF in einem Ackerman-Fahrzeuglenksystem angeordnet sind, das ein Pitman-Hebelverhältnis P hat, das in einem Fahrzeug mit einer Vorder- und einer Hinterachse angebracht ist, die durch einen Abstand B voneinander getrennt sind, und bei dem der Schritt zur Erzeugung des Signals T den Schritt umfaßt, daß das Signal T mit einer Größe erzeugt wird, die durch die Gleichung

definiert ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Schritt zur Erzeugung des Signals T den Schritt umfaßt, daß das Signal T aus einer Stelle in einem Tabellenspeicher (13) erzeugt wird, auf den über eine Adresse zugegriffen wird, die der Krümmung der Kurve des Fahrzeugs entspricht, für die das Signal T erforderlich ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, soweit er von Anspruch 16 abhängt, bei dem der Schritt der Erzeugung des Signals T den Schritt des Zugriffs auf den Speicher (13) umfaßt, wobei eine dem Verhältnis der Signale ΔD und AD entsprechende Adresse verwendet wird.

19. Vorrichtung zur Messung einer Richtungsänderung eines Straßenfahrzeugs (1) während einer Kurvenfahrt, wobei das Fahrzeug (1) ein Paar von in seitlichem Abstand angeordneten Vorderrädern (2, 3) aufweist, die eine Vorderradspur mit einer Breite beschreiben, die sich als Funktion der Kurvenkrümmung ändert, mit

- einer Einrichtung zur Messung des Weges, den jedes der Vorderräder (2, 3) während der Kurvenfahrt zurücklegt,

- einer Einrichtung (12), die auf die Wegmeßeinrichtung zur Erzeugung eines Signals ΔD anspricht, das eine Größe aufweist, die der Differenz der gemessenen Wege entspricht, die eines der Räder (2, 3) bezüglich des anderen während der Kurvenfahrt zurücklegt,

- einer Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Signals T mit einer Größe, die der Vorderradspurbreite entspricht, und

- einer Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Signals Δθw in Ansprechung auf die Signale ΔD und T, wobei das Signal Δθw der Richtungsänderung des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Signals T als Funktion einer geometrischen Verkürzung der Spurbreite während einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1) unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs errechnet wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, mit einer Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Signals AD, mit einer Größe, die dem Durchschnittsweg entspricht, den die Räder drehen und bei der die Einrichtung zur Erzeugung des Signals T eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals T mit einer Größe umfaßt, die durch die Gleichung

bestimmt ist, wobei TF der Abstand ist, den die Räder bei einem Ackermann-Fahrzeuglenksystem entfernt sind, P das Pitman-Hebelverhältnis in dem System ist und B der Abstand zwischen der Vorder- und der Hinterachse des Fahrzeugs ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, bei der die Einrichtung (12) zur Erzeugung des Signals T eine Einrichtung (13) zur Erzeugung eines Signals T aus einer Stelle in einem Tabellenspeicher (13) umfaßt, auf die über eine Adresse zugegriffen wird, die der Krümmung der Kurvenfahrt des Fahrzeugs entspricht, für die das Signal T erforderlich ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, soweit er von Anspruch 20 abhängig ist, bei der die Einrichtung (12) zur Erzeugung des Signals T eine Einrichtung (13) zum Zugreifen auf den Speicher (13) umfaßt, die eine Adresse verwendet, die dem Verhältnis der Signale ΔD und AD entspricht.