DE4035370A1 - Verfahren zur bestimmung des standortes eines landfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei bekannten Standortsbestimmungssystemen für Fahrzeuge wird von der Drehung der Räder eine Information über die jeweils zurückgelegte Strecke abgeleitet, während bei einigen Systemen eine Magnetsonde den Kurs und bei anderen Systemen eine Differenzmessung der Radumdrehungen die Änderung des Kurses ergibt. Beide Verfahren haben Nachteile. Die Magnetsonde wird häufig stark gestört - beispielsweise durch Stahlkonstruktionen in der Nähe der Fahrtstrecke des Fahrzeugs oder durch Anderungen der magnetischen Eigenschaften des Fahrzeugs. Da sich Fehler bei der Erfassung von Kursänderungen mit Hilfe von Radimpulsen im Verlauf der Fahrtstrecke des Fahrzeugs aufsummieren, ergeben sich große Ungenauigkeiten mit zunehmender Fahrtstrecke.

Abweichungen der mit Hilfe der Radimpulse ermittelten Kursänderungen von den tatsächlichen Werten treten jedoch aus vielen Gründen auf. So stimmen beispielsweise die Durchmesser beider Räder nicht überein, oder die effektive Achsbreite ändert sich mit dem Lenkeinschlag und mit der Belastung des Fahrzeugs. Dementsprechend ergeben sich bereits bei der Geradeausfahrt Differenzen der Radimpulse, während die Abweichungen bei Kurvenfahrten hinzukommen.

Eine weitere Schwierigkeit bei den bekannten Systemen besteht darin, daß die verwendeten Radsensoren aus Kostengründen und wegen der rauhen Betriebsbedingungen im Fahrzeug eine begrenzte Anzahl von Impulsen pro Radumdrehung liefern. So ist es beispielsweise vorteilhaft, die Sensoren eines Antiblockiersystems zu benutzen, die nur 96 Impulse pro Radumdrehung liefern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung des Standortes eines Landfahrzeuges anzugeben, bei welchem die Auswertung der Radimpulse, welche von der Drehung der Räder einer Fahrzeugachse erzeugt werden, gegenüber bekannten Systemen verbessert ist. Insbesondere sollen Abweichungen, welche durch die Reifen, die Achskonstruktion und den Fahrzustand des Fahrzeugs bedingt sind, korrigiert werden. Dieses Ziel soll mit einem möglichst geringen Zeit­ und Rechenaufwand erreicht werden.

Das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die bei der Auswertung der Radimpulse bestehenden Ungenauigkeiten korrigiert werden. Dabei erfolgt die Korrektur adaptiv. Im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeugs bzw. der Reifen erfolgende Veränderungen werden berücksichtigt, ohne daß Nachjustierungen durch den Benutzer oder Werkstätten erforderlich sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kursänderungen und die Vergleichs-Kursänderungen über eine vom Fahrzeug zurückgelegte Beobachtungsstrecke beobachtet werden, welche in eine vorgegebene Anzahl von Beobachtungsfenstern unterteilt ist und deren Länge geschwindigkeitsabhängig ist, und daß bei einer für einen bestimmten Zweck (Erkennung einer Geradeausfahrt, Erkennung des Vorzeichens einer Kursänderung, Auswertung von Kurvenfahrten) begonnenen Beobachtungsstrecke die Beobachtung abgebrochen und eine neue Beobachtungsstrecke begonnen wird, wenn nach der Aufsummierung innerhalb eines Beobachtungsfensters erkennbar ist, daß der Zweck nicht erreichbar ist. Diese Weiterbildung ermöglicht die weitgehende Ausnutzung von Geraden und Kurven für die jeweilige Beobachtung.

Bei einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, daß bei Vergleichs-Kursänderungen innerhalb einer Beobachtungsstrecke, die klein gegenüber einem vorgegebenen Wert sind, aus der Differenz der Anzahl der Radimpulse beider Räder ein Korrekturwert abgeleitet wird und daß der Korrekturwert gespeichert und zur Korrektur der Anzahl der Radimpulse mindestens eines der Räder verwendet wird.

Diese Weiterbildung ermöglicht eine wirksame Korrektur der Radimpulse bei Geradeausfahrt. Es werden insbesondere Fehler korrigiert, die durch verschieden große Umfänge der Räder entstehen. Diese Korrektur ist besonders wichtig, da sich Abweichungen von der Geradeausfahrt gegenüber der tatsächlichen Geradeausfahrt über längere Fahrtstrecken zu erheblichen Kurs- und Lagefehlern aufsummieren. Außerdem setzen weitere Auswertungen gleichgroße Räder voraus, so daß auch andere, später zu beschreibende Größen von diesem Fehler betroffen sind.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei Kursänderungen innerhalb einer Beobachtungsstrecke, die größer als ein vorgegebener Mindestwert sind, die Differenz zwischen den Kursänderungen und den Vergleichs-Kursänderungen gebildet wird, daß gespeicherte Korrekturfaktoren vergrößert werden, wenn die Kursänderungen kleiner als die Vergleichs-Kursänderungen sind, daß die Korrekturfaktoren verkleinert werden, wenn die Kursänderungen größer als die Vergleichs-Kursänderungen sind, daß die somit veränderten Korrekturfaktoren für verschiedene Fahrzustände, die jeweils durch einen Geschwindigkeitsbereich und einen Kursänderungsbereich bestimmt sind, gespeichert werden und daß die abgeleitete Kursänderung bei dem jeweiligen Fahrzustand mit dem veränderten gespeicherten Korrekturfaktor bewertet wird.

Mit Hilfe dieser Weiterbildung ist eine recht genaue Ermittlung von Kursänderungen möglich, obwohl beim Kurvenfahren außer der Anderung der effektiven Achsbreite zahlreiche Einflüsse die durch die Auswertung der Radimpulse gewonnenen Werte verfälschen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Weiterbildung werden die Korrekturfaktoren für beide Vorzeichen der Kursänderungen getrennt abgeleitet und gespeichert. Bei einem ausreichend symmetrischen Verhalten des Fahrzeugs ist an sich auch eine gemeinsame Ableitung und Speicherung der Korrekturfaktoren für dem Betrag nach gleich große, jedoch verschieden gerichtete Kursänderungen möglich.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe eines Fig. 3 eine Darstellung des Fahrwegs eines Fahrzeugs,

Fig. 4 eine Tabelle mit den während des Fahrwegs in einem Ringspeicher gesammelten Informationen,

Fig. 5 eine Darstellung der jeweils bei der Beobachtung zu speichernden Daten,

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Korrektur der Radimpulse.

Fig. 7 eine schematische Darstellung mehrerer Kurven,

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Korrektur beim Kurvenfahren,

Fig. 9 eine Darstellung der Abhängigkeit der maximalen Kursänderung von der Geschwindigkeit und

Fig. 10 eine Tabelle mit gespeicherten Korrekturfaktoren.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind zur Erzeugung der Radimpulse den nicht angetriebenen Rädern eines Fahrzeugs Scheiben 1, 2 mit einer magnetischen Teilung zugeordnet, die von je einem Sensor 3, 4 abgetastet wird. Bei Fahrzeugen mit einem Antiblockiersystem sind derartige Vorrichtungen bereits vorhanden und erzeugen 96 Impulse pro Radumdrehung. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Radimpulse L des dem linken Rad zugeordneten Sensors 3 als Wegimpulse einer Navigationseinrichtung 5 zugeführt, welche aus den Radimpulsen L und aus Kursinformationen Vektoren bildet, die nach dem Verfahren der Koppelortung addiert werden. Da derartige Navigationseinrichtungen bekannt sind, erübrigt sich eine detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß bei Ortungsgeräten für Landfahrzeuge häufig eine Unterstützung durch gespeicherte Straßenkarten vorgenommen wird. Dabei wird beispielsweise überprüft, ob der jeweilige Standort noch auf einer Straße liegt und das Ortungsergebnis entsprechend korrigiert. Dieses ist mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Standortinformationen ebenfalls möglich; die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Systeme beschränkt.

Aus den Radimpulsen L, R, welche von den Sensoren 3, 4 erzeugt werden, wird außer der zurückgelegten Strecke die Kursänderung des Fahrzeugs dα/dt abgeleitet, die im folgenden in Hinblick auf die digitale Signalverarbeitung als Kursänderung δα zwischen zwei Abtastzeitpunkten ausgedrückt wird. Da die Radumfänge verschieden sind, ergibt bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs die Auswertung der Radimpulse einen Kreis mit dem Radius r = B/(U/(U-δU)-1). Dabei ist r der Radius des Kreises, B die Achsbreite des Fahrzeugs, U der Umfang eines der Räder und δU der Umfangsfehler zwischen den Rädern. Ein Umfangsfehler von 1 mm ergibt einen Radius von 2,7 km, was eine Winkelabweichung von 1° nach einer Fahrtstrecke von 47 m zur Folge hat. Selbst bei δU = 0,3 mm ist der Radius r = 9 km, was einem Fehler von 1° auf 157 m entspricht. Vor der Berechnung des Winkels bzw. der Kursänderung werden daher die Radimpulse L und R bei 6 derart korrigiert, daß ihre durchschnittliche Frequenz bei Geradeausfahrt gleich ist. Dazu wird die Korrektureinrichtung 6 von einer Beobachtungseinrichtung 7 wie im folgenden beschrieben, gesteuert.

Das kleinere Rad, das auf der gleichen Strecke wie ein größeres Rad abrollt, liefert zu viele Impulse. Die Impulse des kleineren Rades werden über die Meßintervalle aufaddiert. Nach einer zu bestimmenden Impulszahl wird von den Impulsen des kleineren Rades jeweils ein Impuls abgezogen. Die Impulszahl IZ ergibt sich zu IZ = U_kl/(U_gr-U_kl).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Radumfänge während einer Kalibrierung bestimmt. Die Radumfänge sind dann mit einer Genauigkeit von beispielsweise 0,1 mm bekannt. Durch Beobachtung gerader Wegstücke wird notfalls ein Radumfang passend um beispielsweise 0,1 mm verändert. Mit diesen neuen Radumfängen läßt sich IZ neu bestimmen. Auch dieser modifizierte bzw. adaptierte Radumfang wird geschwindigkeitsabhängig bearbeitet. Deshalb muß auch IZ bei Wechsel des Geschwindigkeitsbereichs neu bestimmt werden. Für diese Beobachtung werden die unkorrigierten Kursänderungen der Räder benutzt, um die Adaptionsvorgänge zu entkoppeln.

Zur Ermittlung, ob eine gerade Wegstrecke vorliegt, wird eine Magnetsonde 8 verwendet, deren Ausgangssignal ebenfalls der Beobachtungseinrichtung 7 zugeführt wird. Insbesondere in einem Fahrzeug liefert eine Magnetsonde zwar sehr unzuverlässige Ergebnisse, durch geeignete im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschriebenen Maßnahmen ist es jedoch möglich, die Bildung von Korrekturwerten, beispielsweise der Impulszahl IZ, dann durchzuführen, wenn das Signal M im wesentlichen ungestört ist.

Von der Korrektureinrichtung 6 werden die korrigierten Radimpulse LC und RC einer Einrichtung 9 zur Bildung eines Kursänderungssignals δα zugeführt. Diese Größe ist jedoch noch mit verschiedenen Fehlern behaftet, welche durch die Korrektur der Radimpulse allein nicht ausgeschlossen werden. Deshalb ist eine weitere Korrektureinrichtung 10 vorgesehen, welche ebenfalls von der Beobachtungseinrichtung 7 gesteuert wird. Diese Korrektur ist abhängig vom Lenkwinkel, also vom Kursänderungssignal selbst. Außerdem erfolgt die Korrektur geschwindigkeitsabhängig. Deshalb werden die Radimpulse L ebenfalls der Korrektureinrichtung 10 zugeführt. Die Ausgangssignale der Korrektureinrichtung 10 werden der Navigationseinrichtung 5 und der Beobachtungseinrichtung 7 zugeführt.

Anhand der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wurden nur einzelne Grundzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Im einzelnen kann das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte umfassen:

• - Korrektur der Impulse des kleineren Rades nach Ermittlung der Umfangdifferenz der Räder,
• - Bestimmung der Richtung einer Kursänderung,
• - Korrektur der errechneten Kursänderungen.

Bei der Durchführung dieser Verfahrensschritte werden Meßgrößen (Radimpulse, Signal der Magnetsonde) über Beobachtungsstrecken beobachtet und ausgewertet. Ergibt die Auswertung, daß eine für die Bildung eines Korrekturwertes geeignete Fahrsituation vorliegt, wird der betreffende Korrekturwert aus den Meßgrößen gebildet und gespeichert. Die gespeicherten Korrekturwerte werden dann zur Korrektur benutzt, bis die Fahrsituation die Bildung eines weiteren Korrekturwertes für die gleichartige Korrektur gestattet.

Zweckmäßigerweise wird der bisherige Korrekturwert nicht einfach durch den weiteren Korrekturwert ersetzt. Zum einen sind bei den Korrekturwerten keine sprunghaften Änderungen zu erwarten, so daß solche auf Fehler bei der Erfassung schließen lassen. Zum anderen bilden die obengenannten Verfahrensschritte mehrere ineinander vermaschte Regelkreise, die aus Stabilitätsgründen genügend träge sein sollten. Zur Erzielung eines Tiefpaßverhaltens ist daher eine geeignete Mittelung zwischen dem bisherigen und dem weiteren Korrekturwert angebracht.

Die Länge der Beobachtungsstrecken ist an die Erfordernisse der verschiedenen Verfahrensschritte angepaßt und von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig. Die Bedeutung der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Länge wird anhand des folgenden Beispiels erläutert. Eine Beobachtungsstrecke zur Feststellung der Geradeausfahrt, wie es zur Umfangskorrektur erforderlich ist, sollte zur Erzielung einer hohen Genauigkeit möglichst lang sein. Derart lange Geraden kommen regelmäßig jedoch nur bei Autobahnen vor, wo hohe Geschwindigkeiten gefahren werden. Bei niedrigen Geschwindigkeiten, die fast ausschließlich im Stadtverkehr gefahren werden, würden bei langen Beobachtungsstrecken praktisch nie Korrekturwerte ermittelt werden. Durch die Geschwindigkeitsabhängigkeit werden jedoch im Stadtverkehr die Beobachtungsstrecken so klein, daß in ausreichend geringen Zeiträumen Korrekturwerte ermittelt werden können.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem durch einen hohen Integrationsgrad nur wenige Bauelemente erforderlich sind. Die Funktionen der in Fig. 1 dargestellten Einrichtungen 6, 7, 9 und 10 werden bei der Anordnung nach Fig. 2 von einem Mikrocomputer 21 durchgeführt. Als Ausgabeeinrichtung ist eine geeignete Anzeigevorrichtung vorgesehen, beispielsweise ein LCD-Display. Die Radimpulse L und R der Sensoren 3, 4 werden je einem Zähler 23, 24 zugeführt, dessen Zählerstand durch ein vom Mikrocomputer 21 ausgegebenes Signal in den Mikrocomputer 21 eingegeben wird. Bei einem praktisch ausgeführten Ausführungsbeispiel wurde der Zählerstand alle 150 ms eingelesen, und danach der Zähler auf 0 zurückgesetzt. Eine gebräuchliche Magnetsonde 8 liefert für den Kurs einen Winkel α_M in Form eines pulsbreitenmodulierten Signals. Mit einem entsprechenden Wandler 25 wird die Impulsbreite in ein entsprechendes digitales Signal umgewandelt und regelmäßig in den Mikrocomputer 21 eingegeben.

Erkennung der Geradeausfahrt

Fig. 3 stellt schematisch den Weg 31 eines Fahrzeugs dar. Einzelne Positionen P1 bis P9 des Fahrzeugs sind durch Querstriche gekennzeichnet. Das Fahrzeug zieht sozusagen eine Beobachtungsstrecke hinter sich her, die für die Position P1 umrandet ist. Die Beobachtungsstrecke 32 besteht aus vier Beobachtungsfenstern F1 bis F4, wobei in jedem Beobachtungsfenster die beim Durchfahren der entsprechenden Strecke anfallenden Daten (Radimpulse, Kursinforamtionen der Magnetsonde) aufsummiert werden. Die Beobachtungsfenster F1 bis F4 werden in Form eines Ringspeichers betrieben. Erreicht das Fahrzeug die nächste Position P2, so wird der Inhalt des ältesten Fensters durch die inzwischen aufsummierten Daten ersetzt.

Für die Erkennung der Geradeausfahrt wird in den Beobachtungsfenstern die jeweilige Kursänderung δα_M abgespeichert. Der Inhalt von den Beobachtungsfenstern zugeordneten Speicherplätzen ist in Fig. 4 für die Positionen P1 bis P9 als Tabelle dargestellt. Das Signal α_M der Magnetsonde wird während eines Beobachtungsfensters mehrmals abgefragt, so daß durch die entstehende Tiefpaßwirkung bereits ein Teil der Störungen vermindert werden kann. Außerdem sind Verfahren zur Verarbeitung des Ausgangssignals einer Magnetsonde bekannt, bei denen zusätzlich zu dem den Kurs darstellenden Signal noch ein weiteres Signal erzeugt wird, das die Güte des Kurssignals berücksichtigt. Ein derartiges Verfahren ist in der Patentanmeldung P 36 44 683 der Anmelderin beschrieben.

Befindet sich das Fahrzeug in der Position P1, so sind die Beobachtungsfenster mit positiven Werten für δα_M gefüllt, da die gesamte Beobachtungsstrecke von einer Rechtskurve gebildet ist. Dieses gilt auch für die Position P2. Bei dieser Position beginnt jedoch eine Gerade, so daß bei der folgenden Position P3 bereits ein Beobachtungsfenster 4 mit dem Wert 0 gefüllt ist. In Wirklichkeit treten jedoch keine diskreten Werte (+, 0, -) auf. Diese Darstellung wurde lediglich der Deutlichkeit halber gewählt.

Hat das Fahrzeug die nächste Position P4 erreicht, ist bereits der Inhalt von zwei Beobachtungsfenstern 0. Bei der Position P6 weisen alle vier Beobachtungsfenster den Wert 0 auf. Zu diesem Zeitpunkt steht also fest, daß das Fahrzeug während der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Beobachtungsstrecke 33 eine Gerade zurückgelegt hat. Aus den jeweils gleichzeitig beobachteten Radimpulsen bzw. aus der Differenz der Radimpulse kann eine Umfangsdifferenz der Räder berechnet, eine geeignete Korrekturgröße abgespeichert oder der Umfang eines Rades passend geändert werden.

Durch die Einteilung der Beobachtungsstrecke in einzelne Beobachtungsfenster sowie deren zyklische Bearbeitung wird eine weitgehende Ausnutzung der überhaupt für die jeweilige Beobachtung in Frage kommenden Wegabschnitte möglich. Würde man beispielsweise die Signale einer Beobachtungsstrecke auswerten und dann eine neue Beobachtungsstrecke starten, so wäre bei dem Beispiel nach Fig. 3 keine sichere Ausnutzung der kurzen Geraden möglich. Die Beobachtungsstrecke in der Position P5 weist noch einen gekrümmten Abschnitt auf, während die dann folgende Beobachtungsstrecke in der Position P9 schon wieder gekrümmte Abschnitte enthält.

Da die Abweichungen der effektiven Raddurchmesser unter anderem von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind, werden die Korrekturgrößen jeweils für einzelne Geschwindigkeitsbereiche bestimmt, gespeichert und angewendet. Dabei hat es sich als günstig herausgestellt, die vorkommenden Geschwindigkeiten in Bereiche von 30 km/h aufzuteilen, wobei der erste Bereich bis 40 km/h reicht, damit die im Stadtverkehr üblicherweise gefahrenen Geschwindigkeiten in einen Bereich fallen. Dabei wird die Beobachtungsstrecke, wie bereits erwähnt, als Funktion der Geschwindigkeitsbereiche umgeschaltet, beispielsweise in einem Gesamtbereich von 60 m bis 800 m.

Eine Beobachtung wird abgebrochen, d. h. die Beobachtungsfenster werden gelöscht, wenn die Grenze eines Geschwindigkeitsbereichs überschritten wird, da eine Auswertung von Signalen verschiedener Geschwindigkeitsbereiche nicht sinnvoll ist. Außerdem wird eine Beobachtungsstrecke nur fortgesetzt, wenn eine minimale Geschwindigkeit (z. B. Radausfall) nicht unterschritten wird, wenn δα_M kleiner als beispielsweise 5° ist und wenn kein Sensorfehler erkannt ist. Ein solcher liegt beispielsweise vor, wenn das Gütesignal der Magnetsonde oder eine Plausibilitätsprüfung der Radimpulse einen Fehler ergibt. So lassen beispielsweise starke Abweichungen der Radimpulse L und R voneinander auf einen Fehler schließen, da selbst bei engsten Kurvenradien das Verhältnis der Radimpulse nicht größer als beispielsweise 1,5 sein kann.

Zur weiteren Erläuterung der Ableitung von Korrekturwerten für die Radimpulse sind in Fig. 5 die wichtigsten bei der Beobachtung verwendeten Größen in Form einer Tabelle zusammengestellt. Dabei sind die vier Beobachtungsfenster F1 bis F4 für die Kursänderung δα_M durch Beobachtungsfenster FL1 bis FL4 für die Radimpulse L und Beobachtungsfenster FR1 bis FR4 für die Radimpulse R ergänzt. Eine weitere Größe umfaßt die Summe aller "alten" Beobachtungsfenster, während die Größen DEL, DELL und DELR den jeweils in Summation befindlichen Wert, L, R, δα_M darstellen. Die Größe ZAE bezeichnet das jeweils aktive Beobachtungsfenster. Die Größen LAE und TEI dienen zur Bestimmung der Länge der Beobachtungsfenster und damit der Beobachtungsstrecke. Dazu wird TEI auf einen geschwindigkeitsabhängigen Wert gesetzt und LAE solange inkrementiert, bis es größer gleich TEI ist. In diesem Fall wird LAE = LAE - TEI gesetzt und DEL in das Beobachtungsfenster, das mit ZAE bezeichnet ist, abgelegt. ZAE wird zyklisch weitergestellt, die neue Fenstersumme SUM gebildet und der Wert DEL gelöscht.

Die Summe aus den Beobachtungsfenstern und aus dem Wert DEL wird anschließend ausgewertet. Somit wird mit geringem Rechenaufwand immer eine Vergangenheit der maximalen Länge des Produkts aus Anzahl der Fenster + 1 und dem Wert TEI ausgewertet.

Fig. 6 zeigt ein stark vereinfachtes Flußdiagramm desjenigen Programms im Mikrocomputer 21 (Fig. 2), das zur Feststellung einer Geradeausfahrt und zur Ermittlung der Korrekturwerte für die Korrektur der Radimpulse dient. Nach einem Start bei 41 erfolgt eine Initialisierung, bei welcher die Größen SUM, DEL und LAE auf 0 gesetzt werden. ZAE wird auf 1 gesetzt. Danach erfolgt bei 43 eine Abfrage der Anzahl der Radimpulse LR und des Kurses α_M . Im Programmteil 44 wird durch Differenzbildung mit der Abfrage im vorangegangenen Programmdurchlauf δα_M gebildet. Im Anschluß daran wird bei 45 aus dem Abfrageergebnis der Radimpulse L die Geschwindigkeit v berechnet und bei 46 die Größe TEI aus einem Speicher in Abhängigkeit davon ausgelesen, in welchem Bereich die errechnete Geschwindigkeit v liegt. Um eine genauere Geschwindigkeitsberechnung zu erreichen, können die Radimpulse auch über mehrere Zyklen des Programms (Abtastintervalle) gezählt werden mit einer anschließenden Division durch die Anzahl der Zyklen.

Bei 47 verzweigt sich das Programm in Abhängigkeit davon, ob die Geschwindigkeit v in einen anderen Bereich gelangt ist oder ob andere Gründe zum Abbruch der Beobachtung und zum Beginn einer neuen Beobachtung vorliegen. Ist dieses der Fall, wird bei 42 eine neue Initialisierung vorgenommen. Fährt das Fahrzeug jedoch noch im gleichen Geschwindigkeitsbereich, so werden im folgenden Programmteil 48 die Größen DEL, DELL und DELR jeweils um δα_M, L bzw. R erhöht. Ferner wird die Größe LAE bei 49 inkrementiert.

Danach erfolgt eine Verzweigung 50 in Abhängigkeit davon, ob LAE größer als TEI ist. Ist dieses (noch) nicht der Fall, werden die Programmschritte 43 bis 49 wiederholt. Hat jedoch LAE TEI überschritten, so ist die Bearbeitung eines Beobachtungsfensters abgeschlossen. LAE wird dann bei 51 auf LAE - TEI gesetzt. Die als Größen DEL, DELL und DELR gesammelten Werte werden den Beobachtungsfenstern F, FL und FR, die jeweils durch ZAE definiert sind, zugeordnet (Programmteil 52). Im Programmteil 53 werden jeweils die Summen aus den vier Beobachtungsfenstern gebildet. Im Anschluß daran werden bei 54 die folgenden Beobachtungsfenster (ZAE+1) auf 0 gesetzt. Danach wird bei 55 ZAE inkrementiert, wobei auf einen Wert 4 der Wert 0 folgt.

Bei 56 wird das Programm in Abhängigkeit davon verzweigt, ob SUM kleiner als ein vorgegebener Schwellwert SUM1 ist. Dadurch wird nach der Bearbeitung eines jeden Beobachtungsfensters festgestellt, ob eine Geradeausfahrt vorliegt. Ist SUM nicht kleiner als SUM1, wird das folgende Beobachtungsfenster wie beschrieben bearbeitet. Ist jedoch SUM kleiner als SUM1, wird im Programmteil 57 aus den Größen SUML und SUMR die Durchmesserdifferenz δU und daraus die Impulszahl IZ berechnet. Bei 58 wird die Impulszahl IZ mit der im Speicher befindlichen Impulszahl IZ gemittelt und das Ergebnis als Korrekturwert abgespeichert. Dieser steht dann laufend zur Korrektur zur Verfügung, wobei nach Erreichen der Impulszahl IZ von Radimpulsen des kleineren Rades ein Impuls subtrahiert wird.

Bestimmung der Richtung der Kursänderung

Zur Vermeidung von Fehlern und um die richtigen Parameter zu adaptieren, ist es bei der Ortsbestimmung wichtig zu erkennen, ob und in welcher Richtung sich der Kurs ändert - mit anderen Worten, ob gerade Strecken, Links- oder Rechtskurven gefahren werden. Dazu ist eine ausreichend lange Beobachtungsstrecke erforderlich, um auch schwache Kurven auf Autobahnen zu erfassen. Durch die Aquidistanz (120-180 s) der Erfassung über den Geschwindigkeitsbereich (beispielsweise 0-300 km/h) wird hierzu als Kriterium eine Vektorzahl benutzt. Um eine Auswertung unabhängig von der Zähnezahl des Radsensors zu erreichen, bestimmt sie sich für die Beobachtungsstrecke als:

ZAE = Konstante/UPu,

wobei die Konstante beispielsweise mit 20×96 gewählt wird und UPu die Zahl der Impulse pro Radumdrehung ist.

Während der Beobachtungsstrecke werden die Differenzen zwischen den bereits korrigierten Radimpulsen LC und RC gesammelt. Ergibt sich dabei eine Summe von größer als 1, also beispielsweise 2, entspricht das Vorzeichen der Summe der Differenzen der Richtung. Dadurch werden zwar schwächere Kurven eindeutig erkannt. Es wird jedoch die Erkennung verzögert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine neu eingeschlagene Richtung dadurch schneller erkannt, daß die neu hinzugekommenen Impulsdifferenzen nach Betrag und Vorzeichen untersucht werden.

Entsprechen sie der bereits auf der Beobachtungsstrecke vorhandenen Richtung oder sind sie 0, werden sie verwertet. Weisen sie jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen und einen Betrag gleich 1 auf, werden sie einmal berücksichtigt, da es sich hier auch um die vorerwähnte Impulskorrektur handeln kann. Treten jedoch zum zweiten Mal Differenzen mit entgegengesetzten Vorzeichen und dem Betrag gleich 1 auf, werden die bisherigen Werte für die Beobachtungsstrecke gelöscht und eine neue Beobachtungsstrecke begonnen. Bei Differenzen mit dem "falschen" Vorzeichen und einem Betrag von größer als 1, werden schon beim ersten Auftreten die bisherigen Werte gelöscht und eine neue Beobachtung begonnen.

Korrektur der ermittelten Kursänderungen

Bewegt sich ein Fahrzeug auf einem Kreisbogen, so ist die Kursänderung δα proportional der Winkelgeschwindigkeit omega, mit der sich das Fahrzeug um den Mittelpunkt bewegt (Fig. 7). Die Winkelgeschwindigkeit ergibt sich zu: omega = v/r, wobei v die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und r der Kurvenradius ist. Wird die Winkelgeschwindigkeit - wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits kurz beschrieben - aus den Differenzen der Impulse L und R berechnet, gilt folgender Zusammenhang: omega = k×δI/δt. In der Konstanten k ist unter anderem die Achsbreite enthalten.

Die wirksame Achsbreite ist jedoch nicht konstant, sondern vom Lenkeinschlag, von der Geschwindigkeit und anderen Faktoren abhängig. Die aus den Differenzen der Impulse berechneten Winkelgeschwindigkeiten bzw. Kursänderungen werden daher mit Faktoren multipliziert, die für mehrere Geschwindigkeitsbereiche, Kursänderungsbereiche und für beide Kursänderungsrichtungen nach einem adaptiven Verfahren ermittelt, gespeichert und angewendet werden. Dieses Verfahren wird im folgenden anhand des in Fig. 8 dargestellten Flußdiagramms näher erläutert.

Nach einem allerersten Start bei 61 erfolgt eine Initialisierung bei 62. Danach werden im Programmteil 63 die Größen δα_M und δα_C beobachtet. Die Beobachtung erfolgt in ähnlicher Weise wie die Beobachtung zum Zwecke der Feststellung der Geradeausfahrt und zum Zwecke der Umfangskorrektur der Räder. Einzelheiten der Beobachtung 63 sind daher in Fig. 8 nicht dargestellt. Wegen der großeren Differenzen zwischen den Impulsen RC und LC beim Kurvenfahren kann die Beobachtungsstrecke kürzer gewählt werden als bei der Beobachtung der Geradeausfahrt und der Beobachtung der Änderungsrichtung. Nach der folgenden Verzweigung 64 wird die Beobachtung solange fortgesetzt, bis das Beobachtungsfenster voll ist.

Danach wird durch Vergleich mit gespeicherten Grenzwerten bei 65 festgestellt, in welchem Bereich sich δα_C befindet. Danach wird bei 66 entschieden, ob dieser Bereich noch der gleiche wie bei dem vorangegangenen Beobachtungsfenster ist. Ist dieses nicht der Fall, muß die Beobachtung abgebrochen und das Beobachtungsprogramm bei 62 neu initialisiert werden. Ist jedoch die Kursänderung bzw. der Kurvenradius noch im gleichen Bereich, wird im Anschluß bei 67 geprüft, ob die Geschwindigkeit noch im vorangegangenen Bereich ist. Trifft dieses nicht zu, wird ebenfalls eine neue Beobachtung begonnen. Anderenfalls wird bei 68 geprüft, ob kein Sensorfehler vorliegt. Dieses kann beispielsweise durch Auswertung des Gütesignals der Magnetsonde 8 (Fig. 1) oder durch Plausibilitätsprüfung der Radimpulse erfolgen.

Liegt kein Sensorfehler vor, wird bei 69 festgestellt, ob die Beobachtungsstrecke vollständig ist. Ist dieses nicht der Fall, wird die Beobachtung bei 63 fortgesetzt. Ist jedoch die Beobachtungsstrecke komplett, erfolgt eine Verzweigung 70 in Abhängigkeit davon, ob δα_M größer, gleich oder kleiner als δα_C ist. Ist δα_M größer als δα_C, so wird bei 71 der Korrekturwert C für den jeweils festgestellten Bereich (B_v, B_{δ α}) um einen vorgegebenen Wert δC erhöht. Sind die beiden Werte für die Kursänderung gleich, bleibt C unverändert. Anderenfalls wird der Korrekturwert C bei 72 vermindert. Bei 73 wird C abgespeichert.

Im Sinne einer möglichst genauen Korrektur müßte sowohl für die Geschwindigkeit v als auch für die Kursänderung δα eine Unterteilung in viele kleine Bereiche vorgenommen werden. Dann ergeben sich jedoch relativ selten für die Korrektur innerhalb eines jeden dieser Bereiche geeignete Fahrsituationen. Außerdem steigt der Rechenaufwand. Es ist daher für den jeweiligen Anwendungsfall ein Kompromiß zwischen der Genauigkeut der Korrektur (Anzahl der Bereiche) und einer ausreichend häufigen Korrektur zu wählen. Bei einer realisierten erfindungsgemäßen Anordnung wurden 10 Geschwindigkeitsbereiche und jeweils für beide Änderungsrichtungen vier Kursänderungsbereiche gewählt. Dabei wurde eine nichtlineare Unterteilung der Bereiche für die Kursänderung δα vorgenommen, da Fahrsituationen mit großen Kursänderungswerten seltener vorkommen und diese Bereiche sonst sehr langsam gelernt werden. Als Grenzen kommen beispielsweise 1/8, 3/8 und 5/8 des dynamischen Grenzwertes in Frage, der so normiert ist, daß er als Ganzzahl zu rechnen ist.

Die zur Koppelortung schließlich verwendeten Kursänderungswerte werden nach folgender Formel berechnet: δα_C=δα×C(B_v, B_{δ α}) . Da eine Ermittlung von Korrekturfaktoren C in Grenzbereichen beim Kurvenfahren keinen Sinn hat, erfolgt die Beobachtung und damit die Adaption der Korrekturfaktoren C deutlich unterhalb des Grenzwertes δα_max der Kursänderung δα. Dieser Grenzwert als Funktion der Geschwindigkeit ist in Fig. 9 dargestellt. Der gerade Teil gilt für eine Fahrt mit dem kleinsten möglichen Kurvenradius (Wendekreis). Bei höheren Geschwindigkeiten ist die maximale Kursänderung δα_max umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit. Die in Fig. 9 dargestellte Kurve zeigt lediglich eine absolute obere Grenze δα_max für auswertbare Werte von δα auf.

Da die Mehrzahl der Fahrer so gut wie nie in die oberen Grenzbereiche gelangen, wird im Rahmen einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der zur Beobachtung und Adaption dienende Gesamtbereich der Kursänderung auf einen dynamischen Grenzwert bezogen, der laufend adaptiert wird und normalerweise unterhalb von δα_max liegt. Dieses geschieht derart, daß der dynamische Grenzwert auf z. B. 50 % des rechnerisch möglichen Wertes für z. B. eine Querbeschleunigung von 4 m/sec² initiiert wird und bei einer Überschreitung geringfügig erhöht wird. Dabei erfolgt eine Erhöhung nur um einen kleinen Betrag. Ferner werden plötzliche Überschreitungen von beispielsweise mehr als 25% nicht mehr für gültig angesehen, da es sich um z. B. ABS-Bremsungen handeln könnte.

Bei der Einteilung der Geschwindigkeitsbereiche kann für jeden Bereich ein maximaler Ausdruck für einen der Kursänderung proportionalen Ausdruck angegeben werden. Dieser Wert wird zur Initialisierung in eine Tabelle der dynamischen Werte eingesetzt. Dadurch ist gleich zu Beginn ein sinnvolles Lernen möglich, denn jedes Erhöhen des Normierungswertes bedingt ein Umlernen der Faktoren. Um die Fahrdynamik zu berücksichtigen, wird das doppelte dieses Wertes in die Tabelle für die Grenzwerte eingesetzt. Er stellt einen Anschlag dar, der niemals überschritten werden darf.

Fig. 10 stellt eine Tabelle der Korrekturfaktoren für die Kursänderungen dar, welche bei den Lernvorgängen jeweils aktualisiert und zur Koppelortung laufend benutzt wird. Außer den Korrekturfaktoren C(B_v, B_{δ α}) für zehn Geschwindigkeitsbereiche B_v = 0 bis 9 und acht Kursänderungsbereiche B_{δ α} 1 bis 4 und -1 bis -4 sind in der Tabelle absolute und dynamische Grenzwerte δα _max, δα_maxdyn für die Kursänderung eingetragen. Eine derartige Tabelle ist in einem dem Mikrocomputer 21 (Fig. 2) zugeordneten nichtflüchtigen Speicher abgelegt und wird wie beschrieben beim Betrieb des Fahrzeugs aktualisiert.

Claims (17)

1. Verfahren zur Bestimmung des Standortes eines Landfahrzeugs, wobei die Fahrtstrecke und Kursänderungen aus Radimpulsen abgeleitet werden, welche von Sensoren bei der Drehung der Räder einer Fahrzeugachse um jeweils einen vorgegebenen Winkel erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Radimpulsen abgeleiteten Kursänderungen mit Vergleichs-Kursänderungen verglichen werden, die unabhängig von Radimpulsen gewonnen werden, und daß aus dem Ergebnis des Vergleichs Korrekturwerte abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs-Kursänderungen mit Hilfe einer magnetischen Sonde (Kompaß) ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kursänderungen und die Vergleichs-Kursänderungen über eine vom Fahrzeug zurückgelegte Beobachtungsstrecke beobachtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsstrecke bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten länger als bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Beobachtungsstrecke stufenweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist und daß in einem Bereich von etwa 40 bis 70 km/h die Länge der Beobachtungsstrecke konstant ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsstrecke in eine vorgegebene Anzahl von Beobachtungsfenstern unterteilt ist und daß jeweils in einem Beobachtungsfenster Änderungen der während des Durchfahrens des Beobachtungsfensters erfaßten Kursparameter aufsummiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer für einen bestimmten Zweck (Erkennung einer Geradeausfahrt, Erkennung des Vorzeichens einer Kursänderung, Auswertung von Kurvenfahrten) begonnenen Beobachtungsstrecke die Beobachtung abgebrochen und eine neue Beobachtungsstrecke begonnen wird, wenn während oder nach der Aufsummierung innerhalb eines Beobachtungsfensters erkennbar ist, daß der Zweck nicht erreichbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs-Kursänderungen auf Plausibilität geprüft werden, und daß bei als gestört erkannten Vergleichs-Kursänderungen eine neue Beobachtungsstrecke beginnt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vergleichs-Kursänderungen innerhalb einer Beobachtungsstrecke, die klein gegenüber einem vorgegebenen Wert sind, aus der Differenz der Anzahl der Radimpulse beider Räder ein Korrekturwert abgeleitet wird und daß der Korrekturwert gespeichert und zur Korrektur der Anzahl der Radimpulse mindestens eines der Räder verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der erkannten Abweichung zwischen der Kursänderung aus den unkorrigierten Radwinkeln und einem Vergleichswert eines unabhängigen Sensors, vorzugsweise einer magnetischen Sonde, ein Radumfang passend verändert wird und daraus als Korrekturwert eine Impulszahl berechnet wird, die besagt, nach wie vielen Radimpulsen des kleineren Rades ein Impuls abgezogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte für verschiedene Fahrzustände, die jeweils durch einen Geschwindigkeitsbereich, einen Kursänderungsbereich und gegebenenfalls die Kursänderungsrichtung bestimmt sind, je ein Korrekturwert ermittelt und gespeichert wird und daß die Korrekturwerte als Korrekturfaktoren für die bei dem jeweiligen Fahrzustand abgeleiteten Kursänderungen verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kursänderungen innerhalb einer Beobachtungsstrecke, die größer als ein vorgegebener Mindestwert sind, die Differenz zwischen den Kursänderungen und den Vergleichs-Kursänderungen gebildet wird, daß gespeicherte Korrekturfaktoren vergrößert werden, wenn die Kursänderungen kleiner als die Vergleichs-Kursänderungen sind, daß die Korrekturfaktoren verkleinert werden, wenn die Kursänderungen größer als die Vergleichs-Kursänderungen sind, daß die somit veränderten Korrekturfaktoren für verschiedene Fahrzustände, die jeweils durch einen Geschwindigkeitsbereich und einen Kursänderungsbereich bestimmt sind, gespeichert werden und daß die abgeleitete Kursänderung bei dem jeweiligen Fahrzustand mit dem veränderten gespeicherten Korrekturfaktor bewertet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfaktoren für beide Vorzeichen der Kursänderungen getrennt abgeleitet und gespeichert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Grenzen der Kursänderungsbereiche als Bruchteile eines dynamischen Maximalwertes für die Kursänderung festgelegt werden, wobei der dynamische Maximalwert durch einen Lernvorgang an die beim Betrieb des jeweiligen Fahrzeugs auftretende maximale Kursänderung adaptiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der Korrekturfaktoren nur bei Kursänderungen stattfindet, die mindestens um einen Sicherheitsabstand unterhalb der durch die Seitenführungskräfte der Räder gegebenen maximalen Kursänderung liegen.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Richtung einer Kursänderung von Radimpulsen, die dadurch korrigiert sind, daß nach einer Anzahl von Radimpulsen die Anzahl der Radimpulse um 1 erhöht oder erniedrigt wird, ein Richtungssignal abgeleitet wird, wenn die Anzahl der Impulse eines der Räder die Anzahl der Impulse des anderen Rades nach einer Beobachtungsstrecke um mindestens zwei überschreitet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Differenzen zwischen den Radimpulsen, welche der bisher innerhalb einer Beobachtungsstrecke festgestellten Richtung entsprechen, aufsummiert werden, daß Differenzen mit entgegengesetztem Vorzeichen und einem Betrag von einem Impuls bei einmaligem Auftreten aufsummiert werden und daß bei einem zweiten Auftreten von Differenzen mit entgegengesetztem Vorzeichen und einem Betrag von einem Impuls oder bei Differenzen von größer als einem Impuls, die aufsummierten Differenzen gelöscht werden und eine neue Beobachtungsstrecke begonnen wird.