DE68926723T2

DE68926723T2 - Fahrzeugnavigationseinrichtung

Info

Publication number: DE68926723T2
Application number: DE68926723T
Authority: DE
Inventors: Masaki Kakihara; Masao Sasaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2009-04-28
Also published as: US5109344A; DE68926723D1; EP0339639A3; EP0339639A2; EP0339639B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugnavigationsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus Philips Technical Review Band 43, Nrn. 11/12 Dezember 1987, Seiten 317 bis 329, Eindhoven (M.L.G. Thoone) bekannt.
Ein weiteres Navigationssystem und ein Verfahren für Kraftfahrzeuge ist in DE 36 08 658 A1 beschrieben. Dieses Navigationssystem erfaßt, ob ein Fahrzeug einen Wiederaufnahmepunkt erreicht hat, der innerhalb einer Wiederaufnahmezone ist, wodurch die Ausdehnung der Wiederaufnahmezone dieses Punktes von dem Abstand zwischen den letzten beiden Wiederaufnahmepunkten abhängt.
In JP-A-58 206 912 (Matsushita Denki Sangyo K.K.), 02-12-1983, ist ein Weg zur Darstellung des Fahrortes bzw. der momentanen Position in einer Anzeige zusammen mit einer Karte beschrieben, wobei der Fahrort mittels Sensoren verarbeitet ist.
Kürzlich begann die Entwicklung eines Typs von Fahrzeugnavigationssystemen die auf Gissung bzw. Koppelnavigation basieren. Diese Art von Fahrzeugnavigationssystem schätzt die momentane Fahrzeugposition aus der Kompaßrichtung in die das Fahrzeug fährt, die man von einem Azimuthsensor erhält, der den Erdmagnetismus verwendet, und aus der gefahrenen Entfernung ab einem Referenzpunkt, die man von einem Distanzsensor erhält, und die geschätzte, momentane Position und Kartendaten der Umgebung sind auf einem Schirm einer Anzeigevorrichtung dargestellt. Da dieses Koppelnavigationssystem die momentane Position des Fahrzeugs relativ zu einem Bezugspunkt auf der Basis der vom Azimuthsensor erhaltenen Richtung und der vom Distanzsensor erhaltenen gefahrenen Distanz schätzt, akkumulieren sich die Meßfehler der gefahrenen Distanz und der Richtung, wenn sich das Fahrzeug vom Bezugspunkt weg bewegt, was die Genauigkeit vermindert, mit der die momentane Position bestimmt werden kann.
Zur Elimination der Fehler dieses Koppelnavigationssystems wurde eine sogenannte "Kartenabgleichnavigation" entwickelt. Ein Beispiel einer Kartenabgleichnavigation ist in dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer 61-209316 offenbart, wobei die Anordnung derart gestaltet ist, daß, wenn das Fahrzeug einen Punkt passiert, an dem die Straße ein spezifisches Merkmal wie eine Kreuzung hat, die momentane Position des Fahrzeugs, die vorher mittels Kopplung bzw. Gissung geschätzt wurde, auf die Position dieses charakteristischen Punktes korrigiert wird. Falls die Anzahl der gesetzten, charakteristischen Punkte, an denen beim Passieren des Fahrzeugs ein Kartenabgleich erfolgt, derart groß ist, daß dies sicherstellt, daß das Fahrzeug den nächsten charakteristischen Punkt erreicht bevor der akkumulierte Fehler aufgrund der Gissung unverhältnismäßig groß wird, so kann der Kartenabgleich an den charakteristischen Punkten korrekt erfolgen. Es ist daher möglich zu sagen, daß die Kartenabgleichnavigation frei von den Nachteilen der herkömmlichen Koppel- bzw. Gissungsnavigation ist.
Bei dieser bekannten Kartenabgleichnavigation erfolgt eine Beurteilung zur Bestimmung, welcher der mehreren der charakteristischen Punkte von dem Fahrzeug derart passiert wird, daß der momentanen Position, die durch Gissung erhalten wurde, räumlich nächst gelegene charakteristische Punkt einfach als der Ort angesehen wird, den das Fahrzeug gerade passiert.
Beim Abgleich einer Straße auf der Karte mit der geschätzten, mit einem bestimmten Meßfehler behafteten, momentanen Position des Fahrzeugs besteht die Möglichkeit, daß es bei der richtigen Anpassung der Fahrzeugposition mit der Straße, auf der das Fahrzeug momentan fährt, zu einem Fehler kommt. Um diese Fehlermöglichkeit zu verstehen, wird der folgende Fall angenommen. Falls es mehrere Straßen gibt, die sich relativ nahe zueinander erstrecken, und falls das Fahrzeug an einer dieser Straßen entlang fährt, dann ist es möglich, daß zwei oder mehr Kreuzungen gleichzeitig in räumlicher Nähe zum Fahrzeug erscheinen. In diesem Fall ist es schwierig, einen korrekten Abgleich herzustellen und die momentane Position des Fahrzeugs könnte mit einer Straße abgeglichen werden, die nicht diejenige ist, auf der das Fahrzeug gerade fährt. Wenn die momentane Position des Fahrzeugs einmal mit einer falschen Straße abgeglichen wurde, dann ist es unmöglich nachfolgende Abgleichvorgänge korrekt auszuführen.
Insbesondere in Stadtgebieten kreuzen sich viele Straßen an eng benachbarten Orten. Erfolgt die Kartenabgleichnavigation in einer derartigen Umgebung, dann ist die Fehlerwahrscheinlichkeit beim exakten Abgleich hoch. Üblicherweise wurde ein Mittel zur Erfassung des Passierens und Entlangfahrens einer Ecke nicht verwendet und die Genauigkeit der Kartenabgleichnavigation war beim Fahren in Stadtgebieten daher unangemessen.
Es ist ebenfalls ein Verfahren zum Kartenabgleich bekannt, bei dem alle Straßen vorher gespeichert und die Fahrzeugposition aus der Gissung bzw. Kopplung ständig mit entsprechenden Punkten auf den gespeicherten Straßen abgeglichen werden. Es gibt jedoch Straßen, die aus verschiedenen Gründen nicht in der Karteninformation repräsentiert sind. Beispielsweise ist im Falle einer neu gebauten Straße oder im Falle einer kleinen Straße mit wenig Verkehr die Wahrscheinlichkeit hoch, daß die Information bezüglich dieser Straße fehlt. Kartenabgleich bei der Fahrt auf einer Straße, die auf der Karte nicht eingezeichnet ist führt notwendigerweise zu einem Fehler beim Abgleich der Position mit der aktuellen Straße.
Ein Azimuthsensor ist zur Erfassung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs unentbehrlich für die Gissung bzw. Koppelnavigation und der Betrieb des Azimuthsensors beinhaltet einen Fehleranteil. Beispielsweise enthält der Meßdatenausgang des Sensors aufgrund von Magnetisierung einen Fehler, wenn der Azimuthsensor ein Erdmagnetismussensor ist. Wird ein solcher Fehler nicht berücksichtigt, dann ist der akkumulierte Fehler hoch, was zu eine Verminderung der Genauigkeit im Kartenabgleich führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Zielknoten aus mehreren zuweisbaren Knoten unter Berücksichtigung der Richtung, in die das Fahrzeug fährt und der Richtung von der Fahrzeugposition zu jedem zuweisbaren Knoten ausgewählt wird, wodurch die Genauigkeit bei der Auswahl des Zielknotens verbessert ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugnavigationssystem zur Führung eines fahrenden Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, wobei die momentane Position des Fahrzeugs, die mittels Gissung bzw. Kopplung erhalten wurde, mit einem entsprechenden Punkt, der auf einer Straße einer vorher gespeicherten Karte erscheint, abgeglichen wird, wobei das System in der Lage ist, einen Abgleich mit verbesserter Zuverlässigkeit und ohne jede Fehlerwahrscheinlichkeit beim Abgleich der momentanen Position mit der entsprechenden Position auf der Karte durchzuführen.
Es ist weiter eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, in dem bei der Auswahl eines Zielknotens von mehreren zuweisbaren Zielknoten unter Berücksichtigung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung von der Fahrzeugposition zu jedem zuweisbaren Knoten, die zuweisbaren Knoten auf diejenigen Knoten beschränkt sind, die mit dem Knoten am Startpunkt verbunden sind, wodurch die Effizienz der Auswahl der Zielknoten verbessert ist.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, in dem ein Zielknoten von mehreren zuweisbaren Knoten unter Berücksichtigung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung von der Fahrzeugposition zu jedem zuweisbaren Knoten, ausgewählt ist, und in dem es möglich ist, den gewählten Zielknoten als den aktuellen Zielknoten zu bestätigen.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, in dem ein Zielknoten von mehreren zuweisbaren Knoten unter Berücksichtigung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Richtung von der Fahrzeugposition zu jedem zuweisbaren Knoten ausgewählt ist, und in dem der Zielknoten mittels Reduzierung der mehreren zuweisbaren Knoten durch ein Eliminationsverfahren ausgewählt ist, wodurch die Effizienz der Auswahl des Zielknotens verbessert ist.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist auf der Basis gespeicherter Daten der Positionen von vorher auf Straßen gesetzten Knoten und von Daten der Verbindungen zwischen den Knoten festzustellen, daß das Fahrzeug auf einer Straße fährt die nicht gespeichert ist.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist auf der Basis des Abstands zwischen der Fahrzeugposition und einer gespeicherten Straße festzustellen, daß das Fahrzeug auf einer Straße fährt, die nicht gespeichert ist.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, in dem ein Schwellwert bestimmt ist, mit dem der Abstand zwischen der Fahrzeugposition und einer gespeicherten Straße zur Feststellung der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße verglichen wird, wobei der Schwellwert im wesentlichen proportional zur gefahrenen Distanz ansteigt, wodurch Fehler bei der Feststellung, ob die Fahrt entlang einer gespeicherten Straße führt, infolge von zwangsläufigen Fehlern bei der Gissung, vermieden sind.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, durch Erfassung der Zeit, bei der die Anzahl der zuweisbaren Knoten während der Reduktion der zuweisbaren Knoten auf der Basis des Eliminationsverfahrens Null wird, festzustellen, ob die Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße führt.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist festzustellen, daß das Fahrzeug nach der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße die Fahrt entlang einer gespeicherten Straße beginnt.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, in dem die Effizienz, mit der ein Knoten auf einer gespeicherten Straße, während eines Verfahrens zur Feststellung, daß das Fahrzeug nach der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße die Fahrt entlang der gespeicherten Straße beginnt, ausgewählt wird, verbessert ist.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, einen Kartenabgleich während der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße zu verhindern.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Passieren einer Ecke zu erfassen.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Passieren einer Ecke vom Fahren entlang einer Kurve zu unterscheiden.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, in dem die Genauigkeit der Ausführung des Kartenabgleichs durch Kalibrierung bezüglich einer Meßabweichung eines Azimuthsensors verbessert ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figen. 1A und 1B sind Diagramme der Beziehung zwischen Knoten und Straßen und Verbindungen zwischen den Knoten;
Fig. 2A ist ein schematisches Diagramm einer Knotensuchsteuerung während der Fahrt auf einer gespeicherten Straße;
Fig. 2B ist ein Diagramm einer Charakteristik einer Wichtungsfunktion W, die zur Knotensuche während der Fahrt auf einer gespeicherten Straße verwendet wird;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm des Betriebs einer Knoteneinschränkungssteuerung während der Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße;
Figen. 4A und 5 sind Diagramme eines Prinzips zur Erfassung einer Ecke;
Fig. 4B ist ein Diagramm eines Prinzips zur Erfassung einer Kurve mit starker Krümmung;
Fig. 6 ist ein Diagramm der Kalibrierung in dem Fall, daß ein Erdmagnetismussensor magnetisiert ist;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Navigationssystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 ist ein Diagramm eines Zustands der Speicherung von Flags und so weiter in einem RAM, die zur Navigationssteuerung gemäß der Ausführungsform verwendet werden;
Figen. 9A und 9B sind Flußdiagramme einer Hauptroutine des Steuerungsverfahrens gemäß der Ausführungsform;
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm einer Unterroutine betreffend eine Knotensuchsteuerung während der Fahrt auf einer gespeicherten Straße;
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm der Prozedur der Knotensuchsteuerung während der Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße;
Figen. 12A und 12B sind Flußdiagramme betreffend eine Eckenerfassungssteuerung;
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm betreffend eine Kartenabgleichsteuerung;
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm der Prozedur zur Kalibrierung des Erdmagnetismussensors;
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm des Steuerungsbetriebs bei der Fahrt von einer gespeicherten Straße zu einer nicht gespeicherten Straße;
Fig. 16 ist ein Diagramm eines anderen Verfahrens zur Feststellung der Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße; und
Fig. 17 ist ein Diagramm einer Charakteristik eines Schwellwertes K, der in dem in Fig. 16 gezeigten Verfahren Anwendung findet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend ein Navigationssystem detailliert beschrieben, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Navigationssystem weist eine CRT-Vorrichtung (Kathodenstrahlröhre) auf, zur Anzeige von Karteninformationen, die auf einer CD-ROM (Kompaktdisk Read Only Memory) gespeichert sind, zusammen mit der Fahrzeugposition.

Knoten

In dieser Ausführungsform ist ein Punkt auf einer Karte, mit dem die durch Gissung geschätzte Position abgeglichen (identifiziert) wird, d. h. das Objekt des Abgleichs, durch Knoten symbolisiert. Eine Vielzahl von auf Straßen gesetzten Knoten, wobei die Straßen auf einer Karte repräsentiert sind, sind als Karteninformation zusammen mit Daten von Verbindungen zwischen den Knoten in einer Karteninformationsspeichereinrichtung (13 in Fig. 7) gespeichert, wobei die Karteninformationsspeichereinrichtung später beschrieben wird. Diese Knoten beinhalten Knoten, die sowohl an vorbestimmten Intervallen auf einer geraden Straße, wie auch an Kreuzungen und Ecken angeordnet sind. Dieses Intervall ist derart, daß selbst wenn ein Distanzsensor und ein Azimuthsensor (wird später beschrieben) zum Kartenabgleich auf der Basis einer Gissung. bzw. Koppelnavigation verwendet werden, die eine übliche Genauigkeit haben, die akkumulierten Fehler auf ein derart kleines Ausmaß beschränkt sind, daß sichergestellt ist, daß eine geschätzte Position als der entsprechende Abgleichpunkt auf der Karte identifiziert wird. In dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer 61-209316 ist keine Symbolisierung durch Knoten offenbart. In dem dort offenbarten Verfahren werden als Objekte zum Abgleich nur charakteristische Punkte wie Kreuzungen und ähnliches verwendet und in dem Fall, daß der Abstand zwischen den charakteristischen Punkten groß ist, tritt mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein unwirksamer Zustand der Kartenabgleichnavigation aufgrund der Akkumulation von Fehlern aus dem Gissungsverfahren, wie oben beschrieben, auf.
Fig. 1A und 1B zeigen die Beziehung zwischen Straßen und auf diesen Straßen gesetzten Knoten. Durchgezogene Linien, die die Knoten verbinden, repräsentieren die Straßen, die in der Speichereinrichtung als Knotenpositionsinformation zusammen mit Informationen der Verbindungen zwischen den Knoten gespeichert sind. Diese Straßen werden im folgenden als "gespeicherte Straßen" bezeichnet. Eine gestrichelte Linie in Fig. 1A repräsentiert eine Straße die nicht gespeichert ist uns die im folgenden als "nicht gespeicherte Straße" bezeichnet wird. Das Beispiel eines Straßennetzes wie in Fig. 1A dargestellt hat ein Gittermuster und Knoten N&sub0; bis N&sub8; sind an Kreuzungen dieses Straßennetzes gesetzt.
Daten von Verbindungen zwischen diesen Knoten sind in der Karteninformation-Speichereinrichtung zusammen mit Koordinaten der Positionen dieser Knoten gespeichert. Bezüglich Knoten N&sub0; sind die Verbindungen zwischen den Knoten als Streckenabschnitte dargestellt, die Knoten N&sub0; mit benachbarten Knoten direkt verbinden (d. h. in einem Schritt). In Fig. 1B sind zur Erleichterung der Erklärung die Verbindungen zwischen den Knoten in anderer Weise bezüglich dem Knoten N&sub0; dargestellt.
Wie später beschrieben wird, sind in der Ausführungsform des Navigationssystems zwei Betriebsmodi gesetzt: ein Modus für das Fahren entlang einer gespeicherten Straße (nachfolgend als "Modus bei Fahrt auf gespeicherter Straße" bezeichnet) und ein Modus für die Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße (nachfolgend als "Modus bei Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße" bezeichnet). Während der Fahrt entlang einer Straße, beispielsweise der Straße zwischen Knoten N&sub0; und N&sub7;, die in der Speichereinrichtung als Karteninformation gespeichert sind, erfolgt der Betrieb im Modus bei Fahrt auf gespeicherter Straße. Der Modus bei Fahrt auf nicht gespeicherter Straße ist selektiert, wenn das Fahrzeug entlang einer Straße fährt, die nicht in der Speichereinrichtung gespeichert ist. Im Straßensystem wie in Fig. 1A dargestellt, ist angenommen, daß eine Straße derart gebaut ist, daß sie, nachdem die Karteninformation in der Speichereinrichtung gespeichert wurde, Knoten N&sub0; und N&sub8; direkt verbindet und daß keine Informationen über diese Straße in der Speichereinrichtung gespeichert sind. (Wie später beschrieben, wird ein Read-Only-Speicher (ROM) als Speichereinrichtung verwendet, und es ist tatsächlich für einen Fahrer unmöglich, Informationen auf eine derartige Straße zu schreiben.) Statt dessen ist die Straße, die Knoten N&sub0; und N&sub8; miteinander verbindet, als schmale Straße angenommen, auf der nur wenig Verkehr herrscht und die zur Reduzierung des Gesamtspeicherbedarfs nicht als Straßeninformation gespeichert ist. Es ist möglich, daß das Fahrzeug eine derartige Straße befährt.

Funktionen des Navigationssystems

Funktionen (a bis f) der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des Navigationssystems werden nachfolgend kurz beschrieben.
(a) Knotensuchfunktion:
Diese Suchfunktion wird zur Bestimmung eines Zielknotens mittels Suchens eines Knotenbaumes, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1B beschrieben (zuweisbare Knoten), verwendet, wobei die Knoten als logischerweise von dem Fahrzeug erreichbar betrachtet werden, und einige von den zuweisbaren Knoten, die aufgrund der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der gefahrenen Entfernung unmöglich als Zielknoten in Frage kommen, werden eliminiert.
(b) Funktion zum Erkennen der Fahrt auf nicht gespeicherter Straße:
Diese Funktion wird zur Erkennung der Fahrt des Fahrzeugs von einer gespeicherten Straße auf eine nicht gespeicherte Straße verwendet.
(c) Funktion zum Erfassen der Fahrt um eine Ecke:
Diese Funktion wird zur Erkennung der Erfassung einer vom Fahrzeug passierten Ecke verwendet, während Verwechslung einer Kurve mit einer Ecke vermieden ist.
(d) Funktion zur Kalibrierung des Erdmagnetismusfehlers:
Diese Funktion wird zur Korrektur eines Fehler aufgrund der Magnetisierung des Erdmagnetismussensors verwendet.
(e) Funktion zum Hemmen des Kartenabgleichs während der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße:
Ein herkömmliches Kartenabgleichverfahren, bei dem die momentane Position, die aus der Gissung erhalten wurde, jedesmal mit einer gespeicherten Straße abgeglichen wird, wenn das Fahrzeug eine bestimmte Entfernung zurückgelegt hat, und die ohne Symbolisierung von Knoten erfolgte, wurde für eine Kartenabgleichnavigation übernommen. In diesem Verfahren wird die momentane Position immer mit falschen Straßen abgeglichen, so lange das Fahrzeug entlang nicht gespeicherter Straßen fährt. Zur Lösung dieses Problems ist Kartenabgleich auf der Grundlage der Erkennung der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße solange gehemmt, bis das Fahrzeug eine gespeicherte Straße befährt.
(f) Funktion zum Erkennen der Rückkehr von einer nicht gespeicherten Straße auf eine gespeicherte Straße:
Diese Funktion ist die Umkehrung der Funktion (b). Die Fahrt von einer nicht gespeicherten Straße auf eine gespeicherte Straße wird dadurch erkannt, daß man einen Knoten erreicht. Zur positiven Identifikation des erreichten Knotens, werden bezüglich der Knotensuche während der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße zuweisbare Knoten unter bestimmten Bedingungen (wird später beschrieben) ausgewählt, was später beschrieben wird.

Darstellung des Knotensuchens während der Fahrt auf einer gespeicherten Straße

Die oben beschriebenen zwei Modi "Modus bei Fahrt auf gespeicherter Straße" und "Modus bei Fahrt auf nicht gespeicherter Straße" sind durch das Flag FON dargestellt. FON = 1 bedeutet, daß der Modus bei Fahrt auf gespeicherter Straße gewählt ist. FON = 0 bedeutet, daß der Modus bei Fahrt auf nicht gespeicherter Straße gewählt ist.
Fig. 2A ist ein Diagramm des Betriebs der Ausführungsform des Navigationssystems im Modus bei Fahrt auf gespeicherte Straße (FON = 1). In Fig. 2 ist der Fall einer Fahrt von Knoten N&sub0; zum Knoten N&sub7; veranschaulicht.
Fünf Straßen N&sub0;-N&sub3;, N&sub0;-N&sub1;, N&sub0;-N&sub8;, N&sub0;-N&sub7; und N&sub0;-N&sub5; erstrecken sich ausgehend von N&sub0;. Knotensuche wird derart ausgeführt, daß auf der Grundlage der Daten Px(x,y) der momentanen Position und Daten Dp der Fahrtrichtung, die aus Gissung gewonnen werden, ein Knoten gefunden wird, zu dem das Fahrzeug gerade fährt, d. h. es wird ein Zielknoten aus Knoten aufgefunden, die als für das Fahrzeug logisch erreichbar angesehen werden (nachfolgend als "zuweisbare Knoten" bezeichnet). In diesem Fall wird Knoten N&sub7; aus den Knoten N&sub3;, N&sub1;, N&sub8;, N&sub7; und N&sub5; gefunden. Zur Knotensuche wird die Wahrscheinlichkeit für jeden Knoten, daß er der Zielknoten ist, auf der Grundlage eines vorbestimmten Bewertungsschlüssels berechnet und zuweisbare Knoten, die aufgrund des Ergebnisses der Berechnung bestimmte Bedingungen nicht erfüllen, werden aus der Gruppe der zuweisbaren Knoten für die nächste Operation eliminiert. Eine Funktion θNi zur Berechnung zuweisbarer Knoten Ni ist folgendermaßen ausgedrückt:
wobei W ein Wichtungsfunktion, beispielsweise eine Funktion von θi darstellt, wie die in Fig. 2B gezeigte; θi die Peilung bzw. der Kurs von der momentanen Position zum zuweisbaren Knoten ist; und LD die zurückgelegte Entfernung von dem in der vorangegangenen Operation erkannten Knoten zur momentanen Position ist.
Diese Knotensuche wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben, in der zur einfacheren Erklärung nur Knoten N&sub8; und N&sub7; als zuweisbare Knoten dargestellt sind. Zuerst werden die Peilungen zu den zuweisbaren Knoten N&sub8; und N&sub7; berechnet. Die Wichtung W wird auf der Grundlage der in Fig. 2B gezeigten Charakteristik für jeden Knoten aus der Peilung berechnet und die Entfernung LD vom Startknoten N&sub0; zur momentanen Position Px(x,y) wird berechnet. Danach erfolgt die Berechnung der Bewertungsfunktionen θN7 und θN8. Da die momentane Position Px(x,y), die aus Gissung erhalten wurde, auf oder nahe der Straßen zwischen Knoten N&sub0; und N&sub7; liegen muß, kann die Peilung bzw. die Winkeldifferenz der Peilung zwischen der momentanen Position und dem Zielknoten als klein betrachtet werden. Dies folgt daraus, daß das Fahrzeug entlang einer Straße zum Zielknoten fährt und das durch Berechnung erhaltene θi daher notwendigerweise klein sein muß. Der Wert der Bewertungsfunktion θNi wird größer, wenn θi steigt, was aus der Charakteristik von W in Fig. 2B ersichtlich ist, weil W im Zähler dieser Funktion größer wird, wenn sich die Peilung bzw. der Peilungswinkel erhöht. Einer der zuweisbaren Knoten mit einem großen Wert der Bewertungsfunktion θNi wird aus der Gruppe zuweisbarer Knoten eliminiert. In dem in Fig. 2A gezeigten Beispiel wird Knoten N&sub8; eliminiert.
Diese Operation des Knotensuchens wird jedesmal wiederholt, wenn das Fahrzeug eine bestimmte Entfernung zurückgelegt hat, wodurch aufeinanderfolgend zuweisbare Knoten, die nicht Zielknoten sind, eliminiert werden. In dem in Fig. 2B gezeigten Beispiel, bleibt Knoten N&sub7; notwendigerweise als ein zuweisbarer Knoten alleine übrig, wenn das Fahrzeug gerade den Knoten N&sub7; erreicht. Zu diesem Zeitpunkt kann die durch Gissung erhaltene Position Px(x,y) als sehr nahe zu den Koordinaten des Knotens N&sub7; betrachtet werden. An diesem Punkt erfolgt ein Kartenabgleich. D.h. die momentane Position wird als die Koordinatenposition des Knotens N&sub7; identifiziert (gesetzt).
Dies ist eine Darstellung des Knotensuchens im Modus bei Fahrt auf einer gespeicherten Straße und ist der Inhalt der oben erwähnten Funktion (a).

Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße

Fig. 3 ist ein Diagramm der Darstellung einer Knotensuche im Modus bei Fahrt auf einer gespeicherten Straße. Fig. 3 zeigt den Fall der Fahrt des Fahrzeugs von Knoten N&sub5; zum Knoten N&sub7; auf der in Fig. 1A gezeigten Karte entlang einer nicht gespeicherten Straße (durch gestrichelte Linie dargestellt), d. h. entlang einer Straße die nicht in der Speichereinrichtung gespeichert ist, obwohl sie zwischen Knoten N&sub5; und N&sub7; existiert.
Wenn das oben im Zusammenhang mit Fig. 2A beschriebene Knotensuchverfahren in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel angewendet wird, dann werden aus der Speichereinrichtung Knoten N&sub4;, N&sub0; und N&sub6; als zuweisbare Knoten gefunden, die nach dem Start von Knoten N&sub5; erreicht werden können, aber Knoten N&sub8; ist in der Gruppe der zuweisbaren Knoten nicht enthalten. Knoten N&sub4;, N&sub0; und N&sub6; werden dann durch das oben beschriebene Knotensuchverfahren eliminiert, wobei in dem Verfahren zuweisbare Knoten mit einem hohen Wert der Bewertungsfunktion 1 von der Gruppe zuweisbarer Knoten eliminiert werden. Die Anzahl der zuweisbaren Knoten verschwindet dann, bzw. wird Null. In dieser Ausführungsform wird erkannt, daß das System vom Modus bei Fahrt auf einer gespeicherten Straße in den Modus bei Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße wechseln muß, wenn die Anzahl der zuweisbaren Knoten bei Null angelangt ist. In dieser Ausführungsform erfolgt keine weiter Knotensuche, die oben im Zusammenhang mit Fig. 2A beschrieben wurde, nachdem das System in den Modus bei Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße gewechselt hat. Statt dessen wird dem Fahrer über die CRT- Einrichtung die momentane, durch Gissung erhaltenen Position angezeigt. Zu dieser Zeit kann die auf dem Schirm der CRT- Einrichtung angezeigte Fahrzeugposition außerhalb der Straßen der Karte liegen.
Da jede nicht gespeicherte Straße mit einer gespeicherten Straße verbunden ist, nähert sich das Fahrzeug irgendwann einem gespeicherten Knoten. Die Entfernung der Position aus der Gissung und dem sich nähernden Knoten kann, abhängig von der Genauigkeit der Gissung bzw. Koppelnavigation, nahe Null angenommen werden. Die Fahrzeugposition wird als Position entsprechend der Koordinatenposition dieses Knotens identifiziert. Im Beispiel von Fig. 3 erfolgt ein Kartenabgleich, wenn der Knoten N&sub7; erreicht wird.
In Fig. 3 ist ebenfalls ein Verfahren für die Fahrt entlang der nicht gespeicherten Straße vom Knoten N&sub5; zum Knoten N&sub7; über Punkte P&sub0;, P&sub1; und P&sub2;, die mittels Gissung erhalten wurden, gezeigt. Es ist angenommen, daß die Fahrt des Fahrzeugs auf einer nicht gespeicherten Straße zum erstenmal erkannt wird, wenn das Fahrzeug den Punkt P&sub0; erreicht. Die in Fig. 3 gezeigten Kreise r&sub1; und r&sub2; definieren den Bereich der Knotensuche. Während die oben beschriebene Knotensuche bei der Fahrt auf einer gespeicherten Straße in erster Linie dazu dient, die Genauigkeit zu verbessern, mit der das Erreichen des Zielknotens bestimmt wird, dient die Knotensuche bei der Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße dazu, die Effizienz der Bestimmung des Knotens, dem sich das Fahrzeug nähert, zu verbessern. Dies ist deshalb notwendig, weil es dem Navigationssystem während der Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße nicht möglich ist, zu schätzen, welcher Knoten erreicht werden wird. Logischerweise können alle Knoten, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, erreicht werden. Beim Erkennen des Übergangs von einer nicht gespeicherten Straße auf eine gespeicherte Straße, auf der Grundlage, daß ein Knoten auf der Straße im Speicher erreicht wird, ist es immer notwendig, die Entfernung zwischen der Fahrzeugposition und allen Knoten zu berechnen. Zur Erkennung, daß ein Knoten erreicht ist, ist es notwendig zu wissen, daß die Entfernung zwischen dem Knoten und der Fahrzeugposition gegen Null geht. Dies erfordert viel Zeit für die Berechnung und eine Echtzeit-Verarbeitung für die Navigation ist geopfert bzw. dies geht auf Kosten der Echtzeit- Verarbeitung. Um dieses Problem zu verhindern wird ein Suchbereich gesetzt, wie dies durch jeden Kreis in Fig. 3 dargestellt ist, und es wird nur die Entfernung bezüglich Knoten innerhalb eines solchen Bereiches berechnet. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel gibt es beim Erreichen von Punkt P&sub1; (innerhalb des Kreises mit dem Radius r&sub1;) keinen Knoten innerhalb eines Bereichs, der von dem Suchbereich definiert ist, und es wird bezüglich diese Punktes keine Entfernung berechnet. Beim Erreichen von Punkt P&sub2; (innerhalb des Kreises mit einem Radius r&sub2;) befindet sich nur Knoten N&sub7; innerhalb eines Bereiches, der durch den Suchbereich definiert ist. Zu dieser Zeit wird alleine die Entfernung zwischen dem Punkt P&sub2; und Knoten N&sub7; berechnet. Somit sind zur Erhöhung der Rechengeschwindigkeit zuweisbare Knoten eliminiert.
In dieser Ausführungsform ist der Bereich der Knotensuche während der Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße von einem Kreis definiert, dessen Mittelpunkt auf dem aktuellen Punkt Px(x,y) liegt und der einen Radius r hat, der durch folgende Gleichung bestimmt ist:
r = LDX · β (2)
wobei LDX die zurückgelegte Entfernung von einem Punkt ist, an dem das Abweichen von einer gespeicherten Straße erkannt wurde (Punkt P&sub0; in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel), und β eine Konstante ist (beispielsweise 0,2). Entsprechend Gleichung 2 ist der Suchbereich größer, wenn die zurückgelegte Entfernung LDX steigt.
Entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren, ist der Faktor LDX, der den Suchbereich bestimmt, von einem Punkt aus gemessen, an dem das Abweichen von einer gespeicherten Straße erkannt wurde. Er kann jedoch von der Entfernung von dem Knoten, der zuletzt passiert wurde, ersetzt sein (d. h. Knoten N&sub5; in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel).

Darstellung der Eckenerfassung

Fig. 4A und 4B sind Diagramme des Betriebs gemäß dieser Ausführungsform zum Erfassen einer Ecke. Wie oben erwähnt, ist zur Navigation bei der Fahrt in Stadtgebieten eine Eckenerfassung erforderlich. Das Prinzip der Eckenerfassung gemäß dieser Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Eine Peilung bzw. ein Kurs (Φ&sub1; in Fig. 4A) wird während der Fahrt auf einer geraden Strecke (1s in Fig. 4A) vor einer Ecke aufrechterhalten, wenn das Fahrzeug in die Ecke eintritt. Während der Fahrt entlang einer gekrümmten Wegstrecke (1c in Fig. 4A) erfolgt eine Beurteilung, ob das Fahrzeug immer noch entlang der gekrümmten Linie fährt oder mit der Fahrt entlang einer geraden Linie beginnt. Nachdem erkannt wurde, daß das Fahrzeug damit begonnen hat, entlang einer geraden Linie (1s' in Fig. 4A) zu fahren, wird die Beendigung des Durchfahrens der Ecke aus der Bedingung bestimmt, daß der Absolutwert ΔΦ der Differenz zwischen dem gespeicherten Wert Φ&sub1; und einer Peilung (Φ&sub2; in Fig. 4A) auf dem Abschnitt 1s' der geraden Linie der Straße nach der Ecke:
ΔΦ = Φ&sub1; - Φ&sub2; (3)
größer ist als ein vorbestimmter Wert. An diesem Punkt erfolgt ein Abgleich der momentanen Position mit dem Knoten Nc, der an der Ecke gesetzt ist.
Es wird beurteilt, ob das Fahrzeug entlang einer geradlinigen Straße oder einer gekrümmten Straße fährt, was nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 5 erklärt wird. Unter der Annahme, daß jedesmal, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke δ (z. B. δ = 0,4 m) zurückgelegt hat, eine gegebene Peilung bzw. ein gegebener Kurs Dpi ist, wird der laufende Durchschnitt Dpi der Daten dieser Peilung berechnet. Dieser Durchschnitt dient dazu, einen Meßfehler von dem Azimuthsensor (z. B. einem Erdmagnetismussensor 11 wie in Fig. 7 dargestellt) zu beseitigen. In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel wird der laufende Durchschnitt von vier Gruppen von Datenpunkten berechnet und mehrere laufende Durchschnitte werden für jede Einheitssektion 1c berechnet. Wenn k laufende Durchschnitte von einer Sektion 1c erhalten wurden, dann berechnet sich der Absolutwert der Durchschnittsabweichungen von k laufenden Durchschnitten Dpc nach folgender Gleichung:
Absolutwert der Abweichungen
Diese Durchschnittsabweichung ist näherungsweise gleich Null, wenn die entsprechende Sektion eine geradlinige Straße ist oder sie hat einen von Null verschiedenen Wert, wenn die Sektion eine gekrümmte Straße ist. Der Wert der Gleichung 4 wird mit einem vorbestimmten Schwellwert α verglichen. Ist er größer als α, dann wird die Sektion als gekrümmte Straße betrachtet; wenn er nicht größer als α ist, dann wird die Sektion als geradlinige Straße betrachtet.
Fig. 4B ist ein Diagramm des Prinzips der Steuerung zur Verhinderung der Verwechslung von einer stark gekrümmten Kurve mit einer Ecke. Diese Operation ist aus folgendem Grund notwendig. Da sich eine große Biegung aus einer Anzahl kleiner Kurven zusammensetzt, werden eine gewisse Anzahl der Kurven als Ecken erkannt, wenn Kartenabgleich und Eckenerfassung, wie in Fig. 4A dargestellt, direkt angewendet wird. In einem solchen Fall besteht ein Bedarf, Knoten an unverhältnismäßig vielen Punkten zu setzen.
Bezüglich einer großen Kurve ist die Gesamtlänge eines als gekrümmt betrachteten Abschnitts der Kurve notwendigerweise als groß zu berücksichtigen. Das bedeutet, daß die gekrümmte Sektion, wie in Fig. 4B dargestellt, eine Anzahl von Einheitssektionen 1c hat, die auf der Grundlage der Gleichung 4 als Kurven erkannt werden. In Konsequenz, erfolgt die Bestimmung, ob die Sektion eine Kurve oder eine Ecke ist, auf der Grundlage der Anzahl der Sektionen 1c, die als Kurven bestimmt sind.

Kalibrierung des Erdmagnetismussensors

In dieser Ausführungsform wird ein Erdmagnetismussensor (11 in Fig. 7) zur Erfassung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs verwendet. Im allgemeinen haben Erdmagnetismussensoren die Eigenschaft, daß sie von Störungen magnetisiert werden. Fig. 6 zeigt einen Fall, in dem bei magnetisierten Erdmagnetismussensor ein Fehler in der Peilung erfaßt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6, wird ein Lissajouskreis C&sub1; durch Plotten mit Peilungsvektordaten gebildet, wobei man die Peilungsvektordaten erhält, wenn sich der Erdmagnetismussensor in einem normalen Zustand befindet (d. h., wenn er nicht magnetisiert ist), während ein Lissajouskreis C&sub2; auf der Grundlage von Daten gebildet ist, die man erhält, wenn der Sensor in einem magnetisierten Zustand ist. Der Kreis C&sub1; ist vom Kreis C&sub2; versetzt. Wenn der Mittelpunkt des Lissajouskreises c&sub1; (Kreuzungspunkt der x- und y-Achsen) O ist; und ein Knoten, der an einem Punkt A gesetzt ist und letztlich von einem Fahrzeug erreicht wird, NA ist, und wenn das Fahrzeug vom Punkt A in Richtung eines Zielpunktes B fährt (Ankunftsknoten B), der sich östlich vom Punkt A befindet, dann ist der Bewegungsort des Fahrzeugs, der vom Magnetismussensor erfaßt ist, als Vektor AC ausgedrückt, der mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. D.h., wenn eine Position C der Position des Zielpunktes entspricht, der von der Gissung erhalten wurde, dann koinzidiert der Punkt C mit der Kreuzung der beiden Lissajouskreise, und ein Vektor BC entspricht dem Fehler, wobei der Vektor BC die Koordinatenpositionen des Punktes B, an dem der Knoten NB angeordnet ist, und die Koordinatenposition des Punktes C, der aus der Gissung erhalten wurde, verbindet. Wenn der Mittelpunkt des Lissajouskreises C&sub2; O' ist, dann repräsentiert ein Vektor P = 00' den Versatz. Unter der Annahme, daß der Grad des Einflusses der Magnetisierung auf die Sensorgenauigkeit klein ist, kann der Versatz P folgendermaßen erhalten werden.
BC = AC - AB (5)
ist als einfache geometrische Berechnung anerkannt. Dann,
BC
Der Versatz P bezüglich des Punktes A wird berechnet, wenn das Fahrzeug den Punkt B erreicht, da man annehmen kann, daß eine Änderung im Versatz während der Fortbewegung von einem Knoten zum nächsten klein ist, und diesen Wert von P kann man als den Versatz am Punkt B betrachten. Vor dem Start von Punkt B korrigiert man den Referenzpunkt für die Gissung (Referenzpunkt des Erdmagnetismussensors) um einen dem Versatz P entsprechenden Betrag.
Auf diese Weise erfolgt die Kalibrierung des Erdmagnetismussensors. Diese Kalibrierung kann jedesmal erfolgen, wenn das Fahrzeug einen Knoten erreicht, oder kann auf der Grundlage der Auswahl des Fahrers erfolgen, wodurch eine Verbesserung der Genauigkeit der Fahrtrichtungsbestimmung des Fahrzeugs, also eine Verbesserung der Navigationsgenauigkeit auf der Grundlage von Gissung bzw. Koppelnavigation, wie auch eine Verbesserung der Genauigkeit des Kartenabgleichs erzielt ist.

Anordnung des Navigationssystems

Fig. 7 zeigt ein Diagramm des Fahrzeugnavigationssystems gemäß dieser Ausführungsform. Das mit 10 bezeichnete Navigationssystem, weist folgendes auf: einen Erdmagnetismussensor 11 zur Erfassung der Richtung, in die das Fahrzeug gelenkt wird; einen Abstandssensor 12, der jedesmal, wenn das Rad eine Umdrehung macht, ein Impulssignal ausgibt; eine Karteninformation-Speichereinrichtung 13, in der Karteninformationen über Straßen, Gebäude usw. gespeichert sind, die für die Fahrtführung wichtig sind; eine Anzeigeeinrichtung 14, bestehend aus einer CRT oder ähnlichem, zur Anzeige einer Straßenkarte, die als Karteninformation in der Karteninformations-Speichereinrichtung 13 gespeichert ist, und eine Steuerschaltung 15. Die Steuerschaltung 15 hat eine Arithmetikschaltung 16, eine Speicherschaltung 17, die mit der Arithmetikschaltung 16 verbunden ist, und eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 18. Der Erdmagnetismussensor 11, der Abstandssensor 12, die Karteninformations-Speichereinrichtung 13 und die Anzeigeeinrichtung 14 sind über die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle mit der Arithmetikschaltung 16 verbunden. Die Arithmetikschaltung 16 beinhaltet einen Mikrocomputer oder ähnliches. Der Erdmagnetismussensor 11 führt der Arithmetikschaltung 16 ein Signal DM zu, das die Fahrtrichtung des Fahrzeugs darstellt, und der Abstandssensor 12 führt der Arithmetikschaltung 16 ein Signal REV zu, das der Umdrehung des Rades entspricht, wodurch man die vom Fahrzeug zurückgelegte Entfernung LD erhält. Die Arithmetikschaltung 16 berechnet die geschätzte Position Px des Fahrzeugs aus der Richtung DM und der zurückgelegten Entfernung LD, und die Berechnungsergebnisse werden zeitweise in der Speicherschaltung 17 gespeichert. Die Steuerschaltung 16 gleicht durch Zugriff auf die Karte, die in der Karteninformations-Speichereinrichtung 13 gespeichert ist, die geschätzte Position des Fahrzeugs mit einer geeigneten Position auf dem Kartenabschnitt ab, der der Umgebung der geschätzten Fahrzeugposition entspricht, so daß dieser Punkt als die momentane Fahrzeugposition betrachtet ist, und zeigt diese auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung 14 an. Die Karteninformations-Speichereinrichtung 13 kann aus einer CD-ROM und einem CD-Laufwerk zum Abspielen der CD-ROM bestehen.

Steuerverfahren

Fig. 8 zeigt eine Speicherzustand in einem RAM bezüglich Flags, zwischengeordneten Daten bzw. Datenpunkten und ähnlichem, die gemäß einem Programm zur Steuerung des Systems verwendet werden. Diese Daten werden nachfolgend kurz beschrieben.
Die aus der Gissung erhaltene zurückgelegte Entfernung ist als d gespeichert. Die auf der Grundlage des Erdmagnetismus von dem Sensor 11 gemessenen magnetischen Kurswinkel sind als DM1 bis Dmi in der Reihenfolge der Lesezeit gespeichert. Der laufende Durchschnitt der magnetischen Kurswinkel ist als Dp gespeichert und die während der Fahrt des Fahrzeugs nacheinander berechneten Werte der magnetischen Durchschnittskurse Dp sind als Gruppe DP0, DP1, . . . Dpi, . . . DPn gespeichert. In dieser Ausführungsform wird der Durchschnitt Dp berechnet, nachdem DM 32- mal gemessen wurde.
Px(x,y) stellt die durch Berechnung auf der Grundlage der Gissung geschätzte Fahrzeugposition und PD stellt eine angezeigte Position dar, an der auf der Anzeigeeinrichtung 14 die Fahrzeugposition dargestellt ist. PC stellt eine Position dar, an der eine vom Fahrzeug passierte Ecke als eine Ecke erkannt wird. POUT stellt eine Position dar, an der eine Abweichung von einer gespeicherten Straße erkannt wird. NL ist eine Knotennummer, die einen Knoten bezeichnet, der zuletzt erreicht wurde.
FON stellt ein Flag zur Speicherung des Ergebnisses der Beurteilung dar, ob das Fahrzeug entlang einer gespeicherten Straße fährt (FON = 1) oder nicht (FON = 0). FC stellt ein Flag zur Speicherung der Erfassung des Passierens einer Ecke einer Straße dar. FD stellt ein Flag zur Speicherung der Erfassung der Bewegung in einer Eckensektion dar. FA stellt ein Flag dar, das zur Anzeige des Erreichens eines Knotens dient.
Ni, θi und LRi bilden eine Liste zuweisbarer Knoten, die bei der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße verwendet werden. Jeder dieser Faktoren ist mit einem Affix i indexiert. Ni stellt den Namen eines jeden Knotens dar, θi stellt die Peilung bzw. den Kurswinkel von jedem Knoten (NL), der zuletzt erreicht wurde zu dem zuweisbaren Knoten Ni dar und LRi stellt die verbleibende Entfernung zwischen der momentanen Position Px und dem i-ten zuweisbaren Knoten dar.
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm der gesamten Navigationssteuerung gemäß der Ausführungsform; Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms für ein Verfahren der Knotensuche, wenn sich das Fahrzeug auf einer gespeicherten Straße befindet (FON = 1); Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm für ein Verfahren zur Knotensuche, wenn das Fahrzeug entlang einer nicht gespeicherten Straße fährt; Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zur Eckenerfassungssteuerung; Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms für die Kartenabgleichsteuerung; und Fig. 14 ist ein Flußdiagramm eines Protokolls für die Prozedur zur Kalibrierung des Erdmagnetismussensors.
Das gesamte Navigationsverfahren wird zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. Das in Fig. 9 gezeigte Programm ist eine Interruptroutine, die jedesmal startet, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 den Impuls REV liefert.
In Schritt S2 erfolgt die Aktualisierung der vom Fahrzeug zurückgelegten Entfernung d. REV wird jedesmal erzeugt, wenn das Rad eine Umdrehung macht. In dieser Ausführungsform ist angenommen, daß das Fahrzeug bei einer Umdrehung des Rades eine Entfernung von 0,4 m zurücklegt. Daher,
d = d + 0,4 m (8)
In Schritt S4 wird der magnetische Kurswinkel DM vom Erdmagnetismussensor 11 abgelesen. In Schritt S6 wird beurteilt, ob die von Schritten S3 und S4 definierte Operation 32 wiederholt wurde. Bis zum 32sten Ablesen von DM erfolgt keine Suche für einen Zielknoten, während das Verfahren von Schritt S6 zur Hauptroutine zurückkehrt.
Nachdem 32 Datenpunkte des Kurswinkels aufgelaufen sind, fährt das Verfahren mit Schritt S8 zum Erhalten des laufenden Durchschnitts Dp von 32 Werten des Kurswinkel DMi fort. Diesen laufenden Durchschnitt erhält man aus
wie oben beschrieben. Für einen REV Interrupt legt das Fahrzeug 40 cm zurück. Nachdem der Interrupt 32-mal ausgeführt wurde, legt das Fahrzeug 12,8 m zurück. D.h., die Schritt S8 entsprechende Steueroperation und nachfolgende Schritte starten jedesmal, wenn das Fahrzeug 12,8 m zurückgelegt hat. Die Wiederholrate ist nicht auf 32 beschränkt und kann abhängig von der Radgröße verändert werden.
In Schritt S10, wird der in Schritt S8 erhaltene Wert Dp im numerischen Wertefeld Dpa gespeichert. Der Wert von Dp, der alle 12,8 m nach dem zuletzt erreichten Knotenpunkt berechnet wird, wird im numerischen Wertefeld Dpn gespeichert, bis das Fahrzeug den nächsten Knoten erreicht. Wieder zurückkommend auf Fig. 5 und unter der Annahme, daß der Wert Dp, der an dem letzten Knotenpunkt berechnet wurde, Dp&sub0; ist, steigt die Anzahl der Werte Dpn, wenn Dp&sub1;, Dp&sub2; usw. nacheinander hinzugefügt werden. Die Anzahl der momentan gespeicherten Werte ist von einem Zähler n gespeichert. In Schritt S12 wird der Zähler inkrementiert.
In Schritt S14 wird die momentane Position Px(x,y) mittels Gissung unter Verwendung der sektional zurückgelegten Entfernung d und dem durchschnittlichen Kurswinkel Dp berechnet. In Schritt S16 wird die von dem zuletzt erreichten Knoten NL bis Px zurückgelegte Entfernung LD berechnet.
In Schritt S20 wird von Flag FON geprüft, ob das Fahrzeug entlang einer gespeicherten Straße fährt oder nicht. Alle Flags einschließlich Flag FON werden beim Einschalten der Zündung auf Null initialisiert.
Wenn FON gleich "1" ist, dann startet in Schritt S22 die Knotensuche bei Fahrt auf einer gespeicherten Straße, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2A erklärt. Fig. 10 zeigt Details der Knotensuche während der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße. Wenn FON gleich "0" ist, dann startet die Knotensuche bei Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben. D.h., im Falle, daß das Fahrzeug von einer gespeicherten Straße abweicht, startet am Abweichungspunkt ein neu beginnendes Gissungsverfahren und eine Fahrzeugbewegung zu einer gespeicherten Straße. Fig. 11 zeigt Details der Steuerung für die Knotensuche während der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße.
Wenn in Schritt S22 oder S24 festgestellt wird, daß das Fahrzeug einen Zielknoten erreicht hat, dann wird die entsprechende Knotenposition gespeichert. Dann wird in Schritt S26 die Entfernung d zurückgesetzt, so daß das System erneut die zurückgelegte Entfernung d in Schritt S2 zählen kann.
In Schritt S28 wird eine Ecke erfaßt. Bei Erfassung einer Ecke und wenn an dieser Ecke ein Knoten gesetzt wurde, dann erfolgt von einer Eckenerfassungsroutine von Schritt S28 die Speicherung einer mit diesem Knoten verbundenen Eckenknotennummer als Eckenknoten NC. In Schritt S30 erfolgt Kartenabgleich auf der Grundlage des Flags FA, das anzeigt, ob das Fahrzeug einen Knoten erreicht hat oder nicht. Es erfolgt kein Kartenabgleich, wenn das Fahrzeug den Knoten nicht erreicht hat. In Schritt S32 erfolgt die Anzeige der mittels Gissung erhaltenen Position Px als die Fahrzeugposition, wenn der Knoten noch nicht erreicht wurde, oder es erfolgt die Anzeige der Position des Knotens als Fahrzeugposition, wenn der Knoten erreicht wurde. Ein Kartenabschnitt entsprechend der Umgebung der Fahrzeugposition wird gleichzeitig von der Anzeige dargestellt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 die Prozedur zur Knotensuche während der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße beschrieben. Zunächst wird in Schritt S40 festgestellt, ob das Flag FA gleich "1" oder "0" ist, wobei das Flag FA anzeigt, daß das Fahrzeug einen Knoten erreicht hat und daß das Fahrzeug vom Knoten startet. Wenn dieses Flag gleich "1" ist, dann hat das Fahrzeug gerade den Knoten erreicht und in Schritt S42 werden Knoten erfaßt, zu denen das Fahrzeug von dem zuletzt erreichten Knoten NL gemäß einem Knotenbaum, wie dem in Fig. 1B gezeigten, fahren kann. Die Anzahl der Knoten, die dabei erfaßt werden, ist als M gesetzt und diese Knoten werden als zuweisbare Knoten gespeichert. Unter der Annahme, daß in dem in Fig. 2A gezeigten Beispiel zuletzt Knoten N&sub0; erreicht wurde, werden fünf Knoten N&sub1;, N&sub3;, N&sub5;, N&sub7; und N&sub8; als erreichbare Knoten auf der Grundlage der Daten der Vielzahl der Knotenpositionen und Karteninformationen in der Speichereinrichtung 13 erfaßt.
In Schritt S44 wird das Flag FA auf 0 gesetzt. Dies erfolgt deshalb, weil das Fahrzeug von dem zuletzt erreichten Knoten NL startet. In Schritt S46 wird die Anzahl der zuweisbaren Knoten auf M = 0 überprüft. Die Beurteilung in Schritt S46 dient zur Festzustellung, ob das Fahrzeug entlang einer nicht gespeicherten Straße fährt oder nicht. Es ist nicht möglich, daß die im Schritt S42 gesuchte Anzahl der zuweisbaren Knoten gleich beim ersten Mal Null ist. Die Anzahl der zuweisbaren Knoten M reduziert sich (in Schritt S58) nach der oben im Zusammenhang mit Fig. 2A beschriebenen Knotensuche.
Wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, der zuletzt erreichte Knoten NL ist und wenn in Schritt S46 festgestellt wird, daß M = 0 ist, dann wird das Flag FON gleich "0" gesetzt. Dann wird in Schritt S66 die momentane Position Px, die in Schritt S14 berechnet wurde, als Punkt POUT beibehalten, an der die Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße erkannt wurde und das Verfahren kehrt zum Hauptprogramm zurück.
Gilt im Schritt S46 NEIN, dann wird eine Zähler i, der zuweisbare Knoten anzeigt, auf 0 gesetzt. In Schritt S50 erfolgt die Berechnung der Winkeldifferenz θi zwischen der Richtung zum zuweisbaren Knoten N&sub1; und dem Durchschnitt Dp der vom Erdmagnetismussensor 11 erfaßten Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Beispielsweise erhält man, wie in Fig. 2A dargestellt, die Winkeldifferenz θ&sub8; und θ&sub7; zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs Dp und Knoten N&sub8; und N&sub7;. Bezüglich der anderen Knoten N&sub1;, N&sub3; und N&sub5; erfolgt die Ausführung derselben Operation. In Schritt S52 gewichtet man die Winkeldifferenz θi zwischen der Fahrtrichtung Dp und der Richtung zum zuweisbaren Knoten Ni mit dem Gewicht W und teilt dies durch die vom Fahrzeug vom zuletzt erreichten Knoten zurückgelegte Entfernung LD, so daß die Berechnung des Wertes θNi der Bewertungsfunktion 1 erfolgt. Wie in Fig. 2B dargestellt, ist die Wichtungsfunktion W vorher bezüglich des Wertes der Winkeldifferenz θi derart gesetzt, daß sich der Wert von W im wesentlichen proportional zur Winkeldifferenz θi erhöht. Dies dient zur Elimination zuweisbarer Knoten Ni aus der Gruppe vom Fahrzeug erreichbarer, zuweisbarer Knoten mit großen Winkeln θi zur Fahrtrichtung Dp.
In Schritt S54 erfolgt eine Beurteilung, ob der Wert der Bewertungsfunktion θNi bezüglich des i-ten zuweisbaren Knotens gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert K ist. Falls JA gilt, so erfolgt im Schritt S56 Elimination des entsprechenden zuweisbaren Knotens Ni aus der Gruppe zuweisbarer Knoten die erreicht werden können und in Schritt S58 wird M = M - 1 gesetzt, wodurch eine Reduzierung der Anzahl der zuweisbaren Knoten M erfolgt. Im Schritt S60 erfolgt eine Wiederholung der in Schritten S18 bis S23 definierten Operation bezüglich aller übrigen zuweisbaren Knoten Ni
Falls in Schritt S54 NEIN gilt, so fährt das Verfahren direkt mit Schritt S60 fort, so daß der Knoten als zuweisbarer Knoten verbleibt, da es möglich ist, daß der Knoten dem Ziel entspricht, weil die Fahrtrichtung und die Richtung zum Knoten im wesentlichen miteinander koinzidieren.
In der Schleife von Schritt S78 zum Schritt S84 erfolgt die Berechnung der Entfernung zwischen der momentanen Position Px und dem Knoten Ni bezüglich zu allen übrigen zuweisbaren Knoten Ni die ausgehend von der geschätzten, momentanen Position Px des Fahrzeugs als erreichbar erkannt wurden. In Schritt S86 erfolgt eine Beurteilung, ob es irgendeinen zuweisbaren Knoten Ni gibt, zu dem die verbleibende Entfernung LRi im wesentlichen Null ist oder nicht.
Wenn man im Schritt S86 einen der Knoten Ni auffindet, dessen berechneter Wert LRi im wesentlichen gleich Null ist, dann wird festgestellt, daß das Fahrzeug den Zielknoten erreicht hat und in Schritt S90, daß der Knoten Ni neu zu einer Liste der vom Fahrzeug erreichten Knoten hinzugefügt wird, weil dieser Knoten als der Knoten des Zielpunktes anzusehen ist. Danach wird in Schritt S92 die Knotennummer des zuvor erreichten Knotens (als NL behalten) als NA gespeichert und die Knotennummer des nunmehr erreichten Knotens wird derart gespeichert, daß NL und NB aktualisiert sind. In Schritt S96 wird das Flag FA, das anzeigt, daß das Fahrzeug den Knoten erreicht hat, auf 1 gesetzt und das Verfahren kehrt zur Hauptroutine zurück. NA und NB werden zur Kalibrierung des Erdmagnetismussensors 11 verwendet, wenn dieser magnetisiert ist. (Vgl. das Flußdiagramm von Fig. 14.)
Somit erfolgt die Ausführung der Knotensuchsteuerung während der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße.
Wenn das Fahrzeug entlang einer nicht gespeicherten Straße fährt, so wird die Zahl zuweisbarer Knoten M nach einer gewissen Zeit, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, Null. Die Erkennung dieses Zustands erfolgt in Schritt S46 und das Flag FON wird in Schritt S66 gesetzt. In Schritt S66 wird die in Schritt S14 berechnete momentane Position als Punkt POUT zurückbehalten, an dem die Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße erkannt worden ist und das Verfahren kehrt zum Hauptprogramm zurück. Fig. 15 zeigt einen Teil des Verfahrens bis zum Zurücksetzen des Flags FON in einem Fall, bei dem die Anzahl zuweisbarer Knoten M am Start vom zuletzt erreichten Knoten NL 20 ist. Während der Prozedur von Schritt S46 zum Schritt S62 werden Knoten, die nicht als Zielknoten in Frage kommen, von der Gruppe zuweisbarer Knoten eliminiert und das Flag FON wird zurückgesetzt, nachdem sich die Anzahl zuweisbarer Knoten auf Null reduziert hat.
Ist einmal erkannt, daß das Fahrzeug entlang einer nicht gespeicherten Straße fährt, dann wird dies als Flag FON = 0 festgehalten. Dann erfolgt in der Hauptroutine von Fig. 9 die Ausführung einer Knotensuchroutine von Schritt S24 bei Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 das Steuerungsverfahren zur Knotensuche während der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße beschrieben.
Wie bereits oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, startet die Gissung bzw. Koppelnavigation erneut vom Punkt POUT aus, bei dem von einer gespeicherten Straße abgewichen wurde (wobei POUT in Schritt S64 in Fig. 10 gespeichert wurde). In Schritt S100 in Fig. 11 erfolgt die Berechnung der vom Fahrzeug vom Punkt Pout aus zurückgelegten Entfernung LDX. In Schritt S102 wird die zurückgelegte Entfernung LDX mit dem vorbestimmten Referenzwert β gemäß Gleichung 2 multipliziert, wodurch der Radius r (entsprechend zu r&sub1; oder r&sub2; wie in Fig. 3 gezeigt) gesetzt ist, der den Bereich der Knotensuche definiert. Dann erfolgt in Schritt S104 die Suche nach Knoten Ni innerhalb des vom Radius r definierten Bereiches auf der Grundlage der geschätzten Fahrzeugposition. In Schritt S106 erfolgt eine Beurteilung, ob irgendein Knoten innerhalb des Suchbereiches liegt oder nicht.
Falls in Schritt S106 NEIN gilt, dann fährt das Verfahren direkt mit der Hauptroutine fort. Dieser Zustand entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Fall, wo im Kreis mit dem Radius r&sub1; kein Knoten gefunden wird, wenn das Fahrzeug den Punkt P&sub1; erreicht. Wenn in Schritt S106 JA gilt, dann erfolgt eine Berechnung der Entfernung LRXi zwischen dem Knoten Ni innerhalb des Suchbereiches mit dem Radius r und der geschätzten Fahrzeugposition Px. In Schritt S110 erfolgt eine Beurteilung, ob LRXi gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert H ist oder nicht, wobei H ein konstanter Wert nahe Null ist. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel, wird der Knoten N&sub7; innerhalb des Kreises mit dem Radius r&sub2; gefunden, wenn sich das Fahrzeug dem Punkt P&sub2; nähert. Da zu dieser Zeit die verbleibende Entfernung LRX7 nicht nahe Null ist, erfolgt keine Feststellung dahingehend, daß das Fahrzeug am Knoten N&sub7; angekommen ist, wenn das Fahrzeug den Punkt P&sub2; erreicht. Wenn in Schritt S110 mehrere Knoten gefunden werden, deren verbleibende Entfernung LRX7 gleich oder kleiner als H ist, dann wird der dem Punkt nächstliegende Knoten als Zielknoten erkannt.
Es ist somit erkannt, daß das Fahrzeug nach der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße einen Knoten auf einer gespeicherten Straße erreicht hat. Zu dieser Zeit wird der Knoten Ni der Liste der erreichten Knoten hinzugefügt, während die Knotennummer des zuletzt erreichten Knotens NL aktualisiert und in Schritt S114 das Flag FA auf 1 gesetzt wird. In Schritt S116 wird zur Speicherung, daß die Fahrt entlang einer gespeichert Straße beginnt, das Flag FON auf 1 gesetzt.
Als nächstes wird nachfolgend die Prozedur zur Erfassung von Ecken auf der Grundlage der Flußdiagramme von Fig. 12A und 12B im Detail beschrieben, wobei die Eckenerfassungsverarbetung bereits oben im Zusammenhang mit Fig. 4A, 4B und 5 skizziert wurde.
Zuerst wird in Schritt S120 der durchschnittliche Kurswinkel Φ&sub1; aus den Signalen DM des Erdmagnetismussensors 11 entsprechend der vorbestimmten, vom Fahrzeug zurückgelegten Entfernung 1s berechnet:
Die für die Berechnung von Φ&sub1; notwendige Anzahl der Werte DM, hängt von dem Rauschanteil im Ausgang des Erdmagnetismussensors 11 ab.
In Schritt S124 erfolgt die Berechnung der Differenz Δ zwischen Φ&sub1; und dem magnetischen Kurssignal am momentanen Punkt (Schritt S4):
Δ = Φ&sub1; - DM (10)
In Schritt S126 erfolgt eine Beurteilung, ob Δ größer als ein vorbestimmter Wert &epsi; ist oder nicht. Wenn Δ > &epsi;, dann wird berücksichtigt, daß sich das Fahrzeug nach der Fahrt durch 1s gerade um Δ gedreht hat.
Wenn in Schritt S126 das Ergebnis des Vergleiches NEIN ist, beispielsweise wenn festgestellt wird, daß die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke 1s eine gerader Weg ist, dann wird in Schritt S172 das Flag FC auf 0 gesetzt und das Verfahren kehrt zur Hauptroutine zurück. Wenn in Schritt S126 JA gilt, beispielsweise wenn festgestellt wird, daß das Fahrzeug damit beginnt um eine Ecke zu fahren, dann fährt das Verfahren mit Schritt S128 fort.
In der Steuerungsprozedur von Schritt S128 bis Schritt S132 erfolgt eine Beurteilung, ob das Fahrzeug in eine geradlinige Straße 1s' eintritt oder nicht, nachdem es eine Ecke 1c passiert hat, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4A beschrieben. Die Schleife zwischen dem Schritt S160 und S168 entspricht der Steuerungsprozedur zur Verhinderung der Verwechslung einer langen Kurve bzw. starken Krümmung mit einer Ecke, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4B beschrieben.
In Schritt S128 wird auf die Beendigung der Fahrt über die Entfernung 1c, wie in Fig. 4A dargestellt, gewartet, wobei die Entfernung 1c als gleich oder größer als die Länge der Ekke betrachtet ist. Nachdem das Fahrzeug durch 1c gefahren ist, wird in Schritt S130 auf die Beendigung der Fahrt über die vorbestimmte Entfernung 1c' nach dem Abbiegen um die Ecke gewartet. Es ist angenommen, daß in Schritt S130, indem auf die vollständige Fahrt über die Entfernung 1c' gewartet wird, DM in dem in Fig. 8 gezeigten Speicher gespeichert wird, wobei DM jedesmal erhalten wird, wenn das Fahrzeug 0,4 m zurückgelegt hat.
In Schritt S132 erfolgt mit der Gleichung 4 die Berechnung des absolutwertes der Abweichung des Kurswinkel und dieser Wert wird mit einer vorbestimmten Konstante verglichen, wodurch eine Beurteilung erfolgt, ob die Sektion 1s' gerade ist oder nicht. Wenn in Schritt S132 JA gilt, dann entspricht 1s der Krümmung einer Kurve und der durchschnittliche Kurswinkel Φ&sub2; aus DM entsprechend der zurückgelegten Entfernung 1s' wird in Schritt S134 berechnet:
In Schritt S136 erfolgt mit der Gleichung 3 die Berechnung der Differenz ΔΦ zwischen dem durchschnittlichen Kurswinkel Φ&sub1; aus der Fahrt über die vorbestimmte Entfernung 1s vor dem Abbiegen um die Ecke und dem durchschnittlichen Kurswinkel Φ&sub2; aus der Fahrt über die vorbestimmte Entfernung 1s' nach dem Abbiegen um die Ecke. In Schritt S138 erfolgt eine Beurteilung, ob ΔΦ gleich oder größer als der vorbestimmte Wert α ist oder nicht.
Wenn in Schritt S138 ΔΦ > α ist, dann wird in Schritt S140 festgestellt, daß das Fahrzeug um eine Ecke abgebogen ist, wobei das Flag FC auf 1 gesetzt wird und das Verfahren kehrt zur Hauptroutine zurück. Wenn in Schritt S138 ΔΦ < α ist, dann wird das Flag in Schritt S146 auf 0 gesetzt und das Verfahren kehrt danach zur Hauptroutine zurück.
Als nächstes wird nachfolgend die Steuerung zur Verhinderung der Verwechslung von einer großen Kurve bzw. starken Biegung mit einer Ecke beschrieben. Da, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4B beschrieben, in einer starken Krümmung gekrümmte Wege 1c aufeinanderfolgend anzutreffen sind, ist das Ergebnis der Beurteilung in Schritt S132 in Fig. 12A NEIN und das Verfahren fährt mit der Schleife zwischen dem Schritt S160 und Schritt S168 fort. In Schritt S162 wird auf die Beendigung der Fahrt über die Sektion 1x gewartet. Die Entfernung 1x ist gleich der Entfernung 1c.
In dieser Ausführungsform wird eine starke Biegung erkannt, nachdem, wie in Fig. 4B gezeigt, das aufeinanderfolgende Auftreten der gekrümmten Strecke 1c jo-mal erfaßt wurde. D.h., nachdem ein Zähler j zum Zählen dieser Anzahl der Wiederholungen in Schritt S160 auf 0 gesetzt wurde, wird in Schritt S162 bestätigt, daß das Fahrzeug über eine vorbestimmte Entfernung 1x gefahren ist. Danach wird in Schritt S164 j auf i+1 gesetzt. In Schritt S166 erfolgt mit der Gleichung 4 die Berechnung der Abweichung des Kurswinkels innerhalb der Sektion 1x, wodurch beurteilt wird, ob die Sektion 1x gerade ist oder nicht. Wird festgestellt, daß die Sektion gekrümmt ist, dann kehrt das Verfahren zum Schritt S162 zurück und wiederholt danach die oben beschriebene Prozedur bezüglich der Sektion 1x.
Wenn in Schritt S166 festgestellt wird, daß die Sektion 1x gerade ist, bevor die Sektion 1x jo-mal als die gekrümmte Sektion 1c erkannt ist, dann wird festgestellt, daß das Fahrzeug nach dem Abbiegen um eine Ecke in eine gerade Strecke eingetreten ist. Dann erfolgt die Ausführung von Schritt S134 und anderen, dem Schritt S134 nachfolgenden Schritten.
Die Prozedur zur Steuerung der Eckenerfassung und die Prozedur zur Verhinderung der Verwechslung von einer starken Biegung mit einer Ecke ist somit zur Verfügung gestellt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 13 der Kartenabgleich in Schritt S30 detailliert beschrieben.
Das Knotenankunftsflag FA und das Eckenerfassungsflag FC arbeiten mit der Kartenabgleichsteuerung zusammen.

Wenn FA = 0 und FC = 0

Das Fahrzeug fährt entlang einer gespeicherten oder nicht gespeicherten Straße und passiert einen Punkt zwischen Knoten. Zu dieser Zeit wird die in Schritt S14 auf der Grundlage der Gissung bzw. Koppelnavigation berechnete Position Px(x,y) in Schritt S205 als die Position PD(x,y) gesetzt, die in der Anzeigeeinrichtung 14 angezeigt ist.

Wenn FA = 1

Das Fahrzeug erreicht einen Knoten während der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße (Schritt S96) oder das Fahrzeug hat nach der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße (Schritt S114) einen Knoten auf einer gespeicherten Straße erreicht. In diesem Fall wird in Schritt S202 die momentane Fahrzeugposition Px(x,y) auf die Koordinatenposition (gespeichert) des erreichten Knotens korrigiert. Dann wird in Schritt S203 die Position des erreichten Knotens als die Anzeigeposition PD gesetzt.
In Schritt S204 erfolgt das Kalibrierverfahren (Fig. 14) zur Korrektur der Referenzposition des Erdmagnetismussensors 11.

Wenn FC = 1

Zu diesem Zeitpunkt ist eine Ecke erfaßt. In Schritt S208 erfolgt eine Beurteilung, ob es irgendeinen Knoten innerhalb eines bestimmten Bereiches (z. B. einem kreisförmigen Bereich) um die Position PC(x,y) der in Schritt S142 erfaßten Ecke gibt oder nicht. Falls kein derartiger Knoten existiert, wird in Schritt S214 die in Schritt S14 auf der Grundlage der Gissung berechnete Position Px(x,y) als die in der Anzeigeeinrichtung 14 angezeigte Position PD(x,y) gesetzt.
Wie oben beschrieben, erfolgt die Navigationssteuerung in geeigneter Weise während der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße oder entlang einer nicht gespeicherten Straße zum Zeitpunkt des Erreichens eines Knotens oder während der Fahrt um eine Ecke.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 6 die in Schritt S204 durchgeführte Steuerung der Kalibrierung des Erdmagnetismussensors beschrieben.
In Schritt 300 erfolgt die Berechnung der Entfernung zwischen den in Fig. 6 dargestellten Punkten A und B. D.h., die Entfernung zwischen der durch Gissung berechneten Position Px und dem erreichten Knoten NB (gespeichert in Schritt S94). In Schritt S302 erfolgt die Berechnung der Entfernung zwischen den Punkten A und C, d. h. der Entfernung zwischen dem Knoten NA (gespeichert in Schritt S92) und dem Knoten NB. In Schritt S304 erfolgt mit der Gleichung 5 die Berechnung der Entfernung zwischen den Punkten BC. In Schritt S306 erfolgt mit Gleichung 6 die Berechnung des Vektors P. Dann wird in Schritt S308 der Vektor P auf x- und y-Komponenten des Erdmagnetismussensors 11 reduziert und daraus der Korrekturbetrag bezüglich dem Referenzpunkt O des Erdmagnetismussensors 11 als Datum berechnet. Die Offsetkorrektur des Referenzpunktes O des Erdmagnetismussensors 11 erfolgt auf der Grundlage des berechneten Korrekturbetrages.
Die Kalibrierungssteuerung stellt sicher, daß ein Fehleranteil aufgrund Magnetisierung des Erdmagnetismussensors 11 jedesmal korrigiert ist, wenn der Erdmagnetismussensor 11 einen Knoten passiert, wodurch die Genauigkeit der Messung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs verbessert ist. Ein nachfolgender Kartenabgleich kann daher korrekt erfolgen.

Wirkungsweisen der Ausführungsform

Die oben beschriebene Ausführungsform des Navigationssystems hat folgende Wirkungen A bis I.
A: Das System verwendet nicht nur Knoten an charakteristischen Punkten der Karte, sondern auch Knoten, die in erforderlichen Intervallen (nicht immer regelmäßig) auf Straßen angeordnet sind, wodurch die Ausführung eines Kartenabgleichs möglich ist, bevor der Fehler in der durch Gissung bzw. Koppelnavigation geschätzten Position merklich groß wird, d. h. Verhindern der Verwechslung der momentanen Position mit einem falschen Knoten beim Kartenabgleich. Weiterhin ist der Fehler durch Kartenabgleich eliminiert und eine erforderliche Genauigkeit von nachfolgender Gissung bzw. Koppelnavigation und nachfolgendem Kartenabgleich ist somit erhalten.
B: Gemäß der in Fig. 10 dargestellten Steuerungsprozedur, werden Knoten (zuweisbare Knoten), die als vom Fahrzeug erreichbar betrachtet werden, von einem Knotenbaum während des Betriebs bei Fahrt auf einer gespeicherten Straße gesucht und Knoten die nicht als Zielknoten in Frage kommen, werden von der Gruppe zuweisbarer Knoten eliminiert, wodurch die positive Identifizierung des Zielknotens möglich ist. D.h. trotz herkömmlicher Kartenabgleichnavigation werden zuweisbare Knoten auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der Richtung von dem momentanen Punkt Px(x,y) zu zuweisbaren Knoten Ni und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs eliminiert, wodurch die Elimination zuweisbarer Knoten möglich ist, während die Genauigkeit, mit der der Zielknoten identifiziert wird, erhalten bleibt. In diesem System ist der Kartenabgleich daher frei von Verwechslungen mit falschen Knoten.
C: Symbolisierte Knoten sind eingeführt und gemäß der in Fig. 11 dargestellten Steuerungsprozedur ist ein Kartenabgleich so lange verhindert, bis erkannt ist, daß das Fahrzeug einen Knoten auf einer gespeicherten Straße erreicht hat, wodurch der Abgleich mit einer falschen Straße insbesondere wenn das Fahrzeug entlang einer nicht gespeicherten Straße fährt, verhindert ist, was häufig ein Problem in herkömmlichen Kartenabgleichverfahren ist.
D: Die Steuerungsoperation in Schritt S46 in Fig. 10 und andere Schritte ermöglichen das Erkennen der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße, was in herkömmlichen Systemen nicht durchgeführt wurde.
E: Die in Fig. 12A und 12B dargestellte Steuerungsprozedur ermöglicht das Erfassen des Passierens von Ecken, was in herkömmlichen Systemen nicht durchgeführt wurde. Gleichzeitig ist eine Verwechslung mit starken Biegungen bzw. Kurven verhindert.
Wenn in der Umgebung einer Ecke ein Knoten angeordnet ist, dann ist die Genauigkeit der Erfassung der Ecke und damit die Genauigkeit des Kartenabgleichs verbessert.
F: Die in Fig. 14 dargestellte Steuerungsprozedur ermöglicht das Verhindern jeglicher Verminderung der Genauigkeit des Erdmagnetismussensors aufgrund von Magnetisierung und verbessert damit die Genauigkeit der Kartenabgleichnavigation.
G: Die in Fig. 11 gezeigte Steuerprozedur ermöglicht das Fahren von einer nicht gespeicherten Straße zu einer positiv erkannten Straße. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, alle Straßen in der Speichereinrichtung zu speichern, wodurch bei gleichbleibender Genauigkeit des Kartenabgleichs die erforderliche Speicherkapazität reduziert ist.
H: Zur Elimination von Knoten bei der Fahrt entlang einer gespeicherten Straße, erfolgt die Berechnung der Bewertungsfunktion θNi nach einer Wichtung, die in Abhängigkeit von der Richtungsdifferenz θ durchgeführt wurde, wodurch die Genauigkeit der Elimination verbessert ist.
I: Während Knoten (zuweisbare Knoten) gesucht werden, die bei der Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße erreicht werden können, erfolgt eine Erweiterung des Suchbereiches in Abhängigkeit von der zurückgelegten Entfernung auf der Basis der Gissung bzw. Koppelnavigation (Schritt S102), wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß der Zielknoten aus dem Suchbereich verschwindet, trotz unvermeidbarer Fehler der Gissung vermindert ist.

Beispiel einer Modifikation

Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise variiert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Fahrt von einer gespeicherten Straße zu einer nicht gespeicherten Straße erkannt, wenn die Anzahl zuweisbarer Knoten Null wird. In einem nachfolgend beschriebenen, in Fig. 16 gezeigten modifizierten Beispiel wird eine derartiger Wechsel in Abhängigkeit davon erkannt, ob die Entfernung R zwischen dem momentanen Punkt Px(x,y) aus der Gissung und der gespeicherten Straße einen vorbestimmten Wert K überschritten hat oder nicht. Wie in Fig. 1A dargestellt, erstreckt sich eine nicht gespeicherte Straße zwischen Knoten N&sub5; und N&sub7;. In dem in Fig. 16 gezeigten Beispiel startet das Fahrzeug vom Knoten N&sub5; aus und fährt entlang dieser nicht gespeicherten Straße. Wenn das Fahrzeug die Punkte P&sub1; und P&sub3; auf der nicht gespeicherten Straße passiert, dann ist R der Abstand zwischen jedem Punkt und der gespeicherten Straße zwischen den Knoten N&sub5; und N&sub6;.
R wird wie nachfolgend beschrieben berechnet. Es sei angenommen, daß die gespeicherte Straße zwischen den Knoten N&sub5; und N&sub6; im wesentlichen gerade ist. Von jedem Punkt P wird eine zu der gedachten geraden Linie rechtwinklige Gerade gezeichnet und der Abstand zwischen dem Punkt P und dem Kreuzungspunkt der rechtwinkligen Gerade mit der gedachten geraden Linie wird als R berechnet.
Der mit R zu vergleichende Koeffizient K ist derart bestimmt, daß er sich auf der Grundlage der vom letzten Abgleichknoten (Knoten N&sub5; in dem in Fig. 16 gezeigten Beispiel) zurückgelegten Entfernung LD ändert, wie dies in Fig. 17 dargestellt ist; K ist bis zu einer zurückgelegten Entfernung L&sub1; konstant, steigt nach der Fahrt über die Entfernung L&sub1; bis zur zurückgelegten Entfernung L&sub2; schrittweise an und wird nach der Fahrt über die Entfernung L&sub2; konstant. In diesem modifizierten Beispiel werden der so charakterisierte Wert K und R miteinander verglichen. Wenn
R > K
dann erfolgt die Feststellung, daß das Fahrzeug entlang einer nicht gespeicherten Straße fährt. Überschreitet die von dem letzten Abgleichknoten zurückgelegte Entfernung LD den Wert L&sub1;, dann wird der Wert K mit zunehmendem LD größer, wodurch die Einschränkung des Erkennens einer Fahrt entlang einer nicht gespeicherten Straße steigt. Dies erfolgt deshalb, weil es notwendig ist eine Verwechslung der Fahrt auf einer gespeicherten Straße mit einer Fahrt auf einer nicht gespeicherten Straße zu verhindern, da sich mit zunehmend zurückgelegter Entfernung die mit der Gissung zusammenhängenden Fehler akkumulieren.
In diesem modifizierten Beispiel sollte eine Beurteilung, wann das Fahrzeug auf eine gespeicherte Straße zurückkehrt, berücksichtigt werden. Beispielsweise kann man einen vorbestimmten Suchbereich, wie einen in Fig. 11 gezeigten Kreis mit Radius r definieren und das Zurückkehren auf eine gespeicherte Straße wird erkannt, wenn der Abstand zwischen der Fahrzeugposition und einem Knoten innerhalb dieses Bereichs im wesentlichen Null wird. Stadtteilen kann man die Eckenerfassungsprozedur, wie in Fig. 12 gezeigt, derart verwenden, daß das Zurückkehren auf eine gespeicherte Straße erkannt wird, wenn eine vorbestimmte Ecke mit dort gesetztem Knoten erfaßt ist.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung verschiedenste andere Modifikationen und Änderungen beinhaltet, die sich innerhalb des von den angefügten Ansprüchen definierten Bereichs befinden.

Claims

1. Fahrzeugnavigationsvorrichtung mit

einer Richtungserfassungseinrichtung (11) zum Erfassen der Richtung (Dp), in welche das Fahrzeug fährt;

einer Distanzerfassungseinrichtung (12) zum Erfassen der im Fahren zurückgelegten Distanz (I, D);

einer Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung zum Schätzen der derzeitigen Position Px(x, y) des Fahrzeuges relativ zu einer Bezugsposition auf der Grundlage von Daten über die Fahrtrichtung und die zurückgelegte Distanz, welche durch die Distanzerfassungseinrichtung erfaßt ist; und

einer Karteninformationsspeichereinrichtung (13) zum vorherigen Abspeichern von Karteninformation einschließlich Daten über die Positionen einer Vielzahl von auf Straßen gesetzten Knoten (N&sub1;; I = 0, 1, 2, . . .) sowie dazwischengelegenen Verbindungen (N&sub0; - Ni; i = 0, 1, 2, . . .), wobei die Knoten einen Startknoten (N&sub0;) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:

eine Knotenselektionseinrichtung zur Selektion zuweisbarer Knoten, welche direkt mit dem Startknoten verbunden sind auf der Grundlage der Verbindungsdatenergebnisse von der Vielzahl von auf Straßen gesetzten Knoten als Kandidaten für einen Zielknoten, d. h. einen Knoten, zu welchem das Fahrzeug fährt;

eine Knotenpeilungsberechnungseinrichtung zur Berechnung der Peilung von der gegenwärtigen Position des Fahrzeuges, welche durch die Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung erhalten wird, zu jedem der zuweisbaren Knoten, welche durch die Knotenselektionseinrichtung selektiert sind; eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Peilung bzw. Neigung eines jeden der zuweisbaren Knoten, welche durch die Knotenselektionseinrichtung selektiert ist, zu der Fahrzeugfahrtrichtung, welche durch die Richtungserfassungseinrichtung erhalten wird;

eine Knoteneliminierungseinrichtung zum Eliminieren bzw. Ausschließen derjenigen Knoten, die unter den zuweisbaren Knoten, welche durch die Knotenselektionseinrichtung auf der Grundlage einer vorbestimmten Auswertungsformel in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches, welcher durch die Vergleichseinrichtung durchgeführt wird, als unmöglich zur Auswahl als Zielknoten beurteilt werden und zum Wiederholen der Elimination von Knoten mit assoziierten Werten der Auswertungsformel, welche nicht bestimmte Bedingungen erfüllen, jedesmal dann wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Distanz bzw. Strecke zurücklegt, bis ein Knoten übrigbleibt, welcher als Zielknoten identifiziert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Knotenselektionseinrichtung eine Einrichtung enthält zum Berechnen der Distanz zwischen einem der Knoten, welcher als ein Knoten selektiert ist, zu welchem sich das Fahrzeug fortbewegt, und der Fahrzeugposition, welche durch die Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung geschätzt wird, sowie eine Einrichtung zum Vergleichen dieser Distanz mit einem ersten vorbestimmten Schwellenwert, wobei erkannt wird, daß der ausgewählte Knoten ein durch das Fahrzeug erreichter Knoten ist, wenn die Distanz zwischen dem selektierten Knoten und der gegenwärtigen Position kleiner als der erste Schwellenwert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:

eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Knotenpeilungsberechnungseinrichtung und der Knotenselektionseinrichtung derart, daß sie dieselbigen jedesmal, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke bzw. Distanz zurücklegt, aktiviert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:

eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen auf der Grundlage der gegenwärtigen Fahrzeugposition, welche durch die Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung erhalten ist, und der Verbindungen zwischen den Knoten und den Positionen der Knoten, welche in der Speichereinrichtung abgespeichert sind, dahingehend, ob sich das Fahrzeug entlang einer nicht abgespeicherten Straße, für welche keine Karteninformation in der Karteninformationsspeichereinrichtung abgespeichert ist, bewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung enthält:

eine Einrichtung zum Annehmen einer gespeicherten Straße, welche durch das Fahrzeug befahren wird, auf der Grundlage der gegenwärtigen Position des Fahrzeuges, welches durch die Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung und den Verbindungen zwischen den in der Speichereinrichtung abgespeicherten Knoten erhalten wird; und

eine Einrichtung zum Berechnen der Distanz zwischen der gegenwärtigen Position des Fahrzeuges, welche durch die Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung erhalten wird, und der angenommenen abgespeicherten Straße, sowie zum Erkennen, wenn diese Distanz größer als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist, daß das Fahrzeug auf einer nicht abgespeicherten Straße fährt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung dazu geeignet ist zu erkennen, daß das Fahrzeug entlang einer nicht abgespeicherten Straße fährt, wenn die Anzahl der zuweisbaren Knoten infolge der durch die Knoteneliminationseinrichtung durchgeführten Elimination Null wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellenwert in Reaktion auf den Anstieg der gefahrenen Strecke bzw. Distanz im wesentlichen zunimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:

eine Einrichtung zum Abspeichern der Position eines Punktes auf einer nicht abgespeicherten Straße, in welche das Fahrzeug eingetreten ist, nachdem es entlang einer abgespeicherten Straße gefahren ist, falls die Erkennungseinrichtung erkennt, daß das Fahrzeug entlang der nicht abgespeicherten Straße fährt;

eine Einrichtung zur Berechnung der von dem Punkt zurückgelegten Distanz bzw. Strecke;

eine Einrichtung zum Einstellen eines Bereiches, welcher der von dem Punkt zurückgelegten Distanz entspricht;

eine Einrichtung zum Suchen eines innerhalb des eingestellten Bereiches abgespeicherten Knotens; und

eine Einrichtung zum Berechnen des Abstandes zwischen der Fahrzeugposition und dem in dem Bereich gefundenen Knoten sowie zum Vergleichen dieses Abstandes mit einem dritten Schwellenwert;

wobei, wenn der Abstand zu dem gefundenen Knoten innerhalb des Bereiches kleiner ist als der dritte Schwellenwert, erkannt wird, daß das Fahrzeug sich von der nicht abgespeicherten Straße zu einer abgespeicherten Straße fortbewegt hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich, welcher der zurückgelegten Strecke entspricht, ein kreisförmiger Bereich ist, der proportional zu der zurückgelegten Strecke ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Einrichtung für das Sperren einer Kartenanpassung aufweist, d. h. der Berichtigung der gegenwärtigen Position auf die Koordinatenposition eines erreichten Knotens, wenn die Erkennungsvorrichtung erkennt, daß das Fahrzeug entlang einer nicht abgespeicherten Straße fährt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:

eine Peilungsspeichereinrichtung zum Abspeichern der durch die Richtungserkennungseinrichtung erfaßten Richtung als eine erste Peilung bzw. Neigung;

eine Einrichtung zum Erkennen, daß das Fahrzeug abbiegt auf der Grundlage der durch die Richtungserkennungseinrichtung erfaßten Richtung;

eine Einrichtung, welche nach dem Erkennen des Beginns des Abbiegens aktiviert wird, zur Erkennung, daß ein Abschnitt der Straße, entlang welcher das Fahrzeug fährt, gerade ist, und zum Berechnen des Durchschnittes der Peilungen, welche durch die Richtungserkennungseinrichtung erhalten werden, wenn das Fahrzeug den Straßenabschnitt passiert, und

eine Einrichtung zum Vergleichen der Differenz zwischen dem Durchschnitt der Peilungen und der ersten Peilung mit einem vorbestimmten vierten Schwellenwert sowie zum Erkennen auf der Grundlage dieses Vergleiches, ob das Fahrzeug eine Ecke passiert hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erkennen, ob das Fahrzeug eine Ecke passiert hat, erkennt, daß das Fahrzeug keine Ecke passiert hat, falls bestimmt wird, daß die Differenz zwischen dem Peilungsdurchschnitt und der ersten Peilung größer ist als der vierte Schwellenwert ist, und diese Bestimmung mehrere Male wiederholt wurde.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist:

eine Differenzberechnungseinrichtung zur Berechnung der Differenz zwischen der Position auf der Karte, an welche die Fahrzeugposition durch die Kartenanpassungseinrichtung angepaßt wird, d. h. auf die Koordinatenposition eines erreichten Knotens korrigiert wird, und der gegenwärtigen Position des Fahrzeuges, welche durch die Fahrzeugpositionsannahmeeinrichtung angenommen wird, und eine Kalibriereinrichtung zum Korrigieren eines Erfassungsbezugspunktes der Richtungserfassungseinrichtung auf der Grundlage der Differenz, welche durch die Differenzberechnungseinrichtung berechnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungserfassungseinrichtung einen Erdmagnetismussensor enthält.