DE69206751T2

DE69206751T2 - Bordfahrzeugpositionsrechner

Info

Publication number: DE69206751T2
Application number: DE69206751T
Authority: DE
Inventors: Akihito Shibata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2012-09-19
Also published as: EP0537499A1; CA2078168C; JPH0579846A; CA2078168A1; DE69206751D1; US5383127A; EP0537499B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionsberechnungsvorrichtung an oder in einem Fahrzeug (im folgenden kurz: An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung) zum Anzeigen einer Position des Fahrzeugs, seines Azimuthwinkels und von Daten einer Landkarte darum herum, u. dgl., und ferner auf ein Verfahren zum Berechnen der Position eines Fahrzeugs.

Beschreibung des Standes der Technik

Bisher hat eine An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung dieser Art Postionen eines fahrenden Fahrzeugs nach Signalen aus einem Geschwindigkeitssensor und einem Winkelgeschwindigkeitssensor geschätzt, um Straßendaten in einem vorbestimmten Bereich aus Landkartendaten um die geschätzten Positionen herum zu suchen, und zwar für eine Straße mit mit Eigenschaften eines Fahrwegs auf der Basis von Daten der geschätzten Positionen zusammenfallenden Eigenschaften als einer ausgewählten Straße, und dementsprechend ist die Position des Fahrzeugs auf der Landkarte auf eine Postion auf der ausgewählten Straße verschoben worden. Ferner ist ein GPS(Global Positioning System = Globales Positionierungssystem)-Empfänger zum Erhalten einer absoluten Fahrzeugposition verwendet worden, und in dem Fall, daß die Fahrzeugposition entsprechend den Daten aus dem GPS-Empfänger gemessen werden konnte, ist die Fahrzeugposition auf der Landkarte zu der gemessenen Position korrigiert worden.
Bei der oben erwähnten Fahrzeugpositionsberechnungsvorrichtung ist jedoch unabhängig von der Tatsache, daß geschätzte Positionen des Fahrzeugs in einem Bereich kurzer Fahrstrecken mit hoher Genauigkeit aus Signalen aus dem Geschwindigkeitssensor und dem Winkelgeschwindigkeitssensor berechnet werden können, die Position des Fahrzeugs zu einer entsprechend Daten aus dem GPS-Empfänger berechenbaren Position korrigiert worden, obwohl der Fahrstreckenbereich kurz war. Wenn also die Genauigkeit einer entsprechend Daten aus dem GPS-Empfänger berechneten Fahrzeugposition wegen eines Überwechselns von zum Multipassberechnen und Messen einer Position verwendeten künstlichen Satelliten niedriger geworden ist als eine von dem Navigationssystem benötigte Positionsgenauigkeit oder eine Landkartendatengenauigkeit, ist die Genauigkeit der Fahrzeugposition geringer geworden.
In den Fig. 1a und 1b, die den oben beschriebenen Zustand zeigen, werden ein Fahrzeug 41, entsprechend Signalen aus dem Geschwindigkeitssensor und dem Winkelgeschwindigkeitssensor erhaltene geschätzte Positionen 42, unter Verwendung des GPS-Empfängers gemessene Fahrzeugpositionen 43 (mit Punktmarkierungen bezeichnet) und eine Straße 44 gezeigt. Wie in Fig. 1a gezeigt, sind bei dem oben erwähnten System die Fahrzeugpositionen auf die unter Verwendung des GPS-Empfängers gemessenen Positionen 43 verschoben, wie in Fig. 1a gezeigt, obwohl die entsprechend Signalen aus dem Geschwindigkeitssensor und dem Winkelgeschwindigkeitssensor berechneten geschätzten Fahrzeugpositionen 42 eine hohe Genauigkeit aufweisen, so daß der Fahrweg des Fahrzeugs 41 unter Verwendung der geschätzten Fahrzeugpositionen 42 präzise auf der Straße 44 angezeigt werden kann, und wenn die Abweichung zwischen den einzelnen unter Verwendung des GPS-Empfängers gemessenen Positionen und den damit verbundenen der geschätzten Fahrzeugposition groß ist, wird ein zickzackartiger Fahrweg angezeigt und es tritt eine Positionsversetzung 45 auf.
Beim Auftreten einer solchen Positionsversetzung 45 ergeben sich unvermeidlicherweise die folgenden Probleme. Auf einer Landkarte mit vergrößertem Maßstab wird ein sichtbar großer Fehler angezeigt, der die Attraktivität der Anzeige verschlechtert, und der Fahrer fühlt sich etwas unsicher und unwohl. Ferner kann der Fahrweg des Fahrzeugs seine Kontinuität nicht aufrechterhalten, und dementsprechend können zum Sicherstellen der Postionsgenaugikeit erforderliche kontinuierliche Straßendaten nicht verwendet werden.
Die EP-A-0 393 935 A3 offenbart eine An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung. Diese Vorrichtung weist einen Kurssensor zum Erfassen von Veränderungen im Kurs eines sich über Straßen bewegenden Fahrzeugs; einen Streckensensor zum Erfassen von von den Fahrzeugen zurückgelegten Strecken; einen Straßenkartenspeicher zum Speichern einer Landkartendatenbasis; und eine Positionserfassungseinheit zum Erfassen einer ersten geschätzten Position des Fahrzeugs auf. Die genannten Elemente sind ausgelegt zum Ausführen eines Straßenanpaßprozesses. Im Normalfall wird der Straßenanpaßprozess ausgeführt, um eine optimale geschätzte Position des Fahrzeugs zu erhalten. Wenn mit dem Straßenanpaßprozess eine solche optimale geschätzte Position nicht erreicht werden kann, wird automatisch die von einem Satelliten (GPS) erhaltene geschätzte Position verwendet. Zum Bestimmen, daß die optimale geschätzte Position des Fahrzeugs nicht erreicht werden kann, wird eine Entscheidung getroffen, ob das Fahrzeug, nachdem die letzte Fahrzeugposition korrigiert worden ist, eine vorbestimmte Strecke zurückgelegt hat oder nicht.
Aus IEEE PLANS '88 Position Location and Navigation Symposium Record, Kissemee, FL, USA, 29.11.88-02.12.88, E.J. Krakiwshky et al.: "A Kalman Filter for Integrating Dead Reckoning, Map Matching and GPS Positioning", Seiten 39 - 46 ist eine weitere Kombination eines Straßenanpaßprozesses und eines GPS-Prozesses bekannt. Nach dieser bekannten Kombination wird der Straßenanpaßprozess in GPS-Signale abschirmenden Bereichen ausgeführt, etwa bei großen Gebäuden, während in offenen Bereichen langer gerader Straßenerstreckungen die Positionsbestimmung unter Verwendung von GPS ausgeführt wird. Nach den oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6 geht die folgende Erfindung von diesem Stand der Technik aus.

Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung und ein ensprechendes Verfahren anzugeben, die beim Aufrechterhalten der Kontinuität des Fahrweges eines Fahrzeugs und beim Sicherstellen einer hohen Positionsgenauigkeit des Fahrzeugs zur Vermeidung einer unattraktiven Anzeige, einer Unsicherheit und eines Unwohlseins des Fahrzeugfahrers, die durch Positionsversetzungen verursacht werden, und zur Verwendung der Kontinuität der Straßendaten hervorragend sind.
Nach der Erf ingung wird die obige Aufgabe erzielt durch eine An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zum Berechnen der Position eines Fahrzeugs nach Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen sind die in den Ansprüchen 2 bis 5 beansprucht.
Wenn bei dem oben erwähnten Aufbau nach der vorliegenden Erfindung die Position des Fahrzeugs zu einer ausgewählten Straße mit einem Merkmal korrigiert wird, das mit dem des entsprechend Signalen aus dem Geschwindigkeitssensor und dem Winkelgeschwindigkeitssensor berechneten Fahrwegs des Fahrzeugs zusammenfällt, wird bestimmt, daß die Möglichkeit des Fahrens des Fahrzeugs auf der Straße hoch ist, wenn der Kumulativwert der durch die Verschiebung der Positionen gegebenen korrigierten Entfernungen kleiner als der Schwellenwert ist, und dementsprechend wird die unter Verwendung des GPS-Empfängers gemessene Position außer Betracht gelassen, um die Kontinuität des Fahrwegs aufrechtzuerhalten. Hingegen wird bestimmt, daß die Möglichkeit des Fahrens des Fahrzeugs auf der Straße gering ist, wenn der Kumulativwert größer als der Schwellenwert ist, und dementsprechend wird die Fahrzeugposition zu einer unter Verwendung des GPS-Empfängers gemessenen Position korrigiert.
Im folgenden wird die Erklärung im einzelnen anhand der begleitenden Zeichnungen ausgeführt, in denen:

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die Fig. 1a und 1b den Betrieb einer Positionsberechnungsvorrichtung nach dem Stand der Technik mit dadurch be rechneten geschätzten Fahrzeugpositionen erklärende Ansichten sind;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer An-Bord- Positionsberechnungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3a eine ein Beispiel, bei dem die mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung berechneten Fahrzeugpositionen auf eine Straße gesetzt sind, auf der das Fahrzeug tatsächlich fährt, zeigende Ansicht ist;
Fig. 3b eine ein Beispiel, bei dem die mit der Vorrichtung berechneten Fahrzeugpositionen auf eine von der Straße, auf der das Fahrzeug tatsächlich fährt, verschiedene Straße gesetzt sind, zeigende Ansicht ist;
Fig. 4a ein die Variation des Kumulativwerts der Strecken der Positionsverschiebung entsprechend den mit der Vorrichtung berechneten Positionen, wie in Fig. 3a gezeigt, zeigendes Diagramm ist; und
Fig. 4b ein die Variation in dem Kumulativwert der Strecken der Positonsverschiebung entsprechend den mit der Vorrichtung berechneten Positionen, wie in Fig. 3b gezeigt, zeigendes Diagramm ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In der den Aufbau einer An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigenden Fig. 2 sind gezeigt ein Geschwindigkeitssensor 11 zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, an dem die An-Bord-Positionsberechnungsvorrichtung installiert ist, ein Winkelgeschwindigkeitssensor 12 zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit des fahrenden Fahrzeugs, ein GPS-Empfänger 13 zum Empfangen elektrischer Wellen aus einer Anzahl von künstlichen GPS-Satelliten, der im einzelnen im Japanese Radio Technical Bulletin, Nr. 24, 1986, Seiten 16 bis 23 erklärt ist, eine Schätzpositionsberechnungseinheit 14 zum Berechnen der momentanen Fahrzeugposition entsprechend von dem Geschwindigkeitssensor 11 und dem Winkelgeschwindigkeitssensor 12 übertragenen Signalen (eine mit dieser Einrichtung 14 berechnete Position wird als eine geschätzte Fahrzeugposition verwendet), eine Landkartendatentabelle 15 mit verschiedenen Straßendaten zum Korrigieren von Positionen, die in einer CD- ROM oder dergleichen gespeichert ist, eine Ausgewählte- Straßen-Lokalisiereinrichtung 16 zum Vergleichen eines Fahrwegs des Fahrzeugs auf der Basis von Daten der geschätzten Fahrzeugpositionen mit Straßendaten aus der Landkartendatentabelle 15, um Daten einer Straße, auf der das Fahrzeug möglicherweise momentan fährt, zu lokalisieren, einer Fahrzeugpositionsverschiebungseinrichtung 17 zum Verschieben der Fahrzeugposition auf eine ausgewählte Straße, die durch die Ausgewählte-Straßen-Lokalisiereinrichtung 16 lokalisiert worden ist, eine Fahrzeugpositionskorrektureinrichtung 18 zum Korrigieren der Fahrzeugposition auf eine unter Verwendung des GPS- Empfänger 13 gemessene Position (welche Position im folgenden als "GPS-Position" bezeichnet wird), und zwar nur wenn der Kumulativwert der Strecken, um die die Fahrzeugposition von der Fahrzeugpositionsverschiebungseinrichtung 17 bei einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen verschoben worden ist, einen Schwellenwert überschreitet, eine Anzeigeeinrichtung 19, wie eine CRT (Kathodenstrahlröhre), ein LCD oder dergleichen zum darauf Anzeigen sowohl der Straßenkarte um eine Straße, auf der das Fahrzeg momentan fährt, und der Position des Fahrzeugs selbst, auf der die von der Fahrzeugpositionsverschiebungseinrichtung 17 und der Fahrzeugpositionskorrektureinrichtung 18 eingestellten Positionen ebenfalls gezeigt sind.
Als nächstes wird der Betrieb des oben erwähnten Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 2 und 3 erklärt. Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel berechnet die Schätzpositionsberechnungseinrichtung 14 zuerst geschätzte Fahrzeugpositionen aus von dem Geschwindigkeitssensor 11 und dem Winkelgeschwindigkeitssensor 12 übertragenen Signalen. Dann lokalisiert die Ausgewählte-Straßen-Lokalisiereinrichtung 16 eine Straße mit einem Merkmal, das mit dem eines Fahrwegs des Fahrzeugs auf der Basis von Daten der geschätzten Fahrzeugpositionen zusammenfällt, aus Straßendaten in einem vorbestimmten Bereich um die geschätzten Fahrzeugpositionen als ausgewählte Straßendaten. Ferner verschiebt die Fahrzeugpositionsverschiebungseinrichtung 17 die Fahrzeugposition auf die ausgewählte Straße.
Die Fig. 3a und 3b zeigen den Zustand, bei dem die Fahrzeugpositionen auf eine ausgewählte Straße verschoben sind.
Fig. 3a zeigt, daß die geschätzten Positionen 22 des Fahrzeugs 21 auf eine Straße 23 verschoben sind, auf der das Fahrzeug 21 tatsächlich fährt, während die GPS-Positionen 24 mit Fehlern behaftet sind, die außerhalb einer durch eine gewünschte Positionsgenauigkeit gegebenen Toleranz liegen, und zwar wegen Überwechselns (Change-Over) von künstlichen Satelliten, die zum Berechnen von Muitipass- und Meßpositionen verwendet werden. Die Fahrzeugpositionskorrektureinrichtung 18 berechnet den absoluten Kumulativwert der Strecken, um die die Fahrzeugposition verschoben worden ist, an 8 Positionen a bis h, und dann wird der Kumulativwert mit dem vorbestimmten Schwellenwert für jeden Zeitpunkt der Korrektur verglichen. Diese Prozedur ist in Fig. 4a gezeigt. Bei diesem Beispiel sind die Strecken der Verschiebung klein, weil die geschätzten Positionen 22 mit denen auf einer Straße, auf der das Fahrzeug tatsächlich momentan fährt, zusammenfallen, und dementsprechend überschreitet der absolute Kumulativwert der Strecken der Verschiebung den Schwellenwert T nicht, selbst nachdem das Fahrzeug 21 zu der Position h gekommen ist. In diesem Fall wird bestimmt, daß das Fahrzeug 21 möglicherweise auf der Straße 23 fährt, und dementsprechend wird die Fahrzeugposition nicht auf die unter Verwendung des GPS-Empfängers 13 gemessene GPS-Position 24 korrigiert. Es ist somit möglich, die Kontinuität des Fahrwegs des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.
Fig. 3b zeigt ein Beispiel, bei dem das Fahrzeug 21 tatsächlich auf einer Straße 23 fährt, jedoch seine geschätzten Positionen irrtümlicherweise auf eine der Straße 23 benachbarte Straße 25 gesetzt werden. In diesem Beispiel nähert sich der Azimuth des Fahrzeugs sukzessive dem Azimuth der Straße 25 an, jedesmal wenn die Fahrzeugposition verschoben wird. Gleichermaßen werden bei diesem Fall die Strecken der durch die Fahrzeugpositionsverschiebungseinrichtung 17 achtmal in der Vergangenheit an den Positionen a bis h vorgenommenen Verschiebungen akkumuliert, um ihren absoluten Kumulativwert zu gewinnen, der dann mit dem Schwellenwert verglichen wird, jedesmal wenn die Position korrigiert wird. Fig. 4b zeigt diese Prozedur. In diesem Fall existieren die geschätzten Positionen nicht auf der Straße, auf der das Fahrzeug momentan tatsächlich fährt, und dementsprechend sind die Strecken der Verschiebung groß, so daß der Absolutkumulativwert den Schwellenwert T erheblich überschreitet. An der Position h, wo der Kumulativwert den Schwellenwert T überschreitet, bestimmt die Fahrzeugpositionskorrektureinrichtung 18, daß die Wahrscheinlichkeit des Fahrens des Fahrzeugs auf der Straße 25 gering ist und korrigiert dementsprechend die Fahrzeugposition auf die unter Verwendung des GPS-Empfängers 13 gemessene GPS-Position, d.h. sie wird auf die GPS-Position 24h auf der Straße 23 verschoben.
Es ist somit nach dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel möglich, eine leichte Anpassung der Struktur des Fahrwegs des Fahrzeugs auf eine Straßenform anzustreben, abhängig davon, ob der absolute Kumulativwert der Strecken der Verschiebung den Schwellenwert T überschreitet, jedesmal wenn die Fahrzeugposition korrigiert wird, oder nicht, und dementsprechend kann herausgefunden werden, ob die Wahrscheinlichkeit des Fahrens des Fahrzeugs auf einer Straße, auf die die Fahrzeugposition momentan verschoben ist, hoch ist. Dementsprechend wird diese GPS-Position außer Betracht gelassen, um die Kontinuität des Fahrwegs des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten, wenn die Wahrscheinlichkeit der Verschiebung der Fahrzeugposition auf eine Straße, auf der das Fahrzeug tatsächlich momentan fährt, hoch ist, und dementsprechend kann die Kontinuität der zum Aufrechterhalten der Positionsgenauigkeit erforderlichen Straßendaten verwendet werden. Wenn ferner die Wahrscheinlichkeit der Verschiebung der Fahrzeugposition auf eine Straße, auf der das Fahrzeug momentan tatsächlich fährt, gering ist, wird die Fahrzeugposition auf die unter Verwendung des GPS-Empfängers 13 gemessene GPS-Position korrigiert, wodurch es möglich wird, eine durch Akkumulation von Sensorfeh lern verursachte Positionsabweichung aufzuheben. Dadurch wird jedes Gefühl von Unsicherheit und Unwohlsein und eine unattraktive Anzeige, die durch Positionsversetzung verursacht wird, eliminiert, und es kann ein hohes Maß von Genauigkeit für die Fahrzeugposition sichergestellt werden.
Obwohl die Erfindung in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel so erklärt worden ist, daß der Kumulativwert der Strecken der Verschiebung bei einer Anzahl von Zyklen der Positionsverschiebung in der Vergangenheit mit dem Schwellenwert verglichen wird, können die gleichen Ergebnisse mit der Verwendung von Positionsverschiebungen innerhalb eines vorbestimmten Streckenbereichs anstelle der in einer Anzahl von Zyklen, erhalten werden.
Ferner ist die Erklärung so gegeben worden, daß der Geschwindigkeitssensor 11 und der Winkelgeschwindigkeitssensor 12 zum Übertragen von Signalen zu der Schätzpositionsberechnungseinrichtung 14 verwendet werden, um die momentane Fahrzeugposition zu berechnen, jedoch können auch ein Azimuthsensor, etwa ein Erdmagnetfeldsensor, ein Kreisel oder dgl., und ein Streckensensor od. dgl. zum Erfassen einer Fahrstrecke entsprechend einer Drehgeschwindigkeit eines Rades od. dgl. verwendet werden als Sensoren zum Erfassen des Verhaltens des Fahrzeugs, ohne von dem technischen Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Positionsberechnungsvorrichtung an Bord eines Fahrzeugs mit:

einer Einrichtung (14) zum Schätzen von Fahrzeugpositionen entsprechend Signalen aus Sensoren (11, 12) zum Erfassen der Fahrstrecke und -richtung eines Fahrzeugs;

einer Einrichtung (16) zum Auswählen einer Straße durch Vergleichen eines Fahrwegs des Fahrzeugs auf der Basis von Daten der geschätzten Fahrzeugpositionen, die durch die Schätzeinrichtung (14) gegeben sind, mit Straßendaten zum Lokalisieren einer ausgewählten Straße;

einer Einrichtung (17) zum Verschieben der geschätzten Fahrzeugpositionen auf die ausgewählte Straße, die durch die Auswahleinrichtung (16) lokalisiert worden ist; und

einer Einrichtung (18) zum Korrigieren der verschobenen Fahrzeugpositionen entsprechend außerhalb des Fahrzeugs erhaltenen Daten, dadurch gekennzeichnet, daß

die Korrektureinrichtung (18) zum Ausführen der Korrektur nur dann, wenn ein Kumulativwert der Strecken der durch die Verschiebungseinrichtung (17) durchgeführten Positionaverschiebung einen vorbestimmten Schwellenwert innerhalb einer vergangenen vorbestimmten Periode überschreitet, ausgelegt ist.

2. Positionsberechnungsvorrichtung an Bord eines Fahr zeugs nach Anspruch 1, bei der ein Geschwindigkeitssensor (11) und ein Winkelgeschwindigkeitssensor (12) als die Sensoren zum Erfassen der Fahrstrecke und -richtung des Fahrzeugs verwendet werden.

3. Positionsberechnungsvorrichtung an Bord eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Korrektureinrichtung (18) die geschätzten Fahrzeugpositionen entsprechend von künstlichen GPS-Satelliten übertragenen Daten korrigiert.

4. Positionsberechnungvorrichtung an Bord eines Fahrzeugs nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine Anzeigeeinrichtung (19) zum Anzeigen der Fahrzeugposition und Straßendaten eingeschlossen ist.

5. Positionsberechnungvorrichtung an Bord eines Fahrzeugs nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Fahrzeugpositionskorrigiereinrichtung (18) zum Korrigieren der geschätzten Fahrzeugpositionen, wenn der Kumulativwert der Strecken der Positionsverschiebung bei einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen in der Vergangenheit den Schwellenwert überschreitet, ausgelegt ist.

6. Verfahren zum Berechnen der Position eines Fahrzeugs mit den Schritten:

Schätzen von Fahrzeugpositionen entsprechend Signalen aus Sensoren (11, 12) zum Erfassen der Fahrstrecke und -richtung eines Fahrzeugs;

Auswählen einer Straße durch Vergleichen eines Fahrwegs des Fahrzeugs auf der Basis von Daten der geschätzten Fahrzeugpositionen mit Straßendaten zum Lokalisieren einer ausgewählten Straße;

Verschieben der geschätzten Fahrzeugpositionen auf die ausgewählte Straße; und

Korrigieren der verschobenen Fahrzeugpositionen entsprechend außerhalb des Fahrzeugs gewonnenen Daten,

gekennzeichnet durch den Schritt, daß die Korrektur nur ausgeführt wird, wenn ein Kumulativwert der Strecken der Positionsverschiebung einen vorbestimmten Schwellenwert inner halb einer vergangenen vorbestimmten Periode überschreitet.