DE69314219T2 - Vorrichtung zur Detektion des Fahrzeugkurses - Google Patents

Vorrichtung zur Detektion des Fahrzeugkurses

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DE69314219T2 DE69314219T DE69314219T DE69314219T2 DE 69314219 T2 DE69314219 T2 DE 69314219T2 DE 69314219 T DE69314219 T DE 69314219T DE 69314219 T DE69314219 T DE 69314219T DE 69314219 T2 DE69314219 T2 DE 69314219T2
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Description

    BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die den tatsächlichen Kurs eines Fahrzeuges mittels eines Kreisels und eines GPS (Global Positioning System) - Empfangsgeräts erfaßt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung, die den tatsächlichen Standort eines solches Fahrzeugs erfaßt.
    • BESCHREIBUNG DES BEKANNTEN STANDS DER TECHNIK
  • Als Vorrichtung zur Bereitstellung von Information bezüglich des tatsächlichen Kurses eines auf Straßen fahrenden Fahrzeugs wurde eine Vorrichtung zur Erfassung des Fahrzeugkurses vorgeschlagen, welche mit einem Kreisel zum Erfassen des Kurses eines Fahrzeugs und mit einem Prozessor zur Verarbeitung des Ausgabesignals des Kreisels ausgestattet ist und welche die tatsächlichen Kursdaten des Fahrzeugs mittels eines Kursänderungsbetrages (Wnkelgeschwindigkeit) δθ, die bei Bewegung des Fahrzeugs erfolgt, erhält. Auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit δθ wird der tatsächliche Kurs θ des Fahrzeugs durch folgende Gleichung errechnet:
  • θ = θο + δθ,
  • wobei θο ein Kurs ist, der bei der letzten Ablesung erhalten wurde.
  • Auf der Grundlage des tatsächlichen Kurses θ und einer Wegstrecke δL, die zum Beispiel von der Ausgabe eines Radsensors erhalten wird, können die tatsächlichen Standortdaten (Px, Py) des Fahrzeugs erhalten werden, indem die Ost-West Richtungskomponente δx (= δL x cos θ) und die Süd-Nord Richtungskomponente δy (= δL x sin θ) der Wegstrecke δL zu den vorherigen Standortdaten (Px', Py') addiert werden. Daher wurde die vorher erwähnte Kurserfassungsvorrichtung zum Erfassen des Standorts eines Fahrzeugs verwendet. Der Kreisel jedoch tendiert dazu, aufgrund der Temperaturoder Feuchtigkeitseinfl;isse eine Ausgabe (Abweichung) zu erzeugen, selbst wenn die Kreiselausgabe während der Zeit, in der sich das Fahrzeug in einem angehaltenen Zustand oder in einem Zustand des Fahrens auf einer geraden Strecke befindet, null sein sollte. Da diese Abweichungsausgabe sich mit der Zeit akkumuliert, muß der Fahrzeugkurs, der von einem tatsächlichen Fahrzeugkurs abweicht, erfaßt werden. Es ist daher notwendig, jederzeit einen genauen Kurs zu erhalten und eine erfaßte Winkelgeschwindigkeit mit dem genauen Kurs zu korrigieren. Um außerdem die Tatsache zu nutzen, daß die Abweichung nur dann in der Kreiselausgabe auftritt, wenn das Fahrzeug still steht, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Abweichung von einer nachfolgenden Ausgabe während des Fahrens abgezogen wird. Viele Vorrichtungen, die ein solches Verfahren verwenden, wurden vorgeschlagen (z.B. Japanische Patentveröffentlichung JP-A-58 39360).
  • Die Abweichung des Kreisels tendiert jedoch aufgrund von Temperatur- und Feuchtigkeitsveränderungen zur Versetzung, unabhängig davon, ob das sich Fahrzeug in einem angehaltenen Zustand oder in einem fahrenden Zustand befindet. Selbst wenn die Kreiselausgabe während der Fahrt mit einem Abweichungswert, der während des Anhaltens des Fahrzeugs erhalten wurde, verbessert wird, wird daher ein Wert nach der Abweichungsverbesserung aufgrund der vorher erwähnten Versetzung Fehler enthalten.
  • Fig. 8 zeigt, wie die Ausgabe des Kreisels mit der Zeit t versetzt wird. In der Figur kann man erkennen, daß ein tatsächlicher Abweichungswert Ω von einem geschätzten Abweichungswert Ω', der zu dem Zeitpunkt to während des Haltes des Fahrzeugs gemessen wurde, abweicht. Wenn der Zeitraum von dem Start des Fahrzeugs zu dem nächsten Halt des Fahrzeugs kurz ist, ist die Versetzung des Kreisels klein und kann korrigiert werden, wenn aber der Zeitraum von dem Start des Fahrzeugs bis zum nächsten Halt des Fahrzeugs lang ist, kann die Versetzung des Kreisels nicht korrigiert werden und wird größer und größer. In solch einem Fall werden von der Versetzung des Kreisels verursachte Fehler akkumuliert.
  • Als ein Verfahren zur Bereitstellung von Information bezüglich des tatsächlichen Standorts eines auf Straßen fahrenden Fahrzeugs ist das "Koppeln" bekannt, wobei ein Entfernungssensor, ein Kurssensor (GPS Empfangsgerät oder Kreisel) und ein Prozessor zur Verarbeitung der Entfernungs- und Kursdaten, die von dem Entfernungs- und Kurssensor erhalten wurden, verwendet werden, und die tatsächlichen Standortdaten des Fahrzeugs werden mittels eines Betrages der Entfernungsänderung δL und eines Betrages der Kursänderung δθ (in dem Fall, wo ein Kreisel verwendet wird) oder eines Kurses θ (in dem Fall, wo ein GPS- Empfangsgerät verwendet wird) erhalten. Bei dem Koppeln werden die Ost-West Richtungskomponente δx (= δL x cos θ) und die Süd-Nord Richtungskomponente δy (= δL x sin θ) des Entfernungsänderungsbetrages δL, der dann auftritt, wenn das Fahrzeug eine Straße entlangfährt, berechnet, und die tatsächlichen Standortausgabedaten (Px, Py) des Fahrzeugs werden dadurch erhalten, daß die berechneten Komponenten δx und δy zu den vorherigen Standortausgabedaten (Px', Py') hinzuaddiert werden. Es besteht jedoch der Nachteil, daß es aufgrund eigener Einschränkungen bei der erreichbaren Genauigkeit des Kurssensors zu einer Fehlerakkumulierung kommt.
  • In einem Fall, wo der Fahrzeugkurs durch Messen der Dopplerverschiebung, die durch das Empfangen von Wellen von GPS Satelliten während der Fahrt entsteht, erhalten wird, wird ein Fehler im GPS Kurs im gleichen Maße erhöht wie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abnimmt. Wenn auf der anderen Seite der Kreisel verwendet wird, ist bekannt, daß ein Fehler in den Kreiselausgabedaten häufig dann auftreten wird, wenn die Kursänderung einen vorgegebenen Wert überschritten hat, wenn die Energiequelle eingeschaltet wird, wenn das Fahrzeug mit sehr geringer Geschwindigkeit fährt oder wenn erfaßt wird, daß das Fahrzeug auf holprigen Straßen wie zum Beispiel Bergstraßen fährt. Die gekoppelten Positionen werden zunehmend unpräzise und ungenau sein, außer es findet eine Fehlerkompensation statt.
  • Dann wurde vorgeschlagen, daß sowohl der Kreisel als auch das GPS Empfangsgerät verwendet werden. Wenn entweder die Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels oder die Kursdaten des GPS Empfangsgeräts in ihrer Zuverlässigkeit beeinträchtigt werden, können die einen Daten durch die anderen Daten kompensiert werden. Das heißt, der tatsächliche Fahrzeugkurs kann geschätzt werden, indem der Kalmanfilter-Verstärkungsfaktor ausgerechnet wird, wobei die charakteristischen Fehler, die den Ausgaben des Kreisels und des GPS Empfangsgeräts eigen sind, berücksichtigt werden, und indem die Kursausgabe des GPS Empfangsgeräts und die Kursausgabe des Kreisels mittels eines Verfahrens der Gewichtungsverarbeitung, die auf dem errechneten Kalmanfilter-Verstärkungsfaktor basiert, verarbeitet werden. Es ist jedoch in diesem Verfahren wichtig, wie die charakteristischen Fehlerkomponenten, die in der Kreiselausgabe und der Ausgabe des GPS Empfangsgeräts enthalten sind, bewertet werden.
  • Das heißt, die einzelnen Fehlerkomponenten werden mit Hilfe eines Verfahrens bewertet, und wenn diese Komponenten auf konstante Werte festgesetzt werden, kann die Verarbeitung sehr leicht durchgeführt werden. Es reicht jedoch nicht aus, konstante Werte festzusetzen, und es ist wünschenswert, die Fehlerkomponenten genau in einer Echtzeit durch ein Verfahren zu bewerten. Da die Abweichung, die in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels enthalten ist, mit der Zeit variiert, ist es außerdem notwendig, den Fehler der Winkelgeschwindigkeitsdaten, der aus dieser Variation entsteht, zu berücksichtigen. Außerdem ist es auch notwendig, den Normierungsfaktor (Ausgabeverstärkungsfaktor) des Kreisels zu berücksichtigen, da der Normierungsfaktor manchmal von einem Normwert abweicht.
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat eine Vorrichtung zur Kurserfassung (Japanische Veröffentlichte Patentveröffentlichung JP-A-3188316) vorgeschlagen, die die Ausgaben des Kreisels und des GPS Empfangsgeräts mißt und diese in Echtzeit verarbeitet, und welche den tatsächlichen Kurs eines Fahrzeugs mit Hilfe der zuverlässigeren Ausgabe von den beiden Ausgaben schätzen kann. Bei dieser Vorrichtung werden nur Streuungswerte, die in den endgültigen Ausgaben des Kreisels und des GPS Empfangsgeräts enthalten sind, gemessen, und einzelne Fehlerfaktoren, die in den Ausgaben des Kreisels und des GPS Empfangsgeräts enthalten sind, wurden nicht berücksichtigt.
  • Es ist daher ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung des Fahrzeugkurses bereitzustellen, welche den tatsächlichen Kurs eines Fahrzeugs genau schätzen kann, indem die Fehlerfaktoren, die in den Kursdaten des GPS Empfangsgeräts und in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels enthalten sind, einzeln analysiert und bewertet werden und indem die Verwendungsrate der Ausgabedaten des Kreisels und des GPS Empfangsgeräts bestimmt wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erfassung des Fahrzeugkurses bereitgestellt, die aus einem Global-Positioning- System-Empfangsgerät zum Ausgeben von Kursdaten eines Fahrzeugs und einem Kreisel zum Ausgeben der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Fahrzeugs besteht. Die Kurserfassungsvorrichtung besteht, wie in Fig. 9 dargestellt wird, weiterhin aus einer ersten Einrichtung (A), einer zweiten Einrichtung (B) und einer dritten Einrichtung (C), die mit dem Global- Positioning-System-Empfangsgerät verbunden sind. Die erste Einrichtung (A) ist mit dem Kreisel verbunden, um einen Fehler eines Abweichungswertes, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels enthalten ist, zu errechnen. Die zweite Einrichtung (B) ist mit der ersten Einrichtung (A) zum Berechnen eines Fehlers, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels enthalten ist, verbunden, auf der Grundlage des Fehlers des Abweichungswertes, der von der ersten Einrichtung (A) berechnet wurde, einer Zeitänderungsrate des Fehlers des Abweichungswertes, der mit einer vorgegebenen Zeit multipliziert wurde, und der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels, multipliziert mit einem Fehler des Normierungsfaktors des Kreisels. Die dritte Einrichtung (C) ist mit dem Global- Positioning-System-Empfangsgerät zum Berechnen eines Fehlers, der in den Kursdaten des Global-Positioning- System-Empfangsgeräts enthalten ist, verbunden und hängt mindestens von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ab. Die Kurserfassungsvorrichtung umfaßt außerdem eine vierte Einrichtung (D) und eine fünfte Einrichtung (E). Die vierte Einrichtung (D) ist mit der zweiten Einrichtung (B) und der dritten Einrichtung (C) zum Berechnen eines Kalmanfilter-Verstärkungsfaktors verbunden, wobei ein Zuverlässigkeitsgrad der Winkelgeschwindigkeitsdaten von dem Fehler der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels, der von der zweiten Einrichtung (B) berechnet wurde, und ein Zuverlässigkeitsgrad der Kursdaten von dem von der dritten Einrichtung (B) berechneten Fehler ausgerechnet werden. Die fünfte Einrichtung (E) ist mit der vierten Einrichtung (D) zum Berechnen eines tatsächlichen geschätzten Fahrzeugkurses mittels Gewichtungsverarbeitung und auf der Grundlage des Kalmanfilter-Verstärkungsfaktors, der Kursdaten, die aus den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels erhalten werden, und auch der Kursdaten, die von dem Global-Positioning-System-Empfangsgerät ausgegeben werden, verbunden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben erwähnten sowie andere Ziele und Vorteile werden besser verständlich sein, wenn die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird. Darin ist:
  • Fig. 1 ein Schaubild, das zeigt, wie die Ausgabe eines Kreisels mit der Zeit versetzt wird;
  • Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Kurserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 ein Blockdiagramm, das eine Standorterfassungseinrichtung darstellt, in der eine Ausführungsform der Kurserfassungsvorrichtung enthalten ist; und
  • Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das darstellt, wie der Kurs eines Fahrzeugs gemäß der Kurserfassungsvorrichtung aus Fig. 2 erhalten wird.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Fig. 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform einer Kurserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar, die in einer Vorrichtung zur Erfassung des Fahrzeugstandorts verwendet werden kann. Die Standorterfassungsvorrichtung umfaßt einen Radsensor 141, der jeweils die Anzahl der Umdrehungen des linken und des rechten Rades (nicht abgebildet) eines Fahrzeugs abtastet (dieser Sensor wird als ein Entfernungssensor verwendet), ein GPS Empfangsgerät 142 und einen Kreisel 143. Die Standorterfassungsvorrichtung umfaßt außerdem einen Straßenkartenspeicher 12 zum Speichern der Straßenkartendaten, einen Lokalisierer 11, der einen geschätzten Fahrzeugkurs gemäß der von dem Kreisel 143 und dem GPS Empfangsgerät 142 abgetasteten Ausgabedaten berechnet, und ebenfalls den Fahrzeugstandort mit Hilfe der Daten von dem Radsensor 141 berechnet, einen Datenspeicher 16, der mit dem Lokalisierer 11 verbunden ist, eine Anzeige 17, die mit dem Navigationsregler 15 verbunden ist und den tatsächlichen Fahrzeugstandort anzeigt, sowie eine Tastatur 18, die mit dem Navigationsregler 15 verbunden ist. Der Datenspeicher 16, der mit dem Lokalisierer 11 verbunden ist, speichert einen Kursfehler r(v), der in den Daten des GPS Empfangsgeräts 142 enthalten ist, einen Fehler qo eines Kreiselabweichungswertes, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels 143 enthalten ist, eine Kreiselstörgröße N, einen Fehler α des Normierungsfaktors des Kreisels 143, etc.
  • Bei dem oben beschriebenen Lokalisierer 11 wird die Anzahl der Radumdrehungen erhalten, indem die Anzahl der von dem Radsensor 141 ausgegebenen Impulse mit einem Zähler (nicht abgebildet) gezählt wird, und die Wegstreckenausgabedaten pro Zeiteinheit werden berechnet, indem die gezählten Daten des Zählers mit einer vorgegebenen konstanten Zahl, die eine Entfernung pro ein Zählimpuls angibt, multipliziert werden. Außerdem wird eine relative Änderung des Fahrzeugkurses von dem Kreisel 143 erhalten. Danach berechnet der Lokalisierer 11 auf der Grundlage der relativen Anderung und der absoluten Kursausgabedaten des GPS Empfangsgeräts 142, die Kursausgabedaten des Fahrzeugs, wie weiter unten beschrieben wird. Der Straßenkartenspeicher 12 speichert Straßenkartendaten eines vorgegebenen Bereiches im voraus und umfaßt einen Halbleiterspeicher, eine Tonbandkassette, CD-ROM, IC Speicher, DAT oder dergleichen. Die Anzeige 17 umfaßt eine Kathodenstrahlröhrenanzeige, eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen und zeigt eine Straßenkarte, auf der das Fahrzeug fährt, sowie einen tatsächlichen Standort des Fahrzeugs an. Der Navigationsregler 15 besteht aus einem Graphikprozessor, einem Bildverarbeitungs speicher und dergleichen und erzeugt Befehle zum Wiederauffinden der Karte auf der Anzeige 17, zum Maßstabswechsel, zur Bildverschiebung, zum Anzeigen des tatsächlichen Fahrzeugs tandorts und dergleichen.
  • Der Datenspeicher 16 speichert einen Kreiselabweichungsfehler qo, eine geschätzte Anderungsrate ε des Kreiselabweichungsfehlers, eine Störgrößenkomponente N, die in der Kreiselausgabe enthalten ist, einen Normierungsfaktorfehler α des Kreisels (Geschwindigkeit eines Drehwinkels, gemessen an der Kreiselausgabe und einem tatsächlichen Drehwinkel), sowie Werte für festgesetzte Zahlen a und b in dem GPS Kursfehler r(v) = av&supmin;¹ + b.
  • Die Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels 143 und die Kursdaten φ(t) des GPS Empfangsgeräts 142 werden zu jeder Konstantzeit abgefragt. Wenn angenommen wird, daß die Zeit von dem vorherigen Vorgang bis zu dem tatsächlichen Vorgang δt beträgt, dann wird die Anzahl der Abfragungen proportional zu der Zeit δt sein.
  • Die Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels sind normalerweise null, wenn das Fahrzeug sich in einem Haltezustand befindet, aber der Kreisel erzeugt eine Ausgabe, wenn in dem Kreisel eine Abweichung auftritt. Beim Schätzen dieses Kreiselabweichungswertes wird ein Wert, der während der Fahrt bevor das Fahrzeug anhält verwendet wurde, verwendet. Natürlich können die Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels während des Halts des Fahrzeugs auch integriert und gemittelt werden.
  • Der Fehler qo des Kreiselabweichungswertes stellt den Grad der Schwankung des Kreiselausgabewertes dar und wird erhalten, indem eine Vielzahl von Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels während des Halts abgefragt wird und eine Streuung, die in der Vielzahl von Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels enthalten ist, berechnet wird.
  • Die geschätzte Veränderungsrate ε des Kreiselausgabefehlers ist ein Wert, der erfahrungsgemäß als eine Funktion der Temperatur erhalten wird.
  • Der Vorgang zur Fahrzeugkurserfassung mittels der Vorrichtung mit dem weiter oben beschriebenen Aufbau wird nachfolgend im Detail beschrieben. Während der Fahrt wird der Standort des Fahrzeugs auf der Anzeige 17 gemäß der einzelnen Sensorausgabedaten, die in den Lokalisierer 11 gespeichert sind, aufgezeigt. Während der Anzeige werden außerdem die Daten jedes Sensors in jeder Konstantzeit durch Unterbrechung abgelesen, und dann wird der Fahrzeugkurs korrigiert. Der Ablauf der Fahrzeugkurserfassung zur Zeit dieser Unterbrechung wird in Fig. 4 abgebildet. Es wird angemerkt, daß die Unterbrechung ebenfalls bei jeder Konstantentfernung, die auf der Grundlage der Ausgabedaten, die die von dem Fahrzeug zurückgelegten Entfernungen angeben, erhalten werden kann. Die oben erwähnte Konstantzeit oder - entfernung wird in Abhängigkeit des Kreiseltyps und der Funktionsleistung des GPS Empfangsgeräts festgesetzt.
  • In Schritt (1) werden die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs, die Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels 143 und die Kursdaten φ(t) des GPS Empfangsgeräts 142 eingelesen. Als nächstes wird in Schritt (2) der Kreiselabweichungswert Ω, der Kreiselabweichungsfehler qo, die Änderungsrate ε des Kreiselabweichungsfehlers, die Störgrößenkomponente N und der Fehler des Kreiselnormierungsfaktors α aus dem Datenspeicher 16 gelesen. Der Schritt (2) geht zu Schritt (3) über, bei dem die festgesetzten Zahlen a und b des GPS Kursfehlers r(v) aus dem Datenspeicher 16 gelesen werden. Wenn der Fahrzeugkurs von den Kursdaten des GPS Empfangsgeräts 142 erhalten wird, steigt der Fehler des Kurses in dem Maße wie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abnimmt, und der Kursfehler des Fahrzeugs wird zu einer monoton fallenden Funktion der Geschwindigkeit. Daher kann der GPS Kursfehler r(v) folgendermaßen ausgedrückt werden:
  • r(v) = av&supmin;¹ + b
  • Der GPS Kursfehler beschränkt sich jedoch nicht auf diese Funktion. Der GPS Kursfehler kann zum Beispiel folgendermaßen ausgedrückt werden:
  • r(v) = a arctan(b/v) + c
  • Außerdem können ein Fehler bei der Messung der Wellen von dem GPS sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden. Der geschätzte Fahrzeugkurs wird erhalten, indem alle Daten aus dem Datenspeicher 6 gelesen werden. Zu diesem Zweck geht der Schritt (3) auf Schritt (4) über, bei dem die Streuung q²(t) der Winkelgeschwindigkeitsdaten w(t) des Kreisels 143 zuerst durch die folgende Gleichung berechnet wird:
  • q²(t) = (qo + εT)²δt² + N²δt + (αδθ)²
  • Wenn T die Zeit ist, die seit dem letzten Fahrzeughalt vergangen ist, ist qo ein Kreiselabweichungsfehler (mit einem Auflösungsfehler), der eine Konstante ist, εT ist gleich der Änderungsrate des Kreiselabweichungsfehlers multipliziert mit der verstrichenen Zeit T und ist ein Fehler, der auf eine Änderung (Versetzung) der Kreiselabweichung zurückzuführen ist, und N² ist eine durch Störgrößen verursachte Streuung. Der Grund dafür, daß sich die Fehler qo und εT addieren, liegt darin, daß diese Fehler nicht als unabhängige Phänomene angesehen werden. Wenn diese Fehler als unabhängige Phänomene angesehen werden, dann addieren sich qo hoch zwei und εT hoch zwei (Japanische Veröffentlichte Patentveröffentlichung JP-A-3279809). Der Grund, warum δt nicht zum Quadrat genommen wird, liegt darin, daß der Störgrößenfehler N proportional zu der Anzahl der Additionen hoch 1/2 ist. δθ ist ein Drehwinkel des Fahrzeugs, der durch einen Unterschied zwischen dem vorherigen Drehwinkel und dem tatsächlichen Drehwinkel erhalten wird, und αδθ ist eine Streuung des Drehwinkels, die durch den Fehler des Normierungsfaktors verursacht wird. Der Wert von α hängt von der Umgebungstemperatur ab und wird für einen bestimmten Temperaturbereich als eine Kreiselnorm bestimmt. Daher wird der Wert von α so verwendet, wie er ist.
  • Als nächstes wird die Streuung r²(t) der Kursdaten φ(t) des GPS Empfangsgeräts 142 durch die folgende Gleichung berechnet:
  • r²(t) = (av&supmin;¹ + b)²
  • In dem Schritt (5) wird unter Verwendung von q²(t) und r²(t) ein geschätzter Kurs θ, in dem Fehler berücksichtigt werden, durch die folgende Gleichung errechnet:
  • θ(t) = K(t)φ(t) + (1 - K(t)))(θ(t-1) + w(t))
  • Wenn darin &theta;(t) ein tatsächlicher Kurs ist, ist &theta;(t-1) der vorherige Kurs, w(t) und &phi;(t) sind Sensorausgabedaten, die bei der Berechnung des tatsächlichen Kurses verwendet werden, und K(t) ist ein Kalman-Verstärkungsfaktor, der eine Variable von 0 < K(t) < 1 ist. Unter Verwendung des vorherigen Kalman- Verstärkungsfaktors K(t-1) wird K(t) durch die folgende Gleichung erhalten:
  • K(t) = (q²(t) + ²(t-1))/(g²(t) + r²(t) + a²(t-1))
  • Die Streuung des geschätzten Kurses wird durch die folgende Gleichung berechnet:
  • (t) = (K(t)r²(t))1/2
  • Wie weiter oben beschrieben wurde, wurden der Durchschnitt und die Streuung des geschätzten Wertes der Kreiselabweichung, der Fehler der Anderungsrate dieses geschätzten Wertes, die Störgrößenkomponente, der Fehler des Kreiselnormierungsfaktors und der Durchschnitt und die Streuung des in der Ausgabe des GPS Empfangsgeräts enthaltenen Fehlers berechnet und gespeichert. Bei der Berechnung des geschätzten Fahrzeugkurses können dann die Streuungen, die in den Ausgabedaten des Kreisels und des GPS Empfangsgeräts enthalten sind, jeweils von den vorher erwähnten gespeicherten Daten berechnet werden, und der geschätzte Kurs kann auf der Grundlage der Daten, die gewichtet worden sind, erhalten werden. Wenn die GPS Kursdaten aus irgendwelchen Gründen nicht erhalten werden können, wird K(t) zu 0 gemacht, und der geschätzte Kurs &theta; wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
  • &theta;(t) = &theta;(t-1) +w(t)
  • Aufgrund dieses geschätzten Kurses und der Entfernungsdaten des Radsensors 141 kann der geschätzte Standort des Fahrzeugs berechnet werden. Es ist selbstverständlich, daß an dieser Stelle ein Kartenangleichverfahren verwendet werden kann, welches einen geschätzten Standort eines Fahrzeugs mit Straßenkartendaten vergleicht, einen Korrelationsgrad bezüglich der Straßenkartendaten bewertet, den geschätzten Standort korrigiert und den tatsächlichen Fahrzeugstandort auf Straßen angibt (Japanische Patent "kokai" Veröffentlichungen JP-A-63-148115 und JP-A-64- 53112).
  • Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden die Experten auf dem Gebiet diesbezüglich verschiedene Modifikationen und Anpassungen erkennen. So können zum Beispiel andere Fehler als die vorher erwähnten, wie ein durch die A/D Umwandlung verursachter Auflösungsfehler, in Betracht gezogen werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Erfassung des Fahrzeugkurses, bestehend aus einem Global-Positioning-System- Empfangsgerät (142) zum Ausgeben von Kursdaten eines Fahrzeugs und einem Kreisel (143) zum Ausgeben der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie weiterhin besteht aus:
einer ersten mit dem Kreisel (143) verbundenen Einrichtung (A) zum Errechnen eines Fehlers eines Abweichungswertes, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143) enthalten ist;
einer zweiten mit der ersten Einrichtung (A) verbundenen Einrichtung (B) zum Errechnen eines Fehlers, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143) enthalten ist, auf der Basis des von der ersten Einrichtung (A) errechneten Fehlers des Abweichungswertes, einer Zeitänderungsrate des Fehlers des Abweichungswertes, multipliziert mit einer vorgegebenen Zeit, und der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143), multipliziert mit einem Fehler eines Normierungsfaktors des Kreisels (143);
einer dritten mit dem Global-Positioning-System- Empfangsgerät (142) verbundenen Einrichtung (C) zum Errechnen eines Fehlers, der in den Kursdaten des Global-Positioning-System-Empfangsgeräts (142) enthalten ist und von mindestens einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt;
einer vierten mit der zweiten Einrichtung (B) und der dritten Einrichtung (C) verbundenen Einrichtung (D) zum Errechnen eines Kalmanfilter- Verstärkungsfaktors durch das Berechnen eines Zuverlässigkeitsgrades der Winkelgeschwindigkeitsdaten aus dem Fehler der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143), der mittels der zweiten Einrichtung (B) errechnet wurde, und eines Zuverlässigkeitsgrades der Kursdaten aus dem Fehler, der mittels der dritten Einrichtung (C) errechnet wurde; sowie
einer fünften mit der vierten Einrichtung (D) verbundenen Einrichtung (E) zum Errechnen eines aktuellen geschätzten Kurses des Fahrzeugs mittels Gewichtungsverarbeitung, auf der Basis des Kalmanfilter-Verstärkungsfaktors, der von den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143) erhaltenen Kursdaten und auch der von dem Global- Positioning-System-Empfangsgerät (142) ausgegebenen Kursdaten.
2. Vorrichtung zur Erfassung des Standorts, bestehend aus einer Meßwertgebereinrichtung (141) zum Erfassen von von einem Fahrzeug zurückgelegten Entfernungen, einem Global-Positioning-System- Empfangsgerät (142) zum Ausgeben der Kursdaten des Fahrzeugs und einem Kreisel (143) zum Ausgeben der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie weiterhin besteht aus:
einer ersten mit dem Kreisel (143) verbundenen Einrichtung (A) zum Errechnen eines Fehlers eines Abweichungswertes, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143) enthalten ist;
einer zweiten mit der ersten Einrichtung (A) verbundenen Einrichtung (B) zum Errechnen eines Fehlers, der in den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143) enthalten ist, auf der Basis des von der ersten Einrichtung (A) errechneten Fehlers des Abweichungswertes, einer Zeitänderungsrate des Fehlers des Abweichungswertes, multipliziert mit einer vorgegebenen Zeit, und der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143), multipliziert mit einem Fehler eines Normierungsfaktors des Kreisels (143);
einer dritten mit dem Global-Positioning-System- Empfangsgerät (142) verbundenen Einrichtung (C) zum Errechnen eines Fehlers, der in den Kursdaten des Global-Positioning-System-Empfangsgeräts (142) enthalten ist und von mindestens einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt;
einer vierten mit der zweiten Einrichtung (B) und der dritten Einrichtung (C) verbundenen Einrichtung (D) zum Errechnen eines Kalmanfilter- Verstärkungsfaktors durch das Berechnen eines Zuverlässigkeitsgrades der Winkelgeschwindigkeitsdaten aus dem Fehler der Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143), der mittels der zweiten Einrichtung (B) errechnet wurde, und eines Zuverlässigkeitsgrades der Kursdaten aus dem Fehler, der mittels der dritten Einrichtung (C) errechnet wurde; sowie
einer fünften mit der vierten Einrichtung (D) verbundenen Einrichtung (E) zum Errechnen eines aktuellen geschätzten Kurses des Fahrzeugs mittels Gewichtungsverarbeitung, auf der Basis des Kalmanfilter-Verstärkungsfaktors, der von den Winkelgeschwindigkeitsdaten des Kreisels (143) erhaltenen Kursdaten und auch der von dem Global- Positioning-System-Empfangsgerät (142) ausgegebenen Kursdaten; sowie
einer Standorterfassungseinrichtung (11), die mit der Meßwertgebereinrichtung (141), dem Global- Positioning-System-Empfangsgerät (142) und dem Kreisel (143) verbunden ist, wobei die Standorterfassungseinrichtung (11) einen aktuellen Standort des Fahrzeugs erfaßt, auf der Basis des aktuellen geschätzten Kurses, der von der fünften Einrichtung (E) errechnet wurde, und der von der Meßwertgebereinrichtung (141) erhaltenen Entfernungen.
3. Vorrichtung zum Erfassen des Standorts nach Anspruch 2, die aus einem mit der Standorterfassungseinrichtung (11) verbundenen Datenspeicher (16), einem mit der Standorterfassungseinrichtung (11) verbundenen Navigationsregler (15), einem mit dem Navigationsregler (15) verbundenen Straßenkartenspeicher (12), einer mit dem Navigationsregler (15) verbundenen Anzeige (17) und einer mit dem Navigationsregler (15) verbundenen Tastatur (18) besteht.
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