DE69728497T2

DE69728497T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines sich bewegenden Objektes

Info

Publication number: DE69728497T2
Application number: DE69728497T
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Cupertino Oshizawa; Toshikazu Cupertino Sakakibara; Noboru San Jose Taniguchi
Original assignee: Horizon Navigation Inc
Current assignee: TomTom International BV
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: EP0844462A2; US6253154B1; EP0844462A3; JP3380727B2; JPH10246642A; CA2221339A1; EP0844462B1; CA2221339C; DE69728497D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Objekts und sie ist besonders für die Korrektur der Winkelgeschwindigkeit, des Versatzfehlers und des Verstärkungsfehlers in einem Navigationssystem nützlich.
Systeme der Technik zum Navigieren eines Fahrzeugs können einen gyroskopischen Sensor verwenden, um die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erfassen. Es ist bekannt, dass jedes dieser Gyroskope mehrere Eigenschaften umfasst, deren tatsächliche Werte für das jeweilige Gyroskop spezifisch sind. Diese gyroskopischen Eigenschaften umfassen einen Versatzfehler für den typisierten Versatz, einen Verstärkungsfehler für die typisierte Verstärkung sowie Rechts- und Linksverstärkungsdifferenzen für die typisierte Rechts- und Linksverstärkung. Diese gyroskopischen Eigenschaften haben zur Folge, dass die Navigationsvorrichtung das Fahrzeug inkorrekt positioniert. Jede dieser gyroskopischen Eigenschaften wird unten beschrieben.
Jedes Gyroskop gibt eine Spannungsausgabe ab, die der Winkelgeschwindigkeit des Objekts (z. B. des Fahrzeugs) entspricht, an dem es befestigt ist. 2 veranschaulicht eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der gyroskopischen Ausgangsspannung und der Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beispielhaft zeigt. Die Winkelgeschwindigkeit (WG) des Fahrzeugs entspricht der Ausgangsspannung des Gyroskops (V_GYRO) minus der typisierten Versatzspannung (V_VERSATZ), dividiert durch die Verstärkung (G):
Jedoch hat jedes Gyroskop einen charakteristischen Versatzfehler. 3 veranschaulicht das Verhältnis zwischen zwei Versatzfehlern und dem typisierten Versatz des Gyroskops. In 3 ist der Versatzfehler 310 positiv, wodurch der große Versatz 320 verursacht wird.
Der Versatzfehler 311 ist negativ, wodurch ein geringer Versatz 321 verursacht wird.
Demgemäß wird die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs besser nicht wie in Gleichung (1), sondern wie in Gleichung (2) und (3) ermittelt:
VGYRO,VERSATZFEHLER = VGYRO + VVERSATZFEHLER (3)
Die Winkelgeschwindigkeit in Bezug auf den Versatzfehler (WG_{VERSATZFEHLER}) entspricht der Spannungsausgabe des Gyroskops in Bezug auf den Versatzfehler (V_{GYRO,VERSATZFEHLER}) minus dem Versatz (V_VERSATZ) dividiert durch die Verstärkung (G). Die Spannungsausgabe einschließlich des Versatzfehlers (V_{GYRO,VERSATZFEHLER}) ist die Summe der Spannungsausgabe des Gyroskops (V_GYRO) und des Versatzfehlers (V_{VERSATZFEHLER}).
Selbst wenn sich das Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt, ermitteln die Systeme des Stands der Technik somit möglicherweise, dass das Fahrzeug nach rechts abbiegt, wenn der charakteristische Versatzfehler positiv ist. Umgekehrt ermitteln die Systeme des Stands der Technik möglicherweise, dass das Fahrzeug nach links abbiegt, wenn der charakteristische Versatzfehler negativ ist. Diese falschen Ermittlungen haben zur Folge, dass Systeme des Stands der Technik das Fahrzeug inkorrekt positionieren.
Des Weiteren weist jedes Gyroskop einen charakteristischen Verstärkungsfehler auf. 4 veranschaulicht das Verhältnis zwischen zwei Verstärkungsfehlern und der typisierten Verstärkung des Gyroskops. Ein großer Verstärkungsfehler ist als der große Verstärkungsfehler 410 eingetragen. Ein kleiner Verstärkungsfehler ist als der kleine Verstärkungsfehler 411 eingetragen. Folglich wird die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs bei Vorhandensein eines Verstärkungsfehlers durch die Gleichungen (4), (5) und (6) anstatt durch Gleichung (1) ermittelt:
GG FEHLER = G × KGFEHLER (5)
Jetzt ist die Winkelgeschwindigkeit in Bezug auf den Verstärkungsfehler (WG_{G FEHLER}) die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Gyroskops (V_GYRO) und der Versatzspannung VERSATZ) dividiert durch die Verstärkung in Bezug auf den Verstärkungsfehler (G_{G FEHLER}. Die Verstärkung in Bezug auf den Verstärkungsfehler (G_{G FEHLER}) ist die typisierte Verstärkung des Gyroskops (G), die mit einem Faktor (K_GFEHLER) im Verhältnis steht. K_{G FEHLER} ist gleich 1, wenn kein Verstärkungsfehler vorliegt, ist jedoch kleiner als 1, wenn die Verstärkung fehlerhafterweise niedrig ist. K_{G FEHLER} ist größer als 1, wenn die Verstärkung fehlerhafterweise hoch ist.
Das Vorhandensein des charakteristischen Verstärkungsfehlers hat zur Folge, dass die Vorrichtung des Stands der Technik die Position des Fahrzeugs inkorrekt erfasst und ermittelt. Wenn das Fahrzeug beispielsweise in einem Winkel von 90° abbiegt, ermittelt ein System mit einem großen Verstärkungsfehler, dass das Fahrzeug in einem Winkel von mehr als den tatsächlichen 90° abgebogen ist. Ebenso ermittelt ein System mit einem kleinen Verstärkungsfehler, dass das Fahrzeug in einem Winkel von etwas weniger als den tatsächlichen 90° abgebogen ist.
Als letztes Beispiel wird die Differenz hinsichtlich des charakteristischen Verstärkungsfehlers des Gyroskops zwischen Rechts- und Linksbewegungen des Fahrzeugs betrachtet. 4 veranschaulicht das Verhältnis des Rechts-Links-Differenzverstärkungsfehlers in Bezug auf die typisierte Verstärkung eines Gyroskops. Bei einem Fahrzeug, das um m Grad/sek nach links und danach um m Grad/sek nach rechts abbiegt, erfasst ein System, das sich nicht an den Rechts-Links-Differenzverstärkungsfehler anpasst, jeweils für die Links- und Rechtsabbiegung unterschiedliche absolute Werte ¦n'¦ und ¦n''¦.
Demgemäß besteht ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung, das bzw. die einen charakteristischen Fehler in einem Gyroskop, einschließlich des Versatzfehlers, des Verstärkungsfehlers und des Rechts-Links-Differenzverstärkungsfehlers, erfasst.
Ebenfalls besteht ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung, das bzw. die einen charakteristischen Fehler in einem Gyroskop, einschließlich des Versatzfehlers, des Verstärkungsfehlers und des Recht-Links-Differenzverstärkungsfehlers, kompensiert.
In US-Patent Nr. 5,404,307 (April 1995) beschreibt Odagawa eine Navigationsvorrichtung, die Daten von einem Winkelgeschwindigkeitsdetektor mit Daten von einem Azimutdetektor korrigiert. Ebenso beschreibt Masumoto et al. in US-Patent Nr. 5,424,953 (Juni 1995) eine Navigationsvorrichtung, die Daten von einem Winkelgeschwindigkeitsdetektor mit Daten von einem Azimutdetektor korrigiert.
Wenn das Gyroskop jedoch unterschiedliche Verstärkungen für Rechts- und Linksabbiegungen aufweist, kann das Navigationssystem von Odagawa keine Korrekturen ausführen, so dass der Verstärkungskorrekturwert sowohl für Rechts- als auch für Linksabbiegungen akkurat ist.
Des Weiteren versucht Masumoto die geradlinige Bewegung eines Fahrzeugs unter Verwendung der Ausgabe eines Winkelgeschwindigkeitssensors und eines Richtungserfassungssensors zu erfassen. Wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor jedoch einen Versatzfehler aufweist, arbeitet die Vorrichtung von Masumoto inkorrekt.
Sowohl bei der Vorrichtung von Odagawa als auch bei der Vorrichtung von Masumoto ist eine Kompensation für den Verstärkungsfehler vor der ersten Ermittlung des Verstärkungsfehlerkorrekturwerts und nach dem Einschalten des Systems nicht möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln der Position eines Objekts geschaffen, wobei das Verfahren das Korrigieren eines Verstärkungsfehlers eines Winkelgeschwindigkeitsdetektors mittels eines Azimutdetektors, der sich vom Winkelgeschwindigkeitsdetektor unterscheidet, und das Ermitteln der Position des sich bewegenden Körpers anhand der Verstärkungsfehler-korrigierten Winkelgeschwindigkeit umfasst,
wobei der Schritt des Korrigierens eines Verstärkungsfehlers das Ermitteln des Verstärkungsfehlers als Mittelwert von Verstärkungsfehlern über eine vorbestimmte Anzahl von Abbiegungen beinhaltet.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Objekts unter Verwendung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben ist.
Die Korrektur des Versatzfehlers umfasst die Prüfung des Azimuts und der Bewegung des Objekts für drei vorherbestimmte Zeitperioden und daraufhin die Prüfung, ob sich das Objekt während jeder der drei vorherbestimmten Zeitperioden auf einer geraden Linie bewegt hat. Wenn sich das Objekt während jeder der drei vorherbestimmten Zeitperioden auf einer geraden Linie bewegt hat, wird daraufhin unter Verwendung von Daten aus der zweiten der drei vorherbestimmten Zeitperioden ein Versatzfehlerkorrekturwert errechnet.
Die Korrektur des Verstärkungsfehlers umfasst die Ermittlung der Bewegung des Objekts als geradlinige Bewegung; daraufhin die Ermittlung der Bewegung des Objekts als Abbiegung; und daraufhin wieder die Ermittlung der Bewegung des Objekts als geradlinige Bewegung. Wenn die Abbiegung eine Linksabbiegung war, wird ein Links-Verstärkungsfehlerkorrekturwert errechnet. Entsprechend wird, wenn die Abbiegung eine Rechtsabbiegung war, ein Rechts-Verstärkungsfehlerkorrekturwert errechnet.
Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen offenbaren die Erfindung beispielhaft, die durch die angehängten Ansprüche gekennzeichnet ist, deren Bedingungen den Umfang des hierdurch übertragenen Schutzes festlegen.
In den Zeichnungen:
ist 1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugnavigationssystems zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung;
veranschaulicht 2 eine Zeichnung, die das Verhältnis zwischen der gyroskopischen Ausgangsspannung und der Winkelgeschwindigkeit eines Fahrzeugs beispielhaft zeigt;
veranschaulicht 3 das Verhältnis zwischen dem Versatzfehler und dem typisierten Versatz eines Gyroskops;
veranschaulicht 4 das Verhältnis zwischen dem Verstärkungsfehler und der typisierten Verstärkung eines Gyroskops;
veranschaulicht 5 die Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in Bezug auf Nord und Ost ausgehend von den Daten eines GPS und die Ermittlung des Azimuts des Fahrzeugs unter Verwendung dieser Daten;
zeigt 6 eine Reihe von Azimutwerten für eine Neunzig-Grad-Abbiegung nach links;
veranschaulicht 7 die Durchschnittsermittlung einer Anzahl von Azimutwerten A_n, um einen durchschnittlichen Azimutwert zu ergeben;
veranschaulicht 8 ein Verfahren zur Ermittlung, ob sich ein Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt;
veranschaulichen 9A und 9B den Vorteil einer wiederholten Prüfung neuer durchschnittlicher Azimutwerte in Bezug auf einen protokollierten Grenzwert;
veranschaulichen 10A und 10B die Verwendung von durchschnittlichen Azimutwerten, um den Winkel einer Abbiegung akkurat zu ermitteln;
zeigt 11 den Datenfluss zur Ermittlung der korrigierten Winkelgeschwindigkeit WG_KORRIGIERT;
veranschaulicht 12 die Ermittlung des Versatzkorrekturwertes;
veranschaulicht 13 die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeitskorrektur;
veranschaulichen 14A und 14B die Ermittlung des Verstärkungsfehlerkorrekturwertes; und
veranschaulicht 15 das Verhältnis zwischen dem Rechts-Links-Differenzverstärkungsfehler und der typisierten Verstärkung eines Gyroskops.
1 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugnavigationssystems 100 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die Sensoren 112 bis 116 sowie der GPS-Empfänger 118 sind über die Sensor-GPS-Schnittstelle 130 mit dem Berechnungsmittel 120 gekoppelt. Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Meilensensor 112 einen Tachometerzähler, der Winkelgeschwindigkeitssensor 114 umfasst ein Gyroskop oder einen Differenztachometerzähler, der mit den Rädern des Fahrzeugs gekoppelt ist, und der geomagnetische Sensor 116 umfasst normalerweise einen Magnetkompass, der in dem Fahrzeug montiert ist. Ein Datenempfänger 118 eines globalen Positionierungssystems (GPS) ist zum Empfang von Signalen beispielsweise von einem satellitenbasierten Navigationssystem bereitgestellt. Daten von der Sensor-GPS-Schnittstelle 130 werden zur Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 140 gesendet, die Kalibrierungs-, Signalverarbeitungs-, ungefähren Berechnungs-, Fahrzeugpositionierungs- und Wegstreckenführungsfunktionen ausführt.
Eine Datenbank, die Landkarteninformationen enthält, kann im Speichermedium 150 gespeichert werden, wobei der Betrieb des Berechnungsmittels 120 von Software angewiesen wird, die zur Ausführung durch die Zentralverarbeitungseinheit 140 im Festwertspeicher (ROM) 161 oder im Direktzugriffsspeicher 162 gespeichert ist. Der Direktzugriffsspeicher (RAM) 162 ermöglicht des Weiteren das Lesen und Schreiben der Informationen, die für die Ausführung solcher Softwareprogramme erforderlich sind. Das Speichermedium 150 kann ein Festplattenlaufwerk, eine CD-ROM oder einen integrierten Schaltkreis umfassen, auf dem digitalisierte Landkarteninformationen gespeichert wurden, oder es kann eine Schnittstelle zu einem externen Speichermedium (nicht gezeigt) umfassen.
Der Ausgabekontroller 170, der einen Grafikkontroller umfassen kann, empfängt Daten, die von der Zentralverarbeitungseinheit 140 verarbeitet wurden, und überträgt diese Daten zur Ausgabekommunikationsvorrichtung 180, die normalerweise einen Anzeigebildschirm umfasst. Der Benutzer kann über die Benutzerschnittstelle 190, die typischerweise eine Tastatur umfasst, Daten, wie beispielsweise ein gewünschtes Ziel, eingeben.
Die Landkartendatenbank, die in dem Speichermedium 150 gespeichert ist, umfasst vorzugsweise Positionsdaten, wie beispielsweise Längengrad- und Breitengradkoordinaten, um Straßenkreuzungen, Straßensegmente, Denkmäler, interessante Orte und andere geografische Informationen zu beschreiben. Die Datenbank kann des Weiteren Daten umfassen, die Eigenschaften der Straßen oder Orte auf der Landkarte, wie beispielsweise Straßen- und Ortsnamen, Straßenmerkmale (beispielsweise Trennstreifen, Einbahnstraßenbeschränkungen, Straßenbelag, Geschwindigkeitsbeschränkung, Form und Höhe) und andere Eigenschaften darstellen. Unter Verwendung der Daten, die in der Landkartendatenbank gespeichert sind, erzeugt das Fahrzeugnavigationssystem 100 eine oder mehrere mögliche Positionen des Fahrzeugs, indem es die ungefähr berechnete Position mit den Straßensegmenten, Kreuzungen und anderen geografischen Positionen, die in der Datenbank gespeichert sind, vergleicht. Das System filtert daraufhin die Gruppe der Positionsmöglichkeiten und wählt unter den verbleibenden Positionsmöglichkeiten eine Position aus, die für die gegenwärtige Position des Fahrzeugs gehalten wird.
Überblick
In der folgenden Beschreibung werden die Ermittlung des charakteristischen Versatzfehlers eines Gyroskops und die Korrkektur des Versatzfehlers sowie die Ermittlung des charakteristischen Verstärkungsfehlers eines Gyroskops und die Korrkektur des Verstärkungsfehlers offenbart. Des Weiteren wird die Ermittlung des Differenzverstärkungsfehlers für Rechts- und Linksabbiegungen sowie die Korrektur desselben offenbart. Durch Integrieren der Korrekturen des Versatzfehlers und des (Rechts- und Links-) Verstärkungsfehlers in die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit kann die Winkelgeschwindigkeit des Objekts ermittelt werden. Jede dieser Ermittlungen wird unten erklärt, beginnend mit der Ermittlung und Korrektur des charakteristischen Versatzfehlers.
Ermittlung des Versatzfehlerkorrekturwertes
12 veranschaulicht ein Verfahren zur Ermittlung des Wertes zur Korrektur des charakteristischen Versatzfehlers eines Gyroskops, das an einem Fahrzeug montiert ist. Die ersten Schritte bestehen darin, die Azimut- und geradlinige Bewegung des Fahrzeugs dreimal zu prüfen, siehe Schritt 1205, 1210, 1215. Wenn sich das Fahrzeug bei jeder der drei Prüfungen geradeaus bewegte, siehe Schritt 1220, wird ein Korrekturwert für den Versatzfehler errechnet, siehe Schritt 1225, und für die spätere Verwendung gespeichert, siehe Schritt 1230. Jeder dieser Schritte wird unten ausführlicher beschrieben.
Erfassung des Azimuts des Fahrzeugs
Bei einer Ausführungsform verwendet ein System, in das die Erfindung integriert ist, ein globales Positionierungssystem (GPS) oder ein anderes Funkpositionierungssystem als Azimuterfassungsverfahren für ein Fahrzeug. Wie in 5 veranschaulicht, kann das System ausgehend von den Daten vom GPS-Empfänger die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs 530 in Bezug auf die Nord- und Ostausrichtung ermitteln und den Azimut 510 des Fahrzeugs unter Verwendung dieser Daten erfassen. Das Achteck 520 zeigt die Position an, die vom GPS ausgegeben wird, und der Pfeil 510 zeigt den Azimut an. Somit kann das System gemäß Schritt 1205 bis 1215 die Azimutwerte des Fahrzeugs prüfen.
Jedoch ist die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Positionen des Fahrzeugs, die vom GPS erfasst werden, bei niedrigen Geschwindigkeiten gering.
Tatsächlich kann die Differenz sogar unter einen Wert fallen, bei dem das GPS Werte erfassen kann. Bei der Bestrebung einer verbesserten Genauigkeit ignoriert das System 100 daher den Azimut, der vom GPS erfasst wird, wenn sich das Fahrzeug langsamer als eine vorherbestimmte Geschwindigkeit bewegt.
Erfassung der Abbiegung des Fahrzeugs
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Navigationssystem, in das ein Gesichtspunkt der Erfindung integriert ist, das Abbiegen eines Fahrzeugs 530 erfassen, indem eine Reihe von Azimutwerten geprüft werden und daraufhin der geometrische Ort der Reihe abgeleitet wird. 6 zeigt eine Reihe von Azimutwerten für eine Neunzig-Grad-Abbiegung nach links.
Erfassung der Geradeausbewegung des Fahrzeugs
Andererseits ermittelt ein System, in das ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung integriert ist, unter Verwendung eines dreifachen Prüfungsverfahrens, ob sich das Fahrzeug geradeaus bewegt. 12 bietet einen Überblick über dieses Verfahren und 8 veranschaulicht dieses dreifache Prüfungsverfahren ausführlicher. Das System erfasst Azimutwerte für eine vorherbestimmte Zeitperiode, siehe Schritt 805. Wenn alle erfassten Azimutwerte innerhalb eines vorherbestimmten Grenzwertes des durchschnittlichen Azimutwertes liegen, erkennt das System die Möglichkeit, dass sich das Fahrzeug während der Erfassungszeitperiode auf einer geraden Linie bewegte, siehe Schritt 810. Bei dem zweiten Schritt erfasst das System wiederum Azimutwerte für eine zweite vorherbestimmte Zeitperiode, siehe Schritt 815. Jedoch fährt das System fort, die Möglichkeit einer geradlinigen Bewegung zu erkennen, wenn der Durchschnitt der während der zweiten vorherbestimmten Zeitperiode erfassten Azimutwerte innerhalb eines vorherbestimmten Grenzwertes des durchschnittlichen Azimutwertes der ersten vorherbestimmten Zeitperiode liegt, siehe Schritt 820. Schließlich erfasst das System bei der dritten Prüfung wiederum Azimutwerte für eine dritte vorherbestimmte Periode, siehe Schritt 825. Das System folgert schließlich, dass sich das Fahrzeug während der drei Perioden auf einer geraden Linie bewegte, siehe Schritt 840, wenn der Durchschnitt der Azimuterfassungen der dritten vorherbestimmten Periode innerhalb eines vorherbestimmten Grenzwertes des durchschnittlichen Azimutwertes der ersten vorherbestimmten Periode liegt, siehe Schritt 830.
Auf diese Weise können die Prüfungen für eine geradlinige Bewegung und die Ermittlung einer geradlinigen Bewegung für drei Zeitperioden aus 12 erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform folgen die erste, zweite und dritte vorherbestimmte Periode unmittelbar aufeinander und weisen eine gleiche Dauer auf. Ebenso sind die Grenzwerte für Durchschnittswerte für die zweite und dritte Periode identisch mit der ersten, obwohl eine gewisse Entspannung zulässig ist. Während das beschriebene Verfahren drei Zeitperioden verwendet, kann schliesslich jede Anzahl von Zeitperioden, die größer als oder gleich zwei ist, verwendet werden.
7 veranschaulicht die Durchschnittsermittlung einer Anzahl von Azimutwerten A_n zur Erzeugung eines durchschnittlichen Azimutwertes A_durchschn sowie die Prüfung des durchschnittlichen Azimutwertes in Bezug auf einen Grenzwert. Gleichung (7) stellt die Durchschnittsermittlung mathematisch dar:
9A und 9B veranschaulichen einen Vorteil der wiederholten Prüfung neuer Azimutdurchschnittswerte in Bezug auf protokollierte Durchschnittswerte. In 9A wird der Durchschnittswert der zweiten Erfassung von Azimuten, A_durchschn2, dazu verwendet, zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug während der zweiten Zeitperiode noch geradeaus bewegte. Ebenso wird der Durchschnittswert der dritten Erfassung von Azimuten, A_durchschn3, dazu verwendet, zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug während der dritten Zeitperiode geradeaus bewegte. Obwohl jeder der Azimutdurchschnittswerte (z. B. A_durchschn3) innerhalb des Grenzwertes des unmittelbar vorhergehenden Azimutdurchschnittswertes (z. B. A_durchschn2) fällt, wodurch angezeigt wird, dass sich das Fahrzeug linear bewegt, ist es, wie ersichtlich, möglich, dass das Fahrzeug tatsächlich abbiegt. Im Gegensatz dazu veranschaulicht 9B für dieselbe Abbiegung, dass unter Verwendung eines protokollierten Azimutdurchschnittswertes (z. B. A_durchschn1) eine Vermeidung falscher Ermittlungen einer linearen Bewegung unterstützt wird.
Ermittlung des Versatzkorrekturwertes
Weiter oben wurden ein System und ein Verfahren beschrieben, die erfassen, ob sich ein Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt. Weiter unten wird die Verwendung der Erfassung der geradlinigen Bewegung zur Ermittlung eines Versatzfehlerkorrekturwertes beschrieben.
Wenn sich ein Fahrzeug (das ein Navigationssystem enthält), das ein Gyroskop enthält, geradeaus bewegt, beträgt die bevorzugte Ausgangsspannung des Gyroskops V_VERSATZ Wenn die Ausgangsspannung des Gyroskops nicht V_VERSATZ beträgt, stellt die Spannungsdifferenz einen Versatzfehler dar, der korrigiert werden sollte. Gleichung (8) gibt den Versatzfehler und somit den Versatzfehlerkorrekturwert an, wie in Schritt 1225 gezeigt: VVERSATZFEHLER = VGYRO DURCHSCHN.2 – VVERSATZ (8)wobei V_{GYRO DURCHSCHN.2} die Durchschnittsspannung ist, die aus der zweiten der drei Zeitperioden (Schritt 815) erhalten wird und für die Ermittlung, dass sich das Fahrzeug geradeaus bewegte, verwendet wird (siehe Schritt 840).
Ermittlung des Verstärkungskorrekturwertes
Ein Navigationssystem, das eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst, kann einen Verstärkungsfehler ermitteln und kompensieren, wie hierin beschrieben. 14A und 14B veranschaulichen ein Verfahren zur Ermittlung eines Verstärkungsfehlerkorrekturwertes. Wenn das System erfasst, dass sich das Fahrzeug zuerst geradeaus bewegte, siehe Schritt 1405, dann abbog, siehe Schritt 1415, sich dann wieder geradeaus bewegte, siehe Schritt 1455, 1420, kann das System ausgehend vom GPS einen genauen Winkel für die Abbiegung ermitteln. Das System verwendet die Bewegungsazimutwerte von den geradlinigen Bewegungen vor und nach der Abbiegung, siehe Schritt 1405, 1455.
10A und 10B veranschaulichen die Verwendung von durchschnittlichen Azimutwerten zur exakten Ermittlung des Winkels einer Abbiegung. Die Positionsachtecke 1010 stellen die tatsächlichen Azimutwerte des sich bewegenden Fahrzeugs dar. Vor der Abbiegung von der Beta-Straße in die Alpha-Straße, die in 10A veranschaulicht ist, bewegt sich das Fahrzeug auf der Beta-Straße mit einem durchschnittlichen Azimutwert A_vorher. (Siehe 10A und 10B). Entsprechend stellt der durchschnittliche Azimutwert A_nachher (10A und 10B) die Bewegung des Fahrzeugs nach Beendigung der Abbiegung dar. Durch Projektion des durchschnittlichen Azimutwertes A_vorher zur Anzeige von null Grad in Bezug auf etwaige nachfolgende Abbiegungen, 10B, kann das Navigationssystem ermitteln, dass der durchschnittliche Azimutwert A_nachher eine Abbiegung von +90° in Bezug auf den durchschnittlichen Azimutwert A_vorher darstellt.
Während der Abbiegung sammelt das Navigationssystem Winkelgeschwindigkeitswerte vom Gyroskop im Fahrzeug, siehe Schritt 1415. Diese Winkelgeschwindigkeiten wurden hinsichtlich des Versatzfehlers, wie hierin beschrieben, korrigiert. Während der Abbiegung errechnet das Navigationssystem den Winkel der Abbiegung (θ) durch Integrieren dieser versatzfehlerkorrigierten Winkelgeschwindigkeitswerte, siehe Schritt 1415. (Das System errechnet den Verstärkungsfehlerkorrekturwert nicht vor der Ermittlung des Versatzkorrekturwertes, um eine inkorrekte Ermittlung des Verstärkungsfehlerkorrekturwertes in Bezug auf den Versatzfehler zu vermeiden. Siehe Schritt 1425.)
Der Verstärkungsfehlerkorrekturwert K_{G FEHLER} wird wie folgt ermittelt:
wobei θ der Winkel der Abbiegung ist, der durch Integration der versatzfehlerkorrigierten Winkelgeschwindigkeit, die vom Gyroskop stammt, errechnet wird, A_nachher der durchschnittliche Azimutwert nach der Abbiegung ist, der vom GPS stammt, und A_vorher der durchschnittliche Azimutwert vor der Abbiegung ist, der ebenfalls vom GPS stammt. Siehe Schritt 1435, 1440.
Der Nenner der Gleichung (9), d. h. der Winkel, den das Fahrzeug bei der Abbiegung beschreibt, kann von groß bis zu relativ klein reichen. Wenn die Differenz zwischen den durchschnittlichen Azimutwerten von vorher und nachher relativ klein ist, enthält K_{G FEHLER} demgemäß einen relativ großen Fehler (verglichen mit größeren Abbiegungen). Um dieses Problem zu vermeiden, berechnet das Navigationssystem K_{G FEHLER} nicht, wenn der Abbiegungswinkel kleiner als ein vorherbestimmter Winkel ist.
Alternativ ermittelt das Navigationssystem K_{G FEHLER} als Durchschnittswert in Bezug auf eine vorherbestimmte Anzahl von Abbiegungen.
Bei einem Gyroskop, dessen Verstärkung sich nicht plötzlich ändert, kann der Verstärkungsfehlerkorrekturwert (K_{G FEHLER}) in einer anderen Alternative, wie hierin beschrieben, errechnet werden. Wenn K₁ und K₂ vorherbestimmte Grenzwerte sind und wenn
dann wird K_VERST.FEHLER um einen vorherbestimmten Wert erhöht. Entsprechend, wenn
dann wird K_G
FEHLER um einen vorherbestimmten Wert verringert. Wenn das Verhältnis zwischen θ, A_nachher, A_vorher und K_{G FEHLER} anders beschaffen ist, wird K_{G FEHLER} nicht geändert. K_G
FEHLER wird anfänglich auf null eingestellt.
Klassifikation der Verstärkung für Rechtsabbiegungen und Linksabbiegungen
Der Verstärkungsfehlerkorrekturwert wird für Rechts- und Linksabbiegungen unabhängig ermittelt, siehe Schritt 1430 bis 1440.
Korrektur der Winkelgeschwindigkeit
Ein Navigationssystem, das noch eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst, korrigiert die gyroskopische Ausgangsspannung der Winkelgeschwindigkeit für den Versatzfehler und den Verstärkungsfehler, wie hierin beschrieben. Die Winkelgeschwindigkeit wird gemäß der Formel in Gleichung (12) korrigiert:
Im Fall von Rechtsabbiegungen: KG FEHLER = KRECHTS G FEHLER (13)wobei K_{RECHTS G FEHLER} der Verstärkungsfehlerkorrekturwert für Rechtsabbiegungen ist.
Entsprechend für Linksabbiegungen: KG FEHLER – KLINKS G FEHLER (14)wobei K_{LINKS G FEHLER} der Verstärkungsfehlerkorrekturwert für Linksabbiegungen ist.
11 zeigt den Datenfluss zur Ermittlung der korrigierten Winkelgeschwindigkeit WG_KORRIGIERT. 11 errechnen die Berechnungseinheiten 1110, 1111 die durchschnittlichen Azimutwerte jeweils vor (A_vorher) und nach (A_nachher) einer Abbiegung unter Verwendung von GPS oder ähnlichen Daten. Diese Werte sind die Eingaben für die Berechnungseinheit 1112. Die Ausgabe der Berechnungseinheit 1112 ist eine Nennereingabe für die Berechnungseinheit 1113.
Die Ausgangsspannung des Gyroskops (V_GYRO) ist eine Eingabe in die Berechnungseinheit 1115, die den Versatzkorrekturwert (V_{VERSATZFEHLER}) errechnet, wenn das System eine geradlinige Bewegung erfasst (d. h. wenn der Schalter 1140 geschlossen ist). Die Berechnungseinheit 1114 errechnet die korrigierte Ausgangsspannung des Gyroskops (V_GYRO – V_{VERSATZFEHLER}) in Bezug auf die Ausgangsspannung des Gyroskops (V_GYRO) und die Ausgabe der Berechnungseinheit 1115 als Eingaben.
Die korrigierte Ausgangsspannung des Gyroskops ist eine Eingabe in die Berechnungseinheit 1116, die die Winkelgeschwindigkeit (WG_{MIT VERSTÄRKUNGSFEHLER}) errechnet. Die Ausgabe der Berechnungseinheit 1116 ist eine Eingabe sowohl in die Berechnungseinheit 1117 als auch in die Berechnungseinheit 1118.
Die Berechnungseinheit 1117 errechnet den Winkel θ einer Abbiegung für die Eingabe als Nennereingabe in die Berechnungseinheit 1113.
Die Ausgabe der Berechnungseinheit 1113 ist eine Eingabe in die Berechnungseinheit 1119, die die Verstärkungsfehlerkorrekturwerte (K_{G FEHLER}) für Rechts- und Linksabbiegungen errechnet. Der Schalter 1141 ist geschlossen, wenn vor und nach einer Abbiegung eine geradlinige Bewegung erfasst wird.
Schließlich werden die Ausgaben der Berechnungseinheit 1119 und der Berechnungseinheit 1116 in die Berechnungseinheit 1118 für eine Division eingegeben. Die Ausgabe der Berechnungseinheit 1118 ist die gewünschte korrigierte Winkelgeschwindigkeit (WG_KORRIGIERT), die Winkelgeschwindigkeit in Bezug auf den Verstärkungsfehler, der mit dem Verstärkungsfehlerkorrekturwert im Verhältnis steht.
Korrektur unmittelbar nach dem Einschalten.
Der Verstärkungsfehlerkorrekturwert (K_{G FEHLER}) wird im Speicher (1130) gespeichert, so dass die Winkelgeschwindigkeit (WG_KORRIGIERT) beim Einschalten des Navigationssystems korrigiert werden kann.
Die hierin beschriebenen Anordnungen sind nicht nur für Gyroskope, sondern für alle Winkelgeschwindigkeitserfassungssensoren nützlich. Des Weiteren sind sie nicht nur für die Verwendung in dem globalen Positionierungssystem, sondern für alle Azimuterfassungssensoren und für jeden beweglichen Körper, nicht nur für Fahrzeuge, nützlich.
Im Gegensatz zu US-Patent Nr. 5,404,307 an Odagawa sind die hierin beschriebenen Anordnungen in der Lage, Rechts- und Linksabbiegungs-Verstärkungsfehler differenziell zu korrigieren.
Im Gegensatz zu US-Patent Nr. 5,424,953 an Masumoto können die vorliegenden Anordnungen die Bewegung eines Fahrzeugs auf gerader Linie unter ausschließlicher Verwendung von GPS-Daten (oder ähnlichen Daten) erfassen, sogar wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor einen Versatzfehler aufweist.
Schließlich wird die Korrektur von Daten, die vom Gyroskop stammen, unmittelbar beim Einschalten des Systems möglich gemacht, indem vor dem vorhergehenden Abschalten des Systems ein Korrekturwert gespeichert wird.
Selbstverständlich kann der Programmcode für solch eine Software, wie sie hierin offenbart ist, in seiner statischen Form auf einer magnetischen, optischen oder andersartigen Platte, auf einem Magnetband oder einem anderen Medium, das eine Medienbewegung zur Speicherung und/oder zum Abrufen erfordert, in einem Festwertspeicher, in einem Direktzugriffsspeicher oder in einem anderen Datenspeichermedium vorliegen. Dieses Datenspeichermedium kann einstückig mit einem Computersystem sein oder es kann in dieses eingeführt werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Position eines Objekts, wobei das Verfahren das Korrigieren eines Verstärkungsfehlers eines Winkelgeschwindigkeitsdetektors (114) mittels eines Azimutdetektors (116), der sich vom Winkelgeschwindigkeitsdetektor unterscheidet, und das Ermitteln der Position des sich bewegenden Körpers anhand der Verstärkungsfehler-korrigierten Winkelgeschwindigkeit umfasst, wobei der Schritt des Korrigierens eines Verstärkungsfehlers das Ermitteln des Verstärkungsfehlers als ein Mittelwert von Verstärkungsfehlern über eine vorbestimmte Anzahl von Abbiegungen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Korrigierens eines Verstärkungsfehlers das Ermitteln von Bewegung des Objekts als Gerade, dann Ermitteln der Bewegung des Objekts als Abbiegung, dann Ermitteln der Bewegung des Objekts wieder als Gerade und Errechnen eines Links-Verstärkungsfehlerkorrekturwertes beinhaltet, wenn die Abbiegung eine Linksabbiegung war, und eines Rechts-Verstärkungsfehlerkorrekturwertes, wenn die Abbiegung eine Rechtsabbiegung war.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Korrigierens eines Verstärkungsfehlers das Ermitteln des Verstärkungsfehlers als das Verhältnis zwischen einem Winkel einer Abbiegung gemäß Ermittlung durch den Winkelgeschwindigkeitsdetektor und dem Winkel der Abbiegung gemäß Ermittlung anhand der Differenz zwischen den durchschnittlichen Azimuts vor und nach der Abbiegung gemäß Ermittlung durch den Azimutdetektor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Korrigierens eines Verstärkungsfehlers eines Winkelgeschwindigkeitsdetektors das Korrigieren eines Verstärkungsfehlers eines Gyroskops beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt des Korrigierens eines Versatzfehlers eines zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektors mittels eines zweiten Azimutdetektors, der sich vom ersten Winkelgeschwindigkeitsdetektor unterscheidet, wobei der Schritt des Ermittelns das Ermitteln der Position des sich bewegenden Körpers anhand der Versatzfehler- und Verstärkungsfehler-korrigierten Winkelgeschwindigkeit beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Korrigierens eines Versatzfehlers das Prüfen von Azimut und Bewegung des Objekts für wenigstens zwei vorbestimmte Zeitperioden, Prüfen, ob sich das Objekt in jeder der wenigstens zwei vorbestimmten Zeitperioden in einer geraden Linie bewegte, und das Berechnen eines Versatzfehlerkorrekturwertes anhand der Daten von der zweiten der wenigstens zwei vorbestimmten Zeitperioden beinhaltet, wenn sich das Objekt in jeder der wenigstens zwei vorbestimmten Zeitperioden in einer geraden Linie bewegte.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Korrigierens eines Verstärkungsfehlers Folgendes beinhaltet: Ermitteln der Bewegung als Gerade, dann Ermitteln der Bewegung des Objekts als Abbiegung, dann Ermitteln der Bewegung des Objekts wieder als Gerade und Errechnen eines Links-Verstärkungsfehlerkorrekturwertes, wenn die Abbiegung eine Linksabbiegung war, und Errechnen eines Rechts-Verstärkungsfehlerkorrekturwertes, wenn die Abbiegung eine Rechtsabbiegung war.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Azimutdetektor und der zweite Azimutdetektor dieselben sind.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Winkelgeschwindigkeitsdetektor und der zweite Winkelgeschwindigkeitsdetektor dieselben sind.
Vorrichtung zum Ermitteln der Position eines Objektes unter Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche.