JP2016505831A - 慣性ナビゲーションシステムの為のスタート位置としての参照位置の決定の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、慣性ナビゲーションシステム（３６）のスタート位置（４０）の為のベース位置としての参照位置（４６）の決定の為の方法であって、車両（２）のスタート位置（４０）と相対的位置変化（１６）から車両（２）の位置特定を行うよう形成されているものに関する。発明に従い、本方法が、車両（２）の周辺条件（５２）を検出すること、検出した周辺条件（５２）の場所における車両（２）の位置（３４，１８）を決定すること、および、決定された位置（３４，１８）を、参照位置（４６）として検出された周辺条件（５２）に分類することを含むことが提案される。

Description

本発明は、慣性ナビゲーションシステムの為のスタート位置としての参照位置の決定の為の方法、決定された参照位置に基づいて慣性ナビゲーションシステムを作動させるための方法、決定された参照位置に基づいてナビゲーションシステムのマップを記録するための方法、本方法を実施するための制御装置および該制御装置を有する車両に関する。

特許文献１から、既に存在するセンサー値を改善する、または新たなセンサー値を生成し、これによって検出可能な情報を向上させるために、車両内で様々なセンサー値が使用されることが公知である。

国際公開第２０１１／０９８３３３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０２９１４８Ａ１号明細書

本発明の課題は、情報向上の為の複数のセンサー値の利用を改善することである。

この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。好ましい発展形は従属請求項の対象である。本発明の観点に従い、スタート位置及び車両の相対的な位置変化から車両の位置特定を行うよう形成されている慣性ナビゲーションシステムの為のスタート位置の為のベース位置としての参照位置の決定の為の方法は、以下のステップ、つまり車両の周りの周辺条件を検出するステップ、検出された周辺条件の場所における車両の位置を決定するステップ、および検出された周辺条件に対する参照位置として決定された位置を分類するステップを有している。

上述した方法は、慣性ナビゲーションシステムは、一つの空間内を移動する車両のようなオブジェクトの位置変化を決定するためのセンサーシステムであるという考察に基づく。よって、オブジェクトの絶対的な位置の決定の為に、オブジェクトのスタート位置が、リファレンス位置として必要である。オブジェクトの絶対的な位置を決定するために、ここからのオブジェクトの位置変化が監視される。

このスタート位置を決定するために、上述した方法の枠内で、既知の絶対的位置において既知の周辺状態に基づいて車両を検出することが可能である、既知の絶対的位置における参照位置を使用することが提案される。その際、本方法の実施の為には、どの絶対的位置が参照位置として、この絶対的位置におけるどの周辺条件がこれら参照位置に分類されるかについては関心が無い。その際、重要であるのは、単に、車両のための周辺条件が検出可能であり、そしてこれに一つの一義的な参照位置が分類され、この参照位置を慣性ナビゲーションシステムが車両の位置を特定するためのリファレンス位置として使用することが可能であるということである。このようにして検出された参照位置は、例えば直接、スタート位置として使用されることが可能であろう。しかし代替として、例えば、すでに知られているスタート位置が、参照位置に基づいて較正される必要があるとき、参照位置は、スタート位置の計算の為に使用されることも可能であろう。

このようにして、車両は、例えば衛星ナビゲーションシステムのような絶対的に位置特定するナビゲーションシステムに依存せず、そして例えば作動故障による衛星の故障のような場合、またはトンネル下での衛星信号の停止のような場合に引き続いて作動されることが可能であろう。

特に有利な方法においては、スタート位置は、車両の位置に基づいて、参照位置の直接または間接の補正によって決定されることができる。これは、衛星ナビゲーションシステムによって決定される。直接的な補正とは、その際、参照位置が、衛星ナビゲーションシステムからの位置によって中間ステップ無しに直接演算されることを意味する。間接的な補正とは、その際、参照位置が、その前に例えば他の位置によって演算され、その際、結果が、衛星ナビゲーションシステムの位置によって演算されることを意味する。

車両の位置特定の為に衛星ナビゲーションシステムと慣性ナビゲーションシステムがリンクされるそのようなローカライゼーションシステムまたは位置特定システムは、弱連結（ｌｏｏｓｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）ＧＮＳＳシステム、強連結（ｔｉｇｈｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）ＧＮＳＳシステム又は深連結（ｄｅｅｐｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）ＧＮＳＳシステムとして公知である。しかしこれら全て、慣性ナビゲーションの枠内で走行ダイナミクスセンサーによって相対的なローカライゼーションのみしか改善されることができないという問題を有している。しかし誤ったスタート位置の補正の為に、追加的な、より良好な、そしてこれに伴いより高価な衛星ナビゲーション受信機が必要であろう。これによって、上述した位置特定システム中の衛星ナビゲーション受信機は絶対的正確性を決定的に決定する。

しかし、通常の衛星ナビゲーションシステムによっては補償されることが不可能である、例えば大気中の外乱のような外乱が発生するとき、その結果、慣性ナビゲーションシステムも、車両の位置特定の際に、相応して誤ったスタート位置から出発する。

ここで、本方法が基礎とする思想は、空間におけるその絶対的な位置が既知であり、そしてこれに伴い、上述した位置特定システム内の衛星ナビゲーションシステムのひょっとすると誤っているかもしれないスタート位置の補正の為の冗長的な情報として使用されることが可能である参照位置が、道路上で周辺条件に基づき検索されるということに端を発する。

上述した方法の特別な発展形においては、決定された位置が、検出された周辺条件に対する参照位置として、車両によって参照位置が通過される確率に基づいて分類される。この発展形は、車両が、参照位置を自身で創造することが可能であるという考察に基づく。これは、繰り返し通過される場所において、そのような場所の周りの周辺条件が保存され、この箇所における位置が位置特定され、つまり決定され、そしてその後、保存された周辺条件に、位置特定されたつまり決定された位置が分類されることによって行われる。このようにして、車両は、この場所へ戻ってきた際に、これを、保存された周辺条件との比較によって検出し、そして引き続いて、保存された周辺条件に分類された参照位置を、位置特定システムの更なる作動の為に使用することが可能である。

その際、確率は、当該頻度でもって、決定された位置が参照位置として分類される周辺条件は検出されるという頻度に依存するべきである。というのは、車両がしばしばその場所に帰ってくることが保証されるべきだからである。その場所に車両がもはや戻ってこない複数の場所の為の不必要に高いメモリスペース要求を防止するために、頻度は、職場と家の間の通勤経路のように、もっぱら定期的に走行される経路のみが、上述した方法の枠内における参照位置の決定の際に考慮されるよう高く設定されるべきであろう。上述した方法の特別な発展形では、参照位置は、車両の周りの検出された周辺条件の箇所において、決定された位置の数量のフィルター値である。つまり、その度ごと、または所定の間隔で、車両が、参照位置に分類された周辺条件が検出される場所を通過すると、該位置自体が位置特定システムによって検出されることが可能である。そのように合計として検出された位置は、その後、例えば平均化のような任意の規定によってフィルタリングを行われ、例えば時間に関する上述した環境的外乱（この外乱は参照位置におけるエラーに通じる）を除去する。

別の発展形においては、上述した方法は、特徴的なイベントに基づく周辺条件の検出の始動というステップを含んでいる。この特徴的なイベントは、周辺条件の連続的な検出と、これに伴い、検出する周辺条件の保存の為の過度に高いメモリ消費を防止するために、一つのトリガーを意味する。特徴的なイベントは、例えば信号機などのような道路上の決定されたオブジェクトに基づいてイベント駆動式に設定されるか、または時間駆動式に設定されることが可能である。

好ましい発展形では、特徴的なイベントは、予め定められた一つの時点又は時間である。周辺条件の時間駆動式の検出は、特に有利である。というのは、このようにしてどの場所領域がしばしば走行され、そして走行されないか、規則的な間隔でチェックが行われることが可能であるからである。

本発明の別の観点に従い、車両の絶対的位置を決定するよう設けられている慣性ナビゲーションシステムを作動させるための方法は、
・上述した方法により参照位置を決定する、
・参照位置に基づいて慣性ナビゲーションシステムの為のスタート位置を決定する、
・スタート位置に基づいて、車両の絶対的位置を決定する、
というステップを有している。

その際、スタート位置は、参照位置に基づいて上述した方法に基づいて決定されることが可能である。

本発明の別の観点に従い、ナビゲーションシステムのマップを記録する為の方法は、
・上述した方法により参照位置を決定する、および、
・検出した参照位置を、メタデータとして、及び／又は道路部分としてマップ内に書き込む、
というステップを有している。上述した方法は、検出された参照点（この参照点に車両は高頻度で存在する）が、マップ材料の妥当性確認のためにも使用されることが可能であるという思想に基づいている。マップ材料が、古くなると、決定された参照位置に基づいて更新が行われることが可能であろう。

その際、本方法の意味におけるスタート位置は、これによってインクリメンタル式の方法によってファイルアップデートが実施されるすべての位置であると理解可能である。その際、インクリメンタル式の方法は、例えば走行ダイナミクスデータに基づくフィルタリングとも解され得る。

本発明の別の観点に従い、上述した方法の一を実施するために制御装置が設けられている。

上述した制御装置の発展形では、上述した装置はメモリ及びプロセッサーを有している。その際、上述した方法の一つが、コンピュータプログラムの形式でメモリ内に保管され、そして該コンピュータプログラムがメモリからプロセッサー内へとロードされるとき、本方法を実施するためのプロセッサーが設けられている。

本発明の別の観点に従い、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムがコンピュータ又は上述した装置で実施されるとき、上述した方法の全てのステップを実施するプログラムコード手段を有している。

本発明の別の観点に従い、コンピュータプログラム製品はプログラムコードを有している。これは、コンピュータ読み込み可能なデータ保管メディア上に保管されており、そしてデータ処理装置上でこれが実施されるとき、上述した方法の一つを実施する。

本発明の別の観点に従い、車両が、上述した制御装置を有している。本発明の上述した特性、特徴および利点、並びにこれらがどのように達成されるかという方法及び方式は、実施例の後述する説明との関連によって明確かつ明りょうに理解可能である。これら実施例は、図面との関連で詳細に説明される。

道路上における車両の原理図 図１の車両内のフュージョンセンサの原理図 道路上における図１の車両の原理図

図では同じ技術的要素はおなじ符号を有しており、一度のみ説明される。

フュージョンセンサ４を有する車両２の原理図を示す図１が参照される。

フュージョンセンサ４は、本実施形においては、それ自体公知であるＧＮＳＳ受信機６を介して車両２の位置データを受信する。この位置データは、走行路１０上における車両２の絶対位置を含んでいる。絶対位置の他に、ＧＮＳＳ受信機６からの位置データ８は、車両２の速度も含んでいる。ＧＮＳＳ受信機６からの位置データ８は、本実施形においては、当業者に公知の方法でＧＮＳＳ受信機６内でＧＮＳＳ信号１２から導き出される。この信号は、ＧＮＳＳアンテナ１３を介して受信され、よって以下においてＧＮＳＳ位置データ８と称される。詳細については、関連する専門書を参照されたい。

フュージョンセンサ４は、更に説明されるべき方法で、ＧＮＳＳ信号１２から導き出される位置データ８の情報内容を高めるよう形成されている。これは一方では、ＧＮＳＳ信号２が極めて低い信号／ノイズバンドギャップを有し、よって極めて不正確である可能性があるので必要である。他方でＧＮＳＳ信号１２は常に利用可能であるわけではない。

本実施形においては、この為、車両２は慣性センサー１４を有している。この慣性センサーは、車両２の走行ダイナミクスデータ１６を検出する。これには、周知のように長手方向加速度、横断方向加速度及び垂直方向加速度、並びに、車両２のバンクレート、ピッチレート、およびヨーレートが含まれる。この走行ダイナミクスデータ１６は、本実施形においてＧＮＳＳ位置データ８の情報内容を向上させ、そして例えば走行路１０上における車両２の位置と速度を正確にするために、利用される。明確化された位置データ１８は、ＧＮＳＳ信号１２が例えばトンネルの下などで全く利用不可能であるときに、ナビゲーション装置２０自体によって使用されることが不可能である。

ＧＮＳＳ位置データ８の情報内容の更なる向上の為に、本実施形においては、オプションとして更に車輪回転数センサー２２が使用されることが可能である。このセンサーは、車両２の個々の車輪２５の車輪回転数２４を検出する。

本実施形においては、車両２は、更にフロントカメラ２６の形式の環境センサー２６を有する。これは、車両２のそれほど参照されていない走行方向でみて、車両２の前方の画像２７を撮影し、そしてフュージョンセンサ４に出力する。この詳細は、後に詳しく説明する。

図１のフュージョンセンサ４を示す図２が参照される。

フュージョンセンサ４内には、図１で既に説明された計測データが受け入れられる。フュージョンセンサ４は、明確化された位置データ１８を出力する。この為の基本思想は、ＧＮＳＳ位置データ８からの情報を、フィルター１４内で、慣性センサー１４からの走行ダイナミクスデータ１６と対比させ、そして、そのようにしてＧＮＳＳ受信機６の位置データ８における、または慣性センサー１４からの走行ダイナミクスデータ１６における信号／ノイズバンドギャップを向上させることである。この為、フィルターは任意に形成されていることが可能であり、カイマンフィルターが比較的低いコンピュータリソース要求でこの課題を最も効果的に解決する。よってフィルター３０は以下では好ましくはカイマンフィルター３０であるべきである。

更に説明されるべき補正要素３５を介して、カイマンフィルター３０内に、車両２の明確化された位置データ１８と車両２の比較位置データ３４が受け入れられる。明確化された位置データ１８は、本実施形では例えば特許文献２から公知のストラップダウンアルゴリズム３６で走行ダイナミクスデータ１６から生成される。これは、車両に関する明確化された位置情報を得るが、しかし、例えばその速度、その加速度、およびその向き（方向）といった、車両２の他の位置データも得る。これに対して、比較位置データ３４は、車両２のモデル３８から獲得される。このモデルは、先ず、ＧＮＳＳ受信機６からＧＮＳＳ位置データ８を与えられる。その後、このＧＮＳＳ位置データ８からモデル３８内で比較位置データ３４が決定される。比較位置データは、明確化された位置データ１８と同じ情報を含んでいる。明確化された位置データ１８と比較位置データ３４は、その値のみが異なっている。

カイマンフィルター３０は、明確化された位置データ１８と比較データ３４に基づいて、明確化された位置データ１８の為のエラーバジェット４０と比較位置データ３４の為のエラーバジェット４２を計算する。エラーバジェットは、以下において、信号の検出及び伝達の際の様々な個々のエラーから構成される、信号内のトータルエラーと理解されるべきである。ＧＮＳＳ信号１２において、およびこれに伴いＧＮＳＳ位置データ８において、対応するエラーバジェットが、衛星軌道、衛星時計、残された屈折効のエラーからおよびＧＮＳＳ受信機６内におけるエラーから構成されることが出来る。

明確化された位置データ１８のエラーバジェットと比較位置データ３４のエラーバジェット４２は、その後、相応して、ストラップダウンアルゴリズム３６へ、および、明確化された位置データ１８又は比較位置データ３４の補正の為のモデルへと供給される。つまり明確化された位置データ１８と比較位置データ３４はそのエラーを反復的に取り除かれる。

フュージョンフィルター４は、上述した方法で、慣性センサー１４によって検出される車両２の走行ダイナミクスデータ１６を、ＧＮＳＳ位置データ８および車輪回転数２４に基づいて極めて良好に校正する。

しかし、この為にＧＮＳＳ位置データ８によって車両２の絶対的位置を出力するＧＮＳＳ受信機６のみが使用可能であろう車両２の絶対的位置によって、異なる挙動を有する。車両２内で車両２の為に絶対的位置の為に、比較値が使用不可能であるので、絶対的位置の検出の際に、例えば大気中の外乱のようなエラーは較正されることが不可能であり、よって明確化された位置データ１８のデータの完全性は減少する可能性がある。

明確化された位置データ１８のデータの完全性を向上するために、本実施形は、車両の絶対的位置の為のこのような比較値を実現することを提案する。この為、本実施形に置いては一つの別のフィルター４４が設けられている。このフィルターは、フィルター３０と類似して選択されることが可能であり、そして例えばカイマンフィルター４４であるべきである。両方のフィルター３０，４４は本実施形において、明瞭さの観点のみから別々の要素として形成されており、そして例えば一つの共通なフィルターであることも可能である。しかし、これについては、短縮の観点から詳細に入り込まない。

本実施形においては、絶対的位置の補正の為に使用される参照位置が反復的に別のカイマンフィルター４４によって決定されるべきである。この為、本実施形においては、一つの画像検出装置４８が設けられている。この画像検出装置は、図１に示されたカメラ２６から画像２７を受信し、そして別のカイマンフィルター４４および更に説明すべきメモリ５０を、画像２７内で検出された予め定められたオブジェクト５２に基づいてアクティブ化信号５４によってアクティブ化する。

予め定められたオブジェクト５２は、本実施形においては探出装置によって生成される。この装置は、画像２７内に、時間信号５８に基づき規則的な間隔で、参照位置４６の確定の為の適当なオブジェクト６０を探出する。探出装置５６によって見つけられた適当なオブジェクト６０は、カウントメモリ６２内に保管される。カウントメモリは、適当なオブジェクト６０をカウント値６４に分類する。これから、探出装置５６が適当なオブジェクト５６を既にどれくらい見つけたかが見て取れる。車両２の運転者が、例えば毎日同じ経路を仕事へと走行し、そして、時間信号５８によって予め与えられる５分から８分の時間フレーム内に、参照位置４６の確定の為に適当なオブジェクト６０としての、例えば一つの信号機に到達し、その後、この信号はカウントメモリ６２内に保管される。カウント値６４が例えば３，５または１０のような予め定められた閾値６８を超えると、リリース装置６６が認識すると、カウントメモリ６２内に保管されたオブジェクト６０は、その際、画像検出の為の予め定められたオブジェクト５２としてリリースされる。その結果、適当なオブジェクト６０は、規則的に走行される経路に位置しているオブジェクトとして認識される。

予め定められたオブジェクト５２が、画像検出の為にリリースされる、そして探出装置５６と共通して形成されていることも可能である画像検出装置４８が、予め定められたオブジェクト５２を画像２７内に検出すると、その後、別のカイマンフィルター４４および上述したメモリ５０が、アクティブ化信号５４によってアクティブ化される。別のカイマンフィルター４４は、メモリ５０から参照位置４６を読み出し、そしてこれを当業者に公知の方法で明確化された位置１８と比較する。その後これに、別のカイマンフィルター４４内で、明確化された位置１８内の位置エラー７０と、参照位置４６内の参照エラー７２が見出される。

その後、位置エラー７０によって、明確化された位置１８は、第一のカイマンフィルター３０への供給の前に、既に上述した補正装置３５を介して校正されることが可能である。同様に、参照エラー７２によって、メモリ５０内の参照位置４６が、詳細には記載されないが公知の方法で校正されることが可能である。メモリ内に保存された参照位置４６は、このようにして、車両２が予め定められたオブジェクト５２を通過するとその都度、校正されるので、時間にわたる参照位置４６は、予め定められたオブジェクト５２の正確な位置に近づく。

明確化された位置１８内で校正された位置エラー７０によって、エラーバジェット４０とこれに伴いストラップダウンアルゴリズム３６の為のスタート値も校正されるので、ストラップダウンアルゴリズム３６は、正確に明確化された位置１８を出力する。本実施形においては、メモリ５０は、唯一の参照位置４６を保存するメモリとみなされる。しかしメモリ５０は、予め定められた多様なオブジェクト５２が存在する複数の参照位置４６を保存することも可能である。この為、予め定められた複数のオブジェクト５２とその参照位置４６は、メモリ５０内において公知の方法で関連付けられている必要がある。これについては、本実施例は一覧性のため省略する。

道路７４上における図１の車両の原理図を示す図３が参照される。

車両２は、車両２の運転者の自宅７６と彼の職場７８の間の道路７４上を毎日往復している。

その際、道路７４が一つの領域において、破線であらわされた新しい道路部分８０に変更されたと仮定する。車両２のナビゲーションシステム２０内のマップは、この新しい道路部分８０を含んでいないであろう。

しかし、特に有利な方法ではこの新しい道路部分８０は、例えばフュージョンセンサ４内で、既に例示的に説明された方法で実施される上述した方法によって補完されることが可能である。

図３の枠内で、時間信号５８は、車両２の仮定された平均速度に基づいて、自宅７６と職場７８の間の途上の経路部分を定義し、その際、個々の経路部分は、良好な理解の為に、時間信号５８の参照符号を付されている。車両２が、図３では例示的に信号機、家屋および木等である適当なオブジェクト６０に、閾値６８によって決定された十分高い頻度で接近すると、適当なオブジェクト６０は、よって予め定められたオブジェクト５２として選択され、そしてこれに、上述した方法で参照位置４６が分類され、その後、道路７４の道路推移はこの参照位置４６を含むとうい前提から出発されることが可能である。よって、この参照位置４６は、ナビゲーション装置２０内のマップを、新しい道路推移８０分だけ補完するために使用されることが可能である。

Claims (10)

1. 慣性ナビゲーションシステム（３６）のスタート位置（４０）の為のベース位置としての参照位置（４６）の決定の為の方法であって、車両（２）のスタート位置（４０）と相対的位置変化（１６）から車両（２）の位置特定を行うよう形成されているものにおいて、
   車両（２）の周辺条件（５２）を検出すること、
   検出した周辺条件（５２）の場所における車両（２）の位置（３４，１８）を決定すること、および、
   決定された位置（３４，１８）を、参照位置（４６）として検出された周辺条件（５２）に分類すること、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 決定された位置（３４，１８）が、車両（２）によって該参照位置（４６）が通過される確率（５８）に基づいて、検出された周辺条件（５２）に参照位置（４６）として分類されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 確率（５８）が、決定された位置（３４，１８）が参照位置（４６）として分類される周辺条件（５２）が検出される頻度（５８）に依存していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 参照位置（４６）が、車両（２）の周りの検出された周辺条件（５２）の箇所における決定された位置（３４，１８）の数量のフィルター値（４４）であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 特徴的なイベント（６８）に基づく周辺条件（５２）の検出の始動（６６）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 特徴的なイベント（６８）が予め定められた時点または時間であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 車両（２）の絶対的な位置（１８）を決定するよう設けられている慣性ナビゲーションシステム（３６）を動作させるための方法であって、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の方法によって参照位置（４６）を決定すること、
   参照位置（４６）に基づいて慣性ナビゲーションシステム（３６）の為のスタート位置（４０）を決定すること、
   スタート位置（４６）に基づいて車両（２）の絶対的位置（１８）を決定すること、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 衛星ナビゲーションシステム（６）によって決定される、車両（２）の位置（８）に基づく参照位置（４６）の補正によって、スタート位置（４０）を決定することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ナビゲーションシステム（２０）のマップの記録の為の方法であって、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の方法によって参照位置（４６）を決定すること、および、
   決定された参照位置（４６）を、道路部分（８０）としてマップ内に書き込むことを含むことを特徴とする方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実施するよう形成されていることを特徴とする制御装置（４）。

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