JP3877011B2 - 衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念による衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置に関する。ＥＰ０４９６５３８Ａ２からすでに、衛星受信器によって車両の位置を計算するだけでなく、車両の走行方向も計算することが公知である。ここで走行方向は、それぞれ２つの位置検出から差を計算することにより求められる。この方法は、大きな位置間隔でＧＰＳ位置が測定される場合だけ十分に機能する。なぜなら各個別の位置には大きな誤差があるかである（一般利用の場合：約１００ｍ）。
従ってリアルタイムでの走行方向検出は、この方法によっては不可能である。とりわけこの方法は、ＧＰＳ測定中にカップリングセンサエラーが無いか、または非常に小さいことを前提としているが、これは実際にはほとんどあり得ない。
発明の利点
請求項１の構成を有する本発明の方法はこれに対して、走行方向の検出を衛星受信器を用い、位置検出精度による影響を受けずに、ほぼリアルタイムで行うことができるという利点を有する。とりわけ有利には、まず自動車の走行方向に対して走行方向セグメントを仮定し、この走行方向セグメントには走行方向が所定の公差野で含まれるようにする。走行方向セグメントと主経路の優先度によって、有利には実際の走行方向と自動車の現在位置を検出することができる。
従属請求項に記載された構成によって、請求項１に記載の位置検出装置の有利な発展形態が可能である。とりわけ有利には、自動車の走行方向を走行中に受信された衛星周波数（搬送波）からのドップラー法に従って検出する。市販のＧＰＳ受信器ではドップラー効果を用いて、0.1m/sから0.2m/sの走行方向において車両の速度ベクトルを検出することができる。しかし精度は、ＧＰＳ運営者による衛星信号の人工的悪化によって低下する。車両速度が高ければ高いほど、速度ベクトルのより正確な検出が可能である。速度ベクトルの方向を十分な精度の得るためには、車両速度は前記の値よりも格段に大きくなければならない。なぜなら速度が高くなれば、ＧＰＳ運営者(米国国防省）により実施されている搬送波周波数の操作を無視できるからである（選択的有効性）。実験によって、ＧＰＳ受信器は約15km/hですでに使用可能な結果を提出することが示された。
ＧＰＳ受信器を用いた方向検出は絶対走行方向測定と見なすことができるから、有利には方向センサ、例えば回転速度センサまたはジャイロセンサを較正することができる。受信が中断されたときには較正された方向センサが有利には自動車の絶対走行方向を検出することができる。
さらに有利には、位置検出のための位置検出装置の計算器が方向セグメントを用いて主経路および場合による副経路を検出する。主経路と副経路を重み付けすることによって、推定位置の箇所における方向が方向セグメントの方向ともっとも良く一致する新たな主経路が得られる。個々の経路を重み付けすることにより、走行方向と車両位置の検出を高い信頼度で実行することができる。なぜなら車両は単に検出された経路(道路）の１つを走行すれば良いだけだからである。
さらに有利には、検出が不明瞭な場合、例えば経路が平行に延在する密な道路網の場合はこれまでの主経路を維持する。このことによって、主経路と副経路とを何回も交換することにより、自動車の運転者が実際の走行方向について自信をなくすことが回避される。
図面
本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。
図１は、位置検出装置のブロック回路図、
図２と図３は、本発明の結合位置検出の作用を示す図である。
実施例の説明
図１は、それ自体公知の位置検出装置１のブロック回路図を示す。これについては詳細には説明しない。走行方向と経路の位置を計算するための計算器５が設けられている。位置検出装置にはさらに衛星受信器２が接続されており、衛星受信器は衛星信号をアンテナ３を介して受信し、評価する。衛星受信器２の出力側は誤差推定装置４と接続されており、誤差推定装置によって走行方向セグメントが検出される。衛星受信器２は有利にはＧＰＳ衛星信号を受信するためのＧＰＳ受信器および/またはGLONASS衛星に対する相応の受信器である。誤差推定装置４の出力側は計算器５と接続されている。位置検出装置１には、車両位置、走行路および/または走行方向を検出するための別のセンサを接続することができる。別のセンサ７として、例えば走行方向検出のためのセンサ、有利にはジャイロセンサまたは電子コンパスを設けることができる。計算器５にはさらにデジタル道路地図に対するメモリ６を接続することができる。位置検出装置１の出力側８からは自動車の瞬時走行方向に対するパラメータを取り出すことができ、出力側９からは車両の確率的位置（主経路）を取り出すことができる。
図１の実施例では、衛星受信器２がＧＰＳ受信器（Global Positioning System）であることが前提とされる。アンテナ３によって受信されたＧＰＳシステムの衛星信号から一方では瞬時の車両位置が計算される。他方ではＧＰＳ受信器２は瞬時の車両速度を、ドップラー法による周波数シフトから求める。ＧＰＳ受信器２は搬送波周波数を複数の衛星から受信するから、各衛星毎に速度ベクトルが得られる。速度ベクトルを走行面に投影することにより、車両の瞬時の走行方向に対する方向ベクトルが得られる。この方向ベクトルにはシステムに起因する誤差が付随している。
測定された車両走行方向の精度に対する尺度として、速度量の他にいわゆるＧＤＯＰ値（Geometric Deliution Of Precicion）を考慮することができる。この値は時間誤差と衛星幾何位置を考慮している。
ＧＰＳ衛星の前記システム誤差のため、誤差推定装置４は車両の走行方向で、可能な走行方向に対する公差のあるベクトルを計算する。この公差のある走行方向を以下、走行方向セグメント２０と称する。この走行方向セグメントによっては車両の実際の走行方向を正確に検出することはできない。図２および図３に基づいて、本発明によりこの計算および誤差推定からどのように自動車の実際の走行方向を推定できるのかを説明する。
位置検出装置１に対する前提は、これがＧＰＳ受信器２の他にデジタル道路地図に対するメモリ６を有していることである。ＧＰＳ受信器２、別のセンサ７およびメモリ６のデジタル道路地図の個々の信号から、計算器５は“マップマッチング”により可能な車両位置を計算する。図２は、道路２４を有するデジタル道路地図からの一部である。この道路２４からポイントＰで２つの道路２１と２３が分岐する。まず自動車が道路２４を移動するとき、車両位置を例えば別のセンサ７により結合することができる。この別のセンサも同じように車両位置に対して誤差のある信号を送出するから、図２は結合された位置に対して曲線２５を示す。この曲線は道路２４，２１，２２の脇を通過する。次に、車両がポイントＰを越えて道路２１へ分岐すると仮定する。方向検出のための別のセンサ７，例えばジャイロセンサまたはコンパスも同じように方向変化を検出することとなるが、車両が道路２１に存在することは、曲線経過２５が示すように一義的に識別することができない。なぜなら結合位置検出の結合経過（曲線）は道路２１と２２の間を経過するからである。この経過が道路２４，２１，２２と共に画面に表示されると、どの道路に運転者が実際に存在するのかを識別することができない。せいぜい運転者には、自分が車両と共に道路２１と２２の間ではなく、そのどちらかにいることがわかるだけである。
本発明によれば、ＧＰＳ受信器２の速度信号が評価される。既知の公差に基づいて、誤差推定装置４は例えばポイントＰにて車両に対する走行方向セグメント２０を計算する。このセグメントは図２に斜線で示されている。周波数シフトを用いドップラー法にしたがって計算された速度信号に基づいて、車両の瞬時の走行方向に対する方向ベクトル２３が得られる。方向ベクトル２３（破線）は走行方向セグメント２０の中央にあり、道路２１に対してほぼ平行に延在している。個々の道路角度を比較することによって、計算器５は道路２１だけが走行方向セグメント２０の中にあり、道路２２は走行方向セグメント２０の外にあることを検出する。方向ベクトル２３も道路２１に対してほぼ平行に延在しているから、道路２１は瞬時の車両位置および車両方向に対して最高の優先度を受け取り、道路２２は副経路として低い優先度を受け取る。計算器５は道路２１を主経路として選択し、その方向を車両に対する走行方向として指示する。この信号は位置検出装置１の出力側８から取り出すことができ、例えばディスプレイに出力される。道路２２は副経路としてそれ以上追跡されない。なぜならこの道路２２は方向セグメントの外側にあるからである。計算器５は主経路２１を追跡し、可能であれば１つまたは複数の副経路２２について、副経路が新たな主経路として選択可能であるか否かをさらに検査する。例外として、平行に延在する２つの道路が、両方とも主経路として問題となり得るようなことも生じる。この場合はこれまでの主経路を、一義的な主経路決定が可能になるまで維持する。このことにより、経路が別の経路に頻繁に変更されることにより車両の運転者が不安になることが回避される（評価ヒステリシス）。
図３は、道路２４，２１，２２を有する同じ道路地図部分を図２と同じように示す。しかしここでは、ポイントＰで走行方向セグメントが２つの道路２１，２２を検出するように広がっていると仮定する。さらに破線で示した矢印の方向ベクトル２３が２つの道路２１，２２のほぼ間に延在していると仮定する。別のセンサ７，例えばジャイロセンサにより与えられた走行方向２５は走行方向セグメント２０の方向ベクトル２３にほぼ平行に延在している。したがって、微分ジャイロセンサ７の積分方向２５も走行方向セグメント２０の方向ベクトル２３も、道路２１と２２の２つの方向経過の間にある。しかし道路２１の経過に対する角度差は道路２２の経過に対する角度差よりも小さい。したがって道路２１が新たな主経路として選択される。主経路の方向ベクトル２３ないしジャイロセンサ７により検出された走行方向２５は道路の方向経過に適合される。この方法によって、積分された方向センサ７の絶対走行角度を問題となる道路経過について適合することにより補正でき、方向センサ７を較正することができる。
しかし副経路２２には依然として妥当性があるので、副経路に対する走行方向は道路２２の方向経過に適合されるまで妥当性ありとしておく。したがって主経路とすべての副経路は独自の走行方向計算を受け取る。
上に述べた方法によって有利には、衛星ナビゲーションを用い角度センサまたは回転速度センサを自動車の絶対走行方向が得られるように較正し、絶対走行方向について初期化することができる。したがってＧＰＳシステムは、微分角度センサによる位置検出装置に対する有利な補充である。特に有利には、ＧＰＳ測定は良好な長時間安定性を有し、これに対して微分角度センサは短時間の安定性しか有していない。また、走行方向検出に対して十分な精度を有する微分角度センサを、例えば走行速度が低い場合にドップラー効果が過度に小さいとき、または衛星受信に妨害を受けたときに走行方向検出のために使用することができる。
本発明の別の実施例では、微分角度センサ７の代わりに電子コンパスが使用される。電子コンパス、例えば２軸磁気メータは障害磁場によって誤った北方向を設定することがあるので、較正を前に述べたようにＧＰＳ衛星によって行うと有利である。
種々の走行方向情報の評価は例えばカルマフィルタ、または結合位置検出の原理にしたがって行われる。微分方向センサ７を使用する場合には、時間について積分された連続的に増大する誤差が、ドップラー法に従って計算された走行方向によって検出されるようにする。この場合も方向セグメントは、別のセンサ７により検出された走行方向に対して優先される。

Claims (8)

1. 衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置であって、該衛星受信器は衛星の信号を受信するものであり、
   衛星受信器は、自動車の推定位置に対して受信した信号から公差のある走行方向を走行方向セグメントの形態で計算するように構成されており、
   距離センサと、デジタル道路地図と、計算器とを有し、
   該計算器は、自動車の推定位置における実際の走行方向を検出し、
   計算器（５）は、デジタル道路地図の部分領域の道路（２１，２２，２４）に対して、自動車の瞬時位置を含む主経路（２１）を検出するように構成されており、かつ当該計算器は自動車の瞬時位置を含む副経路（２２）を代替経路として検出するように構成されており、
   主経路の方向は、前記走行方向セグメント（２０）と比較され、
   自動車の推定位置における方向が前記方向セグメント（２０）内に延在する主経路（２１）と副経路（２２）だけが前記計算器によってさらに考慮されるように、前記方向セグメント（２０）は位置決めされ、
   密な道路網の中で複数の経路が平行に延在するため検出が明確でない場合、これまでの主経路を維持する、
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 衛星受信器（２）は自動車の走行方向を、自動車の走行中に受信された衛星周波数の周波数変化からドップラー法に従って検出する、請求項１記載の位置検出装置。
3. 位置検出装置は方向センサまたは回転速度センサ（７）を有し、
   当該センサ（７）の検出された方向結果を、衛星受信器（２）により与えられた瞬時の方向ベクトルの方向値に置換可能であるか、または補正可能である、請求項１または２記載の位置検出装置。
4. 方向センサ（７）はジャイロセンサである、請求項３記載の位置検出装置。
5. 方向セグメント（２０）の大きさは、衛星受信器（２）および/または位置検出装置（１）のシステム誤差によって定められる、請求項１から４までのいずれか１項記載の位置検出装置。
6. 計算器（５）は、推定位置の箇所で各経路（２４，２１，２２）について方向ベクトル（２５）を検出する、請求項１から５までのいずれか１項記載の位置検出装置。
7. 計算器（５）は、主経路（２１）と副経路（２２）を重み付けし、
   方向が予想位置の箇所において方向セグメント（２３）の方向ともっとも一致する経路を新たな主経路として検出する、請求項１から６までのいずれか１項記載の位置検出装置。
8. 計算器（５）は、推定位置の箇所において個々の経路の走行方向を記憶された道路地図の部分領域における道路経過と比較し、もっとも一致する経路を新たな主経路として検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の位置検出装置。

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