DE3515161C2 - Fahrzeugnavigationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Navigationssystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Navigationssystem ist bereits aus der DE-OS 29 37 426 bekannt. Das bekannte Navigationssystem enthält eine erste Einrichtung zur Ermittlung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, eine zweite Einrichtung zum Detektieren einer vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrtstrecke, eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Koordinaten von Streckenpunkten innerhalb einer Streckenkarte und einen Mikrocomputer, der die momentane Fahrzeugposition ermittelt und sie durch die Koordinaten eines der Streckenpunkte ersetzt, wenn das Fahrzeug diesen einen der Streckenpunkte passiert.

Aus der DE-OS 32 08 483 ist ferner eine Kursermittlungseinrichtung bekannt, bei der dann, wenn eines von zwei elektrischen Orthogonalkomponenten- Signalen aus einem Erdmagnetfeld-Meßgeber einen vorbestimmten Wert annimmt, der Wert des anderen elektrischen Signals erfaßt wird und entsprechend dem erfaßten Wert die Größe einer Versetzung berechnet und gespeichert wird, um dadurch die elektrischen Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber entsprechend den Versetzungen zu korrigieren und damit ein Fahrtrichtungssignal zu erzeugen, das der genauen Fahrtrichtung des bewegten Objekts entspricht.

Darüber hinaus ist aus der EP 1 37 298 A2 ein Navigationssystem für Automobile bekannt, bei dem als Speichereinrichtung zur Speicherung einer Streckenkarte ein Magnetband verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Navigationssystem so weiterzubilden, daß eine genauere Bestimmung der gesamten vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrtstrecke auch dann möglich ist, wenn sich das Fahrzeug zwischen zwei Streckenpunkten befindet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Navigationssystem nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Mikrocomputer so ausgebildet ist, daß er die vom Fahrzeug zurückgelegte Fahrtstrecke, die jeweils ausgehend von solchen Streckenpunkten neu detektiert wird, an denen sich die Fahrtrichtung um eine vorbestimmte Größe geändert hat, mit einem Kompensationskoeffizienten (K) multipliziert, der sich aus dem Verhältnis von bekannter zu detektierter zurückgelegter Fahrtstrecke zwischen zwei solchen, nacheinander passierten Streckenpunkten ergibt.

Das Navigationssystem nach der Erfindung kann vorzugsweise in Personen- oder Lastkraftwagen oder anderen Straßenfahrzeugen eingebaut sein. In diesem Fall ist die Streckenkarte eine Straßenkarte.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugnavigationssystem nach der Erfindung.

Fig. 2 und 3 in einem Speicher des Fahrzeugnavigationssystems nach Fig. 1 gespeicherten Tabellen.

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Straßenkarte,

Fig. 5 ein detaillierter dargestelltes Blockdiagramm des Fahrzeugnavigationssystems nach Fig. 1,

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Zwischen- bzw. Unterbrechungsprogramm, und

Fig. 7 und 8 Flußdiagramme zur Erläuterung des Betriebsablaufs des Fahrzeugnavigationssystems nach Fig. 5.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein Fahrzeugnavigationssystem nach der Erfindung eine Richtungsbestimmungseinrichtung 1 (erste Einrichtung), die einen Richtungssensor 1a zur Bestimmung der X-Komponente und der Y-Komponente des Erdmagnetfelds und einen Analog/Digital-Wandler 1b enthält, der aus den ermittelten X-Komponenten bzw. Y-Komponenten des Erdmagnetfelds digitale Signale Xd bzw. Yd erzeugt, wobei die X- und Y- Achsen in bezug zur Vorwärtsbewegungsrichtung des Fahrzeugs stehen. Das Fahrzeugnavigationssystem nach Fig. 1 besitzt ferner einen Abstandssensor 2a als Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 (zweite Einrichtung), um den vom Fahrzeug zurückgelegten Weg zu ermitteln. Die Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 erzeugt dazu Pulse in Abhängigkeit von der Rotation eines Fahrzeugrads, beispielsweise einen Puls pro Q cm.

Zur Speicherung von Daten ist ein Nurlesespeicher 3 (ROM) vorgesehen (Speichereinrichtung). In ihm sind beispielsweise Koordinaten von Richtungsänderungs- bzw. Korrekturpunkten, Abstände zwischen diesen Änderungspunkten und Richtungen von Straßen gespeichert, die von diesen Änderungspunkten abgehen bzw. zwischen diesen Änderungspunkten verlaufen. Richtungsbestimmungseinrichtung 1, Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 und Speicher 3 sind mit einem Mikrocomputer 4 verbunden, der eine zentrale Prozessoreinheit 4a (CPU), einen Nurlesespeicher 4b (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff 4c (RAM), eine Eingangsschaltung 4d und eine Ausgangsschaltung 4e enthält. Der Mikrocomputer 4 arbeitet in Abhängigkeit eines Programms, das zuvor im Speicher 4b (ROM) gespeichert worden ist.

Um die momentane Fahrzeugposition anzeigen zu können, ist mit dem Mikrocomputer 4 bzw. dessen Ausgangsschaltung 4e eine Anzeigeeinrichtung 5 verbunden. Ein ebenfalls mit dem Mikrocomputer 4 verbundener Pulsgenerator 6 dient zur Erzeugung von Pulsen bzw. Unterbrechungsimpulsen zu jeweils vorbestimmten Zeiten t. Darüber hinaus sind mit der Eingangsschaltung 4d des Mikrocomputers eine oder mehrere Tasten 7 verbunden, mit deren Hilfe die X- bzw. Y-Koordinaten der momentanen bzw. gegenwärtigen Fahrzeugposition in den Mikrocomputer eingegeben werden können. Die momentane Fahrzeugposition kann beispielsweise die Startposition des Fahrzeugs sein.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird der Speicherinhalt des Speichers 3 näher erläutert. Im Speicher 3 sind Tabellen 41 und 42 gespeichert, die Daten über das in Fig. 4 dargestellte Straßennetz enthalten. Diese Daten umfassen die Koordinaten der bereits erwähnten Richtungs-Änderungspunkte P₁, Pa, P₂, Pb, Pc und und Pd, die beispielsweise Verzweigungs- oder Kreuzungspunkte des Straßennetzes in Fig. 4 darstellen. Ferner beinhalten die Tabellen 41 und 42 die Abstände zwischen benachbarten Änderungspunkten sowie Information über die Richtung von Straßen, die von jedem der genannte Änderungspunkte ausgehen bzw. zwischen diesen verlaufen. In einem Abschnitt des Speichers 3 ist dabei die Tabelle 41 nach Fig. 2 gespeichert, während in einem anderen Abschnitt des Speichers 3 die Tabelle 42 nach Fig. 3 gespeichert ist.

In Fig. 4 sind Routen bzw. Straßen mit R-1, R-2, R-3 und R-4 bezeichnet. Durch die Winkel R1-1, R1-2, R1-3 und R1-4 am Richtungs-Änderungspunkt P₁, die Winkel Ra-4, Ra-2 am Punkt Pa und die Winkel R2-1, R2-2, R2-3 sowie R2-4 am Richtungs-Änderungspunkt P₂ werden jeweils Richtungen zwischen Straßen angegeben, die von den Änderungspunkten P₁, Pa und P₂ ausgehen. Die Punkte P₁, Pa, P₂, . . . sind entlang der Route R-1 in Fig. 4 von links nach rechts versetzt zueinander angeordnet und in den Tabellen 41 und 42 der Fig. 2 und 3 der Reihe nach von oben nach unten gespeichert. Entsprechend sind die entlang der Route R-2 in Fig. 4 von unten nach oben versetzt zueinander angeordneten Punkte Pb, P₁, . . . von oben nach unten in den Tabellen 41 bzw. 42 gespeichert. Das gleiche gilt auch für die entlang der Route R-3 von unten nach oben versetzt zueinander angeordneten Punkte Pd, P₂, . . . sowie für die entlang der Route R-4 von links nach rechts versetzt zueinander angeordneten Punkte Pb, Pc, Pd, . . . in Fig. 4.

Die Information über jeden Punkt bzw. Richtungs-Änderungspunkt ist entsprechend der Tabelle 41 gemäß Fig. 2 im Speicher 3 enthalten. Das bedeutet, daß in der Spalte für die Routen- bzw. Straßennummer die Nummern R-1, R-1, R-1, . . ., R-2-, R-2, . . ., R-3, R-3, . . . hintereinander bzw. untereinander gespeichert sind. In der Spalte zur Bezeichnung der einzelnen Punkte sind die diesen Routennummern zugeordneten Bezeichnungen der Änderungspunkte, die in Fig. 4 entweder von links nach rechts oder von unten nach oben versetzt zueinander angeordnet sind, hintereinander von oben nach unten gespeichert. In der dritten Spalte von links in Tabelle 41 sind die den einzelnen Richtungs-Änderungspunkten zugeordneten Koordinaten bzw. Koordinatenpaare gespeichert.

In der vierten Spalte von links in Tabelle 41 sind Entfernungs- bzw. Abstandsdaten gespeichert, beispielsweise die Entfernungsdaten S₁a, die den Abstand zwischen den Punkten P₁ und Pa angeben. Darüber hinaus sind weitere Entfernungsdaten Sa₂, Sb₁ und Sd₂ in dieser Spalte gespeichert, die der Reihe nach die Abstände zwischen den Punkten Pa und P₂, den Punkten Pb und P₁ sowie den Punkten Pd und P₂ angeben. In der Spalte für die Entfernungsdaten gemäß Modus M₁ (vierte Spalte in Tabelle 41 nach Fig. 2) sind die Entfernungsdaten, beispielsweise S₁a, in einer solchen Zeile gespeichert, die dem Entfernungsendpunkt zugeordnet, ist, im vorliegenden Fall dem Punkt Pa. Der Anfangspunkt der Strecke, deren Länge durch die Entfernungsdaten S₁a angegeben wird, ist eine Zeile darüber gespeichert, also der Punkt P₁. In Spalte 5 der Tabelle 41 nach Fig. 2 sind Entfernungsdaten nach einem zweiten Modus M₂ gespeichert. Die jeweiligen Entfernungsdaten sind dabei in der Zeile gespeichert, in der der Anfangspunkt derjenigen Strecke liegt, deren Länge durch die Entfernungsdaten angegeben wird. Der Wert S₁a ist also in der Zeile gespeichert, die dem Punkt P₁ zugeordnet ist. Entsprechendes gilt für die anderen Entfernungsdaten. Die Entfernungsdaten Sa₂ sind in der dem Punkt Pa zugeordneten Zeile gespeichert, während der Endpunkt der Strecke, deren Entfernung durch die Entfernungsdaten Sa₂ angegeben wird, in der darunterliegenden Zeile gespeichert ist, also der Punkt P₂.

Nach Tabelle 42 in Fig. 3 sind für jeden festgesetzten Richtungs-Änderungspunkt, beispielsweise für den Punkt P₁, die Koordinaten x₁, y₁ und die diesem Punkt zugeordnete Verzweigungsinformation gespeichert. Die Verzweigungsinformation umfaßt die Richtung, beispielsweise R1-1 für den Punkt P₁ auf dem Straßenzweig 1, die Routennummer, beispielsweise R-2, zu der der Straßenzweig 1 gehört sowie die Entfernungsdaten (Modus M₁). Die Verzweigungsinformation kann beispielsweise dann ausgelesen werden, wenn das Fahrzeug in den Straßenzweig 1 einbiegt. Bezüglich der weiteren Straßenzweige 2 bis 4 sind ebenfalls die Richtungen, die Routinenummern und die Abstandsdaten entsprechend dem Modus 1 oder dem Modus 2 in gleicher Weise gespeichert.

Anhand der Fig. 5 wird nachfolgend ein detaillierter dargestelltes Blockschaltbild des gesamten Fahrzeugnavigationssystems nach der Erfindung näher erläutert.

Es besitzt, wie bereits erwähnt, eine Richtungsbestimmungseinrichtung 1, die dem Erdmagnetfeldsensor 1a und einen mit diesem verbundenen Analog/Digital-Wandler 1b enthält. Die Richtungsbestimmungseinrichtung 1 liefert nach jeweils einem vorbestimmten Zeitintervall ΔT die beiden digitalen Signale Xd und Yd. Die Vorwärtsrichtung R des Fahrzeugs kann daher wie folgt berechnet werden:

Zum Fahrzeugnavigationssystem nach den Fig. 1 und 5 gehört ferner ein Abstandssensor 2a, der Teil einer Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 ist. Diese Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 erzeugt Pulse in Übereinstimmung mit der Rotation der Fahrzeugräder, wobei die Anzahl der Pulse durch den Wert N dargestellt wird. Auf der Grundlage der Pulszahl ΔN wird die zurückgelegte Wegstrecke bzw. Entfernung ΔS des Fahrzeugs pro Zeiteinheit ΔT nach folgender Gleichung ermittelt:

ΔS = ΔN · Q · K (2)

Hierbei bedeuten
ΔN die Anzahl der Pulse, die innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums T erzeugt worden sind,
Q eine Konstante und
K einen Kompensationskoeffizient.

Ist keine Kompensation erforderlich, so ist K = 1,0. Der Wert für K wird durch die Recheneinheit 20g in Fig. 5 bestimmt.

Mit Hilfe einer Koordinatenberechnungseinheit 10 werden die Koordinaten X, Y der gegenwärtigen bzw. vorhandenen Fahrzeugposition arithmetisch berechnet, und zwar mit Hilfe der Signale, die von der Richtungsbestimmungseinrichtung 1 und der Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 zugeführt werden. Im nachfolgenden wird diese Koordinatenberechnungseinheit 10 der Einfachheit halber nur noch als Rechner 10 bezeichnet. Dieser Rechner 10 berechnet jeweils den Zuwachs ΔX und ΔY entlang der X- und Y-Achsen für einen bestimmten Zeitraum ΔT bzw. für eine bestimmte vorgegebene Periode mit Hilfe der nachfolgend angegebenen Gleichungen, wobei die Änderungen gegenüber der vorliegenden bzw. ursprünglichen Position X, Y des Fahrzeugs, die zuvor mit Hilfe der Tasten 7 in Fig. 1 eingegeben worden ist, auftreten:

Die neuen Werte X und Y werden also dadurch erhalten, daß zu den ursprünglichen Werten X und Y die durch die Gleichungen (3) und (4) errechneten Werte hinzuaddiert werden.

Mit anderen Worten sorgt der Rechner 10 dafür, daß die vorliegenden Fahrzeugkoordinaten X, Y bei Bewegung des Fahrzeugs laufend ersetzt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Ausgangssignale der Richtungsbestimmungseinrichtung 1 und der Entfernungsbestimmungseinrichtung 2. Es werden also neue Koordinaten erhalten, die sich wie folgt bestimmen:

Eine Bestimmungseinrichtung bzw. Einheit 11, die mit dem Rechner 10 verbunden ist, dient zur Bestimmung bzw. zum Aufsuchen benachbarter Richtungsänderungspunkte. Sie liest die Koordinaten x, y der in der Tabelle 42 nach Fig. 3 innerhalb des Speichers 3 gespeicherten Richtungsänderungspunkte aus. Sie dient darüber hinaus zur Durchführung der nachstehend angegebenen arithmetischen Operation, in der die Koordinaten x, y mit den Koordinaten X, Y wie folgt verglichen werden:

|x - X| ≦ W₁ (7)

|y - Y| ≦ W₂ (8)

Die Werte W₁ und W₂ stellen zuvor eingespeicherte Werte dar, wobei z. B. W₁ = 20 m und W₂ = 15 m betragen kann.

Durch eine Kurvenerfassungseinheit 12 wird festgestellt, ob das Fahrzeug in eine Kurve fährt. Die Kurvenerfassungseinheit 12 liest einen von der Richtungsbestimmungseinrichtung 1 gelieferten Richtungs- bzw. Winkelwert Rk aus, und zwar in dem Moment, wenn das Fahrzeug in den Bereich einfährt, für den die Gleichungen (7) und (8) Gültigkeit haben. Das Fahrzeug befindet sich also in diesem Moment in der Nähe der Koordinaten x, y, die durch die Einheit 11 bestimmt bzw. aufgesucht worden sind. Die Kurvenerfassungseinheit 12 liest ferner fortwährend einen von der Richtungsbestimmungseinrichtung 1 gelieferten Richtungswert bzw. Winkel Rm aus, während sich das Fahrzeug innerhalb des genannten Bereichs befindet. Sie entscheidet, ob die beiden ausgelesenen Richtungs- bzw. Winkelwerte den folgenden Ausdruck

erfüllen oder nicht. Wird die Gleichung (9) erfüllt, so entscheidet die Kurvenerfassungseinheit 12, daß das Fahrzeug eine Kurve durchfahren hat. Der Winkelwert ist ein vorbestimmter Wert und unter der Annahme festgelegt worden, daß sich die Straßen in einem Richtungsänderungspunkt nicht unter einem Winkel schneiden, der kleiner als ist. Ferner wurde vorausgesetzt, daß sich das Fahrzeug immer auf der Straße befindet.

Eine Schaltungseinheit 20 dient zur arithmetischen Berechnung des bereits genannten Kompensationskoeffizienten K. Sie enthält eine Kennzeichenstufe 20a, durch die ein Kennzeichen FA auf 0 oder 1 gesetzt werden kann, und durch die ferner der Ablauf des in Fig. 8 dargestellten Programms gesteuert wird. Das Kennzeichen FA ist in einem Speicherbereich des Speichers 4c (RAM) des in Fig. 1 dargestellten Mikrocomputers 4 gespeichert.

Eine Speichersuchschaltung 20b der Schaltungseinheit 20 dient zum Aufsuchen eines ersten Richtungsänderungspunktes, beispielsweise des Punktes P₁ (x₁, y₁). Bezüglich dieses Punktes P₁ sei beispielsweise entschieden worden, daß sich die momentane Fahrzeugposition innerhalb eines vorbestimmten benachbarten Bereichs um diesen Punkt P₁ herum befindet, daß das Fahrzeug in eine Kurve eingefahren ist, beispielsweise die Richtung R1-2 eingeschlagen hat, welche am nächsten zu der speziellen Richtung Rm liegt, die durch die Kurvenerfassungseinheit 12 unter den Richtungsdaten R1-1 bis R1-4 der in derselben Zeile gespeicherten Straßenzweige ausgewählt worden ist, die Route mit der Routennummer R-1 und die Abstandsdaten mit dem Modus M₁ ausgewählt worden sind, die zum Straßenzweig mit der Nummer 2 gehören, und daß eine Zeile aus der in Fig. 2 dargestellten Tabelle 41 ausgewählt worden ist, in der die Koordinaten des ersten Richtungsänderungspunkts P₁ (x₁, y₁) und die Routennummer R-1 gespeichert sind.

Zur Schaltungseinheit 20 gehört ferner eine Entfernungdaten- Addierstufe 20d, durch die die Entfernungsdaten vom Modus M₁ oder M₂ nach Fig. 2 zum Inhalt des ML-Speicherbereichs 20c hinzuaddiert werden, der zum Speicher 4c (RAM) des Mikrocomputers nach Fig. 1 gehört. Genauer gesagt, werden durch die Entfernungsdaten-Addierstufe 20d Entfernungsdaten mit ausgewähltem Modus zum Inhalt des Speichers 20c hinzuaddiert, wenn eine Kurve in der Nachbarschaft eines nächsten Richtungsänderungspunkts entlang derselben Route durchfahren wird. Passiert andererseits das Fahrzeug den vorbestimmten Umgebungsbereich des nächsten Richtungsänderungspunkts, ohne eine Kurve in diesem Bereich entlang derselben Route zu durchfahren, so werden auch in diesem Fall die Entfernungsdaten mit dem ausgewählten Modus durch die Entfernungsdaten-Addierstufe 20d zum Inhalt des Speicherbereichs 20c jedesmal dann hinzuaddiert, wenn ein derartiger Bereich durchfahren wird.

Ist der durch die Speichersuchschaltung 20b ausgewählte Modus M₁, so wird der Richtungsänderungspunkt zu demjenigen vorgerückt, der eine Zeile darunter nach Tabelle 41 in Fig. 2 gespeichert ist, und zwar in Übereinstimmung mit der Fahrzeugbewegung entlang derselben Route. Die Entfernungsdaten-Addierstufe 20d wählt dann die entsprechende Entfernung mit dem Modus M₁ aus, um sie zu der bisher zurückgelegten Entfernung hinzuzuaddieren. Ist der ausgewählte Modus dagegen M₂, so wird der entsprechende Richtungsänderungspunkt zu demjenigen vorgerückt, der eine Zeile darüber in Tabelle 41 gespeichert ist, und zwar ebenfalls in Übereinstimmung mit der Fahrzeugbewegung entlang derselben Route. Auch in diesem Fall wählt die Entfernungsmeßdaten-Addierstufe 20d die Entfernung mit dem Modus M₂ aus, um sie der bisher zurückgelegten Entfernung hinzuzuaddieren.

Eine ΔS-Addierstufe 20f addiert den Wert ΔS zu vorbestimmten Zeiten bzw. nach vorbestimmten Zeitintervallen T zum Inhalt des MS-Speichers 20e hinzu, der ebenfalls im Speicher 4c (RAM) des Mikrocomputers 4 nach Fig. 1 enthalten ist. Der Wert ΔS wird dabei von der Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 geliefert. Die ΔS-Addierstufe 20f löscht den Inhalt des Speicherbereichs 20e am ersten Richtungsänderungspunkt, an dem mit Hilfe der Einheit 11 und der Kurvenerfassungseinheit 12 entschieden wurde, daß die gegenwärtige bzw. vorhandene Fahrzeugposition sich in der Nachbarschaft eines Richtungsänderungspunkts befindet und das Fahrzeug eine Kurve durchfahren hat, und addiert anschließend nach jedem Zeitintervall ΔT den Wert ΔS hinzu.

Die Schaltungseinheit 20g zur Berechnung des bereits erwähnten Kompensationskoeffizienten ermittelt das Verhältnis zwischen dem Inhalt ML des Speicherbereichs 20c und dem Inhalt MS des Speicherbereichs 20e zu dem Zeitpunkt, zu dem entschieden wurde, daß das Fahrzeug eine zweite Kurve in der Nachbarschaft eines zweiten Richtungsänderungspunkts P₂ durchfahren hat, nachdem es sich vom ersten Richtungsänderungspunkt P₁ entfernt hat. Der Kompensationskoeffizient K wird wie folgt ermittelt:

Eine Schaltungseinrichtung 13 dient zur Korrektur bzw. Berichtigung oder Angleichung der Koordinaten X, Y der vom Rechner 10 gelieferten gegenwärtigen bzw. vorliegenden Fahrzeugposition an diejenigen des Richtungsänderungspunkts, wenn entschieden wurde, daß das Fahrzeug eine Kurve in der Nachbarschaft des Richtungsänderungspunktes durchfahren hat. Durch eine Anzeigesteuerung 14 werden die von dem Rechner 10 gelieferten Koordinaten der gegenwärtigen Position bzw. Fahrzeugposition auf der Anzeige 5 nach Fig. 1 dargestellt.

Anhand der Fig. 6 bis 8 wird nachfolgend die Betriebsweise des Fahrzeugnavigationssystems näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 6 bis 8 Flußdiagramme von Programmen, die im Speicher 4b (ROM) des Mikrocomputers 4 gespeichert sind.

Im folgenden wird angenommen, daß das Fahrzeug sich zunächst auf der Route R-2 von unten nach oben in Pfeilrichtung in Fig. 4 bewegt, am Punkt P₁ in Richtung R1-2 abbiegt, weiter entlang der Route R-1 fährt, den Punkt Pa passiert und am Punkt P₂ in Richtung R2-3 abbiegt, um weiter auf der Route R-3 von oben nach unten in Fig. 4 zu fahren.

Der Betrieb beginnt gemäß Fig. 7 mit dem Schritt 30, während in einem weiteren Vorbereitungsschritt 31 die Speicherinhalte der Speicherbereiche 20e und 20c sowie die Kennzeichenstufe 20a gelöscht bzw. auf Null gesetzt werden. Gleichzeitig nimmt der Kompensationskoeffizient K den Wert 1 an (keine Kompensation). Der Kompensationskoeffizient K ist in einem Bereich MK des Speichers 4c (RAM) in Fig. 1 gespeichert.

Im nachfolgenden Schritt 32 werden die Koordinaten der gegenwärtigen Position X, Y mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Eingabetasten 7 eingegeben. Die so eingegebene Position ist eine benachbarte Position von P₁ auf der Route R-2. Bei jedem Zeitintervall T, das durch den Pulsgenerator 6 nach Fig. 1 erzeugt wird, springt das Programm zum Startschritt 20 in Fig. 6. Im nachfolgenden Schritt 21 wird der Wert ΔS durch die Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 in Fig. 1 arithmetisch ermittelt. Hierzu wird der Inhalt K des Speichers MK ausgelesen und der der Radrotation entsprechende Wert ΔN in jedem Zeitintervall ΔT ermittelt, um den Wert ΔS = ΔN · Q · K zu berechnen. In Schritt 22 wird die Summe aus den Werten ΔS und dem Inhalt des Speichers MS gebildet und erneut im Speicher MS (Speicher 20e in Fig. 5) gespeichert. Auf diese Weise wird die zurückgelegte Entfernung erfaßt.

Im Richtungsbestimmungsschritt 23 werden die Xd- und Yd- Komponenten des Erdmagnetfeldes in X- und Y-Richtung mit Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ermittelt, und zwar zu bzw. nach jedem Zeitintervall t. Die Bewegungsrichtung R wird dann mit Hilfe der Gleichung

erhalten.

In Schritt 24 zur Berechnung der gegenwärtigen Fahrzeugposition werden die Operationen gemäß der Gleichungen (5) und (6) zu bzw. nach jedem Zeitintervall ΔT ausgeführt, um die Koordinaten X, Y der neuen bzw. jetzt erreichten Fahrzeugposition zu erhalten.

Im Schritt 25 wird bewirkt, daß mit Hilfe der Anzeigesteuerung 14 die in Schritt 24 ermittelten neuen Koordinaten auf der Anzeigeeinrichtung 5 in Fig. 1 angezeigt werden. Anschließend wird in Schritt 26 veranlaßt, daß das Programm ins Hauptprogramm zurückspringt.

In Schritt 33 nach Fig. 7 überprüft die Einrichtung 11, ob die Gleichungen (7) und (8) erfüllt sind. Im Anschluß daran wird in Schritt 34 durch die Kurvenerfassungseinheit 12 überprüft, ob eine Kurve durchfahren worden ist. Durch die Schritte 33 und 34 wird also ermittelt, ob sich die gegenwärtige Fahrzeugposition in der Nachbarschaft eines Richtungsänderungspunkts befindet und das Fahrzeug in diesem Bereich eine Kurve durchfahren hat. In Schritt 35 wird dann der MS-Speicherbereich 20e wieder gelöscht. Von diesem Moment an wird der Wert ΔS wieder zum MS-Speicherbereich 20e zu bzw. nach jedem Zeitintervall ΔT hinzuaddiert, und zwar in Schritt 22 nach Fig. 6. Auf diese Weise wird wieder die laufende Distanz ermittelt, nachdem das Fahrzeug am Richtungsänderungspunkt eine Kurve durchfahren hat.

Entsprechend Fig. 4 sei angenommen, daß das Fahrzeug am Richtungsänderungspunkt P₁ eine Kurve durchfährt und sich weiter in Richtung des Punktes Pa bewegt. Der Punkt P₁ wird als ein erster Referenzänderungspunkt angesehen, von dem aus die laufende Entfernung S im MS-Speicherbereich 20e gespeichert wird. Zur selben Zeit wird in Schritt 36 die gegenwärtige Position X, Y korrigiert bzw. durch die Koordinaten des Richtungsänderungspunkts P₁ ersetzt, die weitere Grundlage für die Berechnung in Schritt 24 sind.

Der Schritt 37 gibt den Betrieb der Speichersuchschaltung 20b in Fig. 5 an. Unter der Annahme, daß das Fahrzeug am Richtungsänderungspunkt P₁ (x₁, y₁) in Fig. 4 eine Richtung R1-2 eingeschlagen hat, werden in Schritt 37 die Routennummer R-1 und die Entfernungsdaten mit dem Modus M₁ ausgewählt, und zwar aus dem Zweig Nr. 2 der Tabelle 42 in Fig. 3, der den Winkel R1-2 in der dem Punkt (x₁, y₁) zugeordneten Zeile enthält. Dann wird diejenige Zeile in Fig. 2 aufgesucht, die die Koordinaten (x₁, y₁) und die Routennummer R-1 enthält. Anhand der aufgesuchten Zeile und der Entfernungsdaten mit dem Modus M₁ wird erkannt, daß sich das Fahrzeug auf den Punkt Pa zu bewegt, dessen Koordinaten in derjenigen Zeile in Tabelle 41 in Fig. 2 gespeichert sind, die unterhalb der Zeile liegt, die dem Punkt P₁ zugeordnet ist. Nach Schritt 37 in Fig. 7 erreicht das Programm dann über Schritt 38 den Schritt 39 in Fig. 8.

In Schritt 39 in Fig. 8 wird durch die Einrichtung 11 zur Bestimmung der Umgebung der Richtungsänderungspunkte geprüft, ob die gegenwärtige Fahrzeugposition sich innerhalb der Nachbarschaft des Richtungsänderungspunkts Pa befindet, und zwar auf der Grundlage der Koordinaten des nächstfolgenden Richtungsänderungspunkts (xa, ya), die in Schritt 37 erhalten wurden sowie auf der Grundlage der momentanen Position, welche in Schritt 24 berechnet wurde. Liegt diese in der Nachbarschaft des Richtungsänderungspunkts Pa, so geht das Programm weiter nach Schritt 41. In diesem Schritt 41 prüft die Kurvenerfassungseinheit 12 aus Fig. 5, ob das Fahrzeug eine Kurve durchfahren hat. Wurde keine Kurve in der Nachbarschaft des Richtungsänderungspunkts Pa durchfahren, wird das Kennzeichen FA durch die Kennzeichenstufe 20a auf den Wert 1 gesetzt, und zwar in Schritt 42. Wenn das Fahrzeug vom Richtungsänderungspunkt P₁ kommend in den Nachbarschaftsbereich vom Punkt Pa hineinfährt und diesen wieder verläßt, ohne in ihm eine Kurve durchfahren zu haben, springt das Programm von Schritt 40 zu Schritt 43.

In diesem Schritt 43 werden die Entfernungsdaten aus derjenigen Zeile in Tabelle 41 ausgelesen, die den Punkt Pa enthält, und zwar mit demjenigen Modus, der in Schritt 37 gefunden wurde. Der entsprechende Entfernungsdaten-Addierstufe 20d zum Inhalt des ML-Speicherbereichs 20c hinzuaddiert. Passiert also das Fahrzeug den Punkt Pa, so wird die Entfernung S₁a zwischen dem Punkt P₁ und dem Punkt Pa im ML- Speicherbereich 20c gespeichert.

Im nachfolgenden Schritt 44 wird das Kennzeichen FA wieder auf den Wert Null zurückgesetzt. Anschließend wird in den Schritten 39 und 41 geprüft, ob das Fahrzeug in den Nachbarschafts- bzw. Umgebungsbereich des nächsten Richtungsänderungspunkts P₂ hineingefahren ist. Fährt das Fahrzeug von P₁ kommend über Pa in den Nachbarschaftsbereich des Punkts P₂ ein, so wird das Kennzeichen FA wieder auf den Wert 1 gesetzt. Anschließend werden die Schritte 39 und 40 erneut durchlaufen. Durchfährt das Fahrzeug keine Kurve im genannten Nachbarschaftsbereich des Punkts P₂ und entfernt es sich von diesem wieder, so erreicht das Programm zunächst Schritt 40 und anschließend Schritt 43, setzt das Kennzeichen FA in Schritt 44 auf den Wert Null zurück und erreicht anschließend wiederum Schritt 39.

Wird in Schritt 41 dagegen festgestellt, daß das Fahrzeug im vorbestimmten Nachbarschafts- bzw. Umgebungsbereich des Richtungsänderungspunkts P₂ eine Kurve durchfahren hat, so wird nachfolgend dieser Punkt P₂ als zweiter Referenzänderungspunkt angesehen. In Schritt 45 wird dann der Inhalt (MS) des MS-Speicherbereichs 20e ausgelesen. Der Inhalt des MS-Speicherbereichs 20e enthält Daten, die der berechneten Gesamtentfernung S zwischen dem ersten und zweiten Richtungsänderungspunkt P₁ und P₂ entsprechen. Diese Gesamtentfernung S hat das Fahrzeug zwischen dem ersten Kurvenpunkt im Nachbarschaftsbereich des Richtungsänderungspunkts P₁ und dem nächsten Kurvenpunkt im Nachbarschaftsbereich des Richtungsänderungspunkts P₂ zurückgelegt. Dabei hat es den zwischen den beiden Richtungsänderungspunkten P₁ und P₂ liegenden Punkt Pa passiert. In Schritt 46 werden die Entfernungsdaten Sa₂ mit dem Modus M₁ für den Punkt P₂ mit derselben Routennummer R-1 zum Inhalt des ML-Speicherbereichs 20c hinzuaddiert. Im ML-Speicherbereich 20c ist jetzt die Summe S₁a + Sa₂ gespeichert.

Die Entfernungsdaten S₁a und Sa₂ wurden ursprünglich im Speicher 3 gespeichert und stellen exakte Werte dar. Das gleiche gilt auch für die aus diesen Entfernungsdaten gebildete Summe S₁a+Sa₂. Im Gegensatz dazu enthält der MS-Speicherbereich 20e Entfernungsdaten bzw. eine Gesamtentfernung S, die durch Summierung der Werte ΔS erhalten wurde, die ihrerseits wieder aus den drehzahlabhängigen Werten ΔN gebildet wurden. Wie bereits zu Anfang ausgeführt wurde, kann die Gesamtentfernung S fehlerbehaftet sein, weil unter anderem die Werte ΔN schwanken können, und zwar in Abhängigkeit des Reifendrucks, der Straßenverhältnisse, klimatischer Bedingungen, usw.

In Schritt 47 werden daher die Koordinaten X, Y der gegenwärtigen Position (X, Y) korrigiert, indem sie durch die Koordinaten des Richtungsänderungspunkts P₂ ersetzt werden. Anschließend wird in Schritt 48 der Kompensationskoeffizient K mit Hilfe der Gleichung 10 berechnet. Das Ergebnis wird im Speicherbereich MK des Speichers 4c (RAM) des Mikrocomputers 4 in Fig. 1 gespeichert. Nachdem das Fahrzeug den Richtungsänderungspunkt P₂ passiert hat, wird der Wert S im folgenden unter Zuhilfenahme des so erhaltenen Kompensationskoeffizienten K durch nachfolgende Gleichung in Schritt 21 ermittelt:

Fährt das Fahrzeug von P₁ nach P₂, und wird der Kompensationskoeffizient K = berücksichtigt, so kann die Gesamtentfernung S wie folgt ausgedrückt werden:

Auf diese Weise wird ein fehlerfreier Entfernungswert ML erhalten, der von der Gesamtentfernung S abhängig ist bzw. mit dieser übereinstimmt.

Im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Wert ΔS unter Zuhilfenahme des Kompensationskoeffizienten K ermittelt, welcher unter Berücksichtigung des Abstands zwischen zwei Richtungsänderungspunkten erhalten wurde, an denen das Fahrzeug durch eine Kurve gefahren ist. Dadurch ist es möglich, selbst bei fehlerbehaftetem Wert ΔS, der mit Hilfe der Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 gebildet wird, den Fehler bei der gemessenen Entfernung zu kompensieren, um dadurch einen fehlerhaften Wert ΔS zu erhalten.

Im folgenden wird eine Weiterbildung der Kurvenerfassungseinheit 12 näher erläutert.

Durch die Kurvenerfassungseinheit 12 in Fig. 5 wird die von der Richtungsbestimmungseinrichtung 1 gelieferte Richtung Rk bzw. ein entsprechender Winkelwert ausgelesen bzw. erfaßt, wenn das Fahrzeug in den vorbestimmten Bereich in der Nachbarschaft bzw. Umgebung eines Richtungsänderungspunkts einfährt. Diese Richtung Rk, und alle Richtungen R von Straßenzweigen, die im Speicher 3 für diesen Richtungsänderungspunkt gespeichert sind und aus der in Fig. 3 dargestellten Tabelle 42 ausgelesen werden, werden miteinander verglichen, um eine Richtung aufzufinden, die die nachfolgende Ungleichung erfüllt:

Der Wert ist hierbei fest vorgegeben. Ferner sei angenommen, daß die Richtung R1-3 am Richtungsänderungspunkt P₁ ausgewählt wurde.

Während das Fahrzeug fährt, wird die Richtung Rp von der Richtungsbestimmungseinrichtung 1 kontinuierlich ausgelesen bzw. erfaßt, wobei dasselbe und zuvor erwähnte Verfahren durchgeführt wird, um eine Richtung Rs unter den Richtungen R1-1 bis R1-4 in der dem Punkt P₁ zugeordneten Zeile der Tabelle 42 nach Fig. 3 auszuwählen, die die folgende Ungleichung erfüllt:

Hierbei wurde angenommen, daß die Richtung R1-2 am Punkt P₁ ausgewählt wurde. Unterscheiden sich der ausgewählte Wert Rp (im Beispiel R1-3) und der Wert R2 (im Beispiel R1-2) voneinander, so kann entschieden werden, daß das Fahrzeug eine Kurve durchfahren hat.

Eine abgewandelte Version der Entfernungsbestimmungseinrichtung 2 kann dadurch erhalten werden, daß der Wert ΔT beim Betrieb des Fahrzeugnavigationssystems verändert wird. Durch den Pulsgenerator 6 in Fig. 1 werden Pulse erzeugt, durch die Zeiträume ΔT bzw. Perioden festgelegt sind. Ändert sich die Länge eines derartigen Zeitraums ΔT, so wird das Zwischen- bzw. Unterbrechungsprogramm nach Fig. 6 früher oder später durchgeführt. Entsprechend ändert sich auch die Anzahl der gelieferten Impulse ΔN, die in Schritt 21 (Fig. 6) zur Berechnung des Werts ΔS herangezogen werden. Eine Änderung des Zeitraums ΔT hat also keinen grundsätzlichen Einfluß auf die Berechnungsart des Werts ΔS.

Auch die Einrichtung 11 zur Bestimmung der festgelegten Umgebung der Richtungsänderungspunkte kann gegenüber der ursprünglichen Einrichtung modifiziert werden. Durch die Einrichtung 11 und die Kurvenerfassungseinheit 12 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Koordinaten X, Y gegenüber den Koordinaten x, y eines Richtungsänderungspunkts ausgewählt bzw. bestimmt, durch die die Gleichungen (7) und (8) erfüllt werden, so daß auf diese Weise ein vorbestimmter Umgebungs- bzw. Nachbarschaftsbereich um den Richtungsänderungspunkt mit den Koordinaten x, y festgelegt wird. Die Werte W₁ und W₂ in den Gleichungen (7) und (8) waren dabei fest vorgegeben. Diese Werte W₁ und W₂ können aber auch variabel sein und für jeden Richtungsänderungspunkt oder Straßenzweig in geeigneter Weise gewählt werden. Zusätzlich kann ein Nachbarschafts- bzw. Umgebungsbereich um einen Richtungsänderungspunkt herum kreisförmig oder ellipsenförmig ausgebildet sein und die folgenden Ausdrücke erfüllen:

[X - (x+α)]² + [Y - (y+β)]² ≦ W₃² (16)

Hierbei sind die Werte α, β, W₃, W₄ und W₅ Variable. Ferner kann der genannte Umgebungs- bzw. Nachbarschaftsbereich um einen Richtungsänderungspunkt herum auch rechteckförmig oder quadratisch ausgebildet sein und die folgenden Ausdrücke erfüllen:

|(x+α) - X| ≦ W₁ (18)

|(y+β) - Y| ≦ W₂ (19)

Ein Nachbarschafts- bzw. Umgebungsbereich um einen Richtungsänderungspunkt muß also nicht in allen Fällen eine festgelegte bzw. unveränderliche Größe oder Form besitzen. Größe und Form können vielmehr entsprechend den jeweils vorhandenen Umgebungsbedingungen angepaßt werden.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß ein Richtungsänderungspunkt bei dem Fahrzeugnavigationssystem nach der Erfindung als Referenz- bzw. Bezugs-Richtungsänderungspunkt angesehen bzw. behandelt wird, wenn das Fahrzeug in einem Umgebungsbereich eine Kurve durchfährt, in dem der Richtungsänderungspunkt liegt. Durch das Verhältnis der tatsächlichen Entfernung zweier Referenz-Richtungsänderungspunkte auf einer Karte und dem tatsächlich gemessenen Abstand zwischen diesen beiden Referenz-Richtungsänderungspunkten wird ein Kompensationskoeffizient K gebildet. Durch diesen Kompensationskoeffizienten K wird erreicht, daß die zurückgelegte Entfernung und die gegenwärtige bzw. momentane Fahrzeugposition exakt berechnet werden können.

Das Fahrzeugnavigationssystem nach der Erfindung kann in Kraftfahrzeugen, beispielsweise Personen- oder Lastkraftwagen, oder aber auch in anderen erdgebundenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, beispielsweise in Schienenfahrzeugen.

Claims (3)

1. Navigationssystem für ein Fahrzeug, mit
- einer ersten Einrichtung (1) zur Ermittlung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs,
- einer zweiten Einrichtung (2) zum Detektieren einer vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrtstrecke,
- einer Speichereinrichtung (3) zur Speicherung der Koordinaten von Streckenpunkten (P₁, Pa, P₂, Pd, Pc, Pb) innerhalb einer Streckenkarte und
- einem Mikrocomputer (4), der die momentane Fahrzeugposition ermittelt und sie durch die Koordinaten eines der Streckenpunkte (P₁, Pa, P₂, Pd, Pc, Pb) ersetzt, wenn das Fahrzeug diesen einen der Streckenpunkte (P₁, Pa, P₂, Pd, Pc, Pb) passiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (4) so ausgebildet ist, daß er die vom Fahrzeug zurückgelegte Fahrtstrecke, die jeweils ausgehend von solchen Streckenpunkten (P₁, P₂, Pd, Pb) neu detektiert wird, an denen sich die Fahrtrichtung um eine vorbestimmte Größe geändert hat, mit einem Kompensationskoeffizienten (K) multipliziert, der sich aus dem Verhältnis von bekannter zu detektierter zurückgelegter Fahrtstrecke zwischen zwei solchen, nacheinander passierten Streckenpunkten (P₁, P₂) ergibt.

2. Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fahrtrichtung dann um eine vorbestimmte Größe geändert hat, wenn die Winkeldifferenz zwischen der Fahrtrichtung beim Einfahren in einen vorbestimmten Umgebungsbereich eines Streckenpunktes (P₁, Pa, P₂, Pd, Pc, Pb) und derjenigen Fahrtrichtung innerhalb des Umgebungsbereichs größer als ein vorbestimmter Winkel ist.

3. Navigationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsbereich in Form und Größe veränderbar ist.