DE4217555A1

DE4217555A1 - Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem

Info

Publication number: DE4217555A1
Application number: DE19924217555
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Diethelm; Georg Rittner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1993-12-02

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem plangestützten Ortungs- und Navi gationssystem zur Bestimmung der momentanen Fahrzeugposition nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Ortungs- und Navigationssystem wird die momentane Fahrzeugposition auf einem Straßenplan, der auf einem CD-ROM gespeichert ist, mitgekoppelt. Dabei wird die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bezüglich der Nord richtung mittels einer Erdmagnetfeldsonde bestimmt. Zusätzliche Rad sensoren messen die zurückgelegte Wegstrecke und den Lenkwinkel bzw. den Richtungsänderungswinkel des Fahrzeuges und ermitteln aus diesen Daten die momentane Position des Fahrzeuges auf dem gespeicherten Straßenplan, dessen aktueller Bereich auf einem Anzeige-Display dar gestellt wird. In Stadtbereichen, bei denen viele Lenkbewegungen und Fahrtrichtungsänderungen entstehen, ist die Mitkopplung sehr genau. Auf langen Fahrstrecken, wie beispielsweise auf Autobahnen, sind naturgemäß relativ wenig Lenkbewegungen erforderlich, so daß das Ortungs- und Navigationssystem aufgrund von Meßungenauigkeiten für die zurückgelegte Wegstrecke in der Standortbestimmung ungenau werden kann. Die Wegstreckenmessung wird um so ungenauer, je größer beispielsweise der Reifenverschleiß ist oder wenn das Fahrzeug mit unterschiedlichem Reifendruck gefahren wird. Derartige Langstreckenfehler sind unerwünscht und können nur durch eine entsprechende Eichung, die relativ aufwendig ist, kompen siert werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße plangestützte Ortungs- und Navigationssystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die durch Mitkopplung bestimmte Ortung des Land fahrzeuges unabhängig von Meßfehlern, die durch Reifenverschleiß oder dem Reifendruck entstehen können, automatisch überprüft oder korrigiert wird. Eine zeitraubende Überprüfung und Korrektur durch den Fahrer ist nicht mehr erforderlich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen plangestützten Ortungs- und Navigationssystems möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der weitere Sensor unterfahrene Brücken oder durchfahrene Tunnel erkennt. Derartige Bauwerke sind markante Punkte, deren Position insbesondere auf den Fernverkehrs straßen genau bekannt ist. Durch die bekannte Position der unter fahrenen Brücke ist die Fahrzeugposition exakt festgelegt, so daß das Navigationssystem auf diesen Punkt ggf. neu aufgesetzt werden kann.

Da der Beginn einer unterfahrenen Brücke in der Regel mit einer starken Änderung des Lichtes verbunden ist, ist die Verwendung eines lichtempfindlichen Sensors besonders vorteilhaft geeignet. Aber auch eine nach dem Radarechoprinzip arbeitende Sende-/Empfangseinrichtung für elektromagnetische Wellen ist für den Beginn einer Brücke oder eines Tunnels besonders geeignet, wenn sie nach oben zum Himmel ge richtet ist und die Decke zur Brücke oder dem Tunnel detektiert. Eine derartige Einrichtung ist vom Umgebungslicht unabhängig und arbeitet besonders störunempfindlich.

Besonders vorteilhaft ist, daß der weitere Sensor als Empfangs antenne für Radiofrequenzen ausgebildet ist, deren Empfindlichkeit von der Einfallsrichtung der Radiofrequenzen abhängt. Da mehrere Radiofrequenzen richtungsabhängig gleichzeitig empfangen werden können, ergibt sich auf einfache Weise die Möglichkeit der Be stimmung der momentanen Fahrzeugposition durch Berechnung des Schnittpunktes der einfallenden Radiowellen.

Eine besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn die Empfangsantenne mehrere Antennensegmente aufweist, die ringförmig als Vieleck ange ordnet sind. Da jedes Antennensegment einem bestimmten Empfangs winkel zugeordnet ist, ist die Richtungsbestimmung des sendenden Radiosenders leicht feststellbar. Der Radiosender ist durch die ab gegebene Sendefrequenz bestimmbar, so daß sein Standort vorteilhaft einer Tabelle entnommen werden und aus diesen Koordinaten die Position des Fahrzeuges durch Schnittpunktbildung berechnet werden kann.

Für eine möglichst genaue Richtungsbestimmung des Radiosenders sind solche Antennensegmente besonders vorteilhaft geeignet, die sich aus möglichst vielen Teilen zusammensetzen. Durch die vom Einfallswinkel abhängende Dämpfung der Empfangssignale ergibt sich eine besonders leichte Richtungsbestimmung.

Ist die momentane Fahrzeugposition durch die empfangenen Sende signale bestimmt, dann kann sie besonders leicht mit der mitge koppelten Fahrzeugposition verglichen werden. Ergeben sich Ab weichungen, dann wird das Navigationssystem auf die festgestellte Fahrzeugposition neu aufgesetzt. Wird dieser Vorgang wiederholt nach einer bestimmten Fahrstrecke wieder durchgeführt, kann daraus ein systematischer Fehler ermittelt werden, mit dem das Navigations system zusätzlich beaufschlagt wird. Dadurch korrigiert sich das Navigationssystem in vorteilhafter Weise selbsttätig, ohne daß ein aufwendiger Werkstattaufenthalt zur Nacheichung des Ortungs- und Navigationssystems erforderlich ist.

Da viele Radiosender über das Radio-Datasystem (RDS) kontinuierlich Verkehrsinformationen senden, kann bei bekanntem Fahrzeugstandort auch die lokale Verkehrssituation decodiert werden und so dem Fahrer entweder optisch oder akustisch mitgeteilt werden.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Sensor, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 3 die Anordnung einer Empfangsantenne mit mehreren Empfangssegmenten und Fig. 4 ein Blockschaltbild des Ortungs- und Navigationssystems mit einer Aus werteeinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Er findung. Ein Kraftfahrzeug 11 fährt auf einer Straße, die durch eine Brücke überbaut ist. Das Fahrzeug 11 weist an einer Oberfläche, beispielsweise auf dem Dach einen Sensor 21 auf, der als lichtempfindlicher Sensor ausgebildet ist. Als lichtempfindlicher Sensor eignet sich ein handelsüblicher Fotowiderstand oder Foto transistor, der vorzugsweise die von oben direkt einstrahlende Helligkeit erfaßt. Um Tageslicht von künstlichem Lampenlicht zu unterscheiden, das häufig in einem Tunnel verwendet wird, kann der Sensor 21 mit einem entsprechenden Spektralfilter ausgestattet sein. Ein derartiger optischer Sensor ist als passives System sehr preis wert herstellbar.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, wenn der Sensor 21 beispielsweise als Reflexionslichtschranke oder ein Ultraschall-Sende-/Empfangsgerät ist. Eine Reflexions lichtschranke besteht aus einem lichtaussendenden Sender und einem Fototransistor, der das ausgesandte Licht, das von einem Hindernis reflektiert wird, empfängt und auswertet. Derartige Reflexions lichtschranken werden in der Praxis getaktet ausgebildet, so daß sie vom einstreuenden Tageslicht oder Umgebungslicht nicht gestört sind. Eine derartige Reflexionslichtschranke ist per se bekannt und muß daher nicht näher beschrieben werden.

Ultraschall-Sende- und Empfangseinrichtungen sind per se ebenfalls bekannt und werden beispielsweise zur Abstandsmessung oder als Ein parkhilfe für Fahrzeuge verwendet. Eine derartige Einrichtung ist in der EE 38 27 729 USA 1 beschrieben.

Als alternatives Ausführungsbeispiel kann der Sensor 21 auch als elektromagnetischer Sensor ausgebildet sein, der nach dem Prinzip von Radarwellen arbeitet und entsprechende Echos empfängt und aus wertet. Ein derartiger Sensor ist per se ebenfalls bekannt und wird beispielsweise bei Geschwindigkeitsmessungen von Fahrzeugen ver wendet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 darge stellt. Als Sensor 16 wird eine richtungsempfindliche Empfangs antenne für Radiofrequenzen verwendet, die auf der Oberfläche des Fahrzeuges, beispielweise auf dem Dach des Fahrzeuges angeordnet ist. Die Empfangsantenne enthält entsprechend der Fig. 3 beispiels weise die Antennensegmente 1 bis 8, die ringförmig angeordnet sind. Jedes Antennensegment ist so ausgebildet, daß es einen bestimmten Winkelbereich eines Kreises abdeckt und bevorzugt Radiofrequenzen in diesem Winkelbereich empfängt. Die von einem Antennensegment 1 bis 8 empfangenen Radiofrequenzen werden getrennt an eine Auswerte einrichtung weitergegeben, die in Fig. 4 noch näher beschrieben wird.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Ausführungsbeispiele be schrieben. Beim ersten Ausführungsbeispiel erfaßt der Sensor 21, der als optischer Sensor ausgebildet ist, beim Unterfahren einer Brücke gemäß der Fig. 1 oder bei einer Einfahrt in einen Tunnel eine Helligkeitsänderung von hell auf dunkel. Die Lichthelligkeit ändert sich wieder, wenn das Fahrzeug die Brücke bzw. den Tunnel durch fahren hat. Diese beiden Änderungen der Helligkeit von hell auf dunkel bzw. von dunkel auf hell sind ein eindeutiges Indiz für die Erkennung der Brücke bzw. eines Tunnels. Bei dem bekannten Navi gationssystem sind die Ortskoordinaten der unterfahrenen Brücken oder durchfahrenen Tunnel zusammen mit den Daten des Straßenplanes abgespeichert. Da das Ortungs- und Navigationssystem durch die Mit kopplung in etwa die momentane Fahrzeugposition kennt, kann sie beim Erkennen der Brücke oder des Tunnels die mitgekoppelte Position mit der der Brücke oder des Tunnels vergleichen. Da die Brücken- oder Tunnelposition Priorität genießt gegenüber der mitgekoppelten Position des Fahrzeuges, muß bei Abweichung die mitgekoppelte Fahr zeugposition korrigiert werden und das Ortungs-/Navigationssystem auf die Position der Brücke bzw. des Tunnels neu aufgesetzt werden. Um die Mitkopplung möglichst genau zu machen, wird der Beginn oder das Ende der Brücke bzw. des Tunnels oder ein entsprechender anderer Punkt als Referenzpunkt ver wendet.

Wird bei mehreren auf der Fahrstrecke durchfahrenen Brücken oder Tunnel festgestellt, daß die mitgekoppelte Ortung fehlerhaft ist, dann liegt ein systematischer Koppelfehler vor. In diesem Fall kann aus dem Abstand der Brücken zueinander, der sich aus den Koordinaten oder der Wegstrecke ergibt, und den mitgekoppelten Wegabschnitten durch Division ein Korrekturfaktor ermittelt werden, der im folgen den dann vom Ortungs- und Navigationssystem für die Mitkopplung automatisch berücksichtigt wird. Dadurch korrigiert sich das Ortungs- und Navigationssystem für die folgende Wegstrecke selbst tätig, so daß aufwendige separate Eichvorgänge, die insbesondere auch in der Fachwerkstatt zu machen sind, entfallen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die genaue Fahrzeugposition dadurch bestimmt, daß die einzelnen Antennensegmente 1 bis 8 mehrere Radiosender richtungsabhängig empfangen. Werden beispielsweise ent sprechend der Fig. 2 drei Radiosender 12, 13, 14 von der Seite, von hinten oder schräg von hinten empfangen, dann geben die zugeordneten Antennensegmente 3, 5, 6 entsprechend der Fig. 3 ihre Signale an die Richtungsdecoder 41 (Fig. 4). Jedem Antennensegment 1 bis 8 ist ein Richtungsdecoder nachgeschaltet. Ein Richtungsdecoder 41 ent spricht einem Empfangsteil eines Autoradios. Er sucht beispielweise aus den einfallenden Radiofrequenzen die mit der größten Feldstärke heraus. Entsprechend dem Flußdiagramm der Fig. 4 wird die einem Richtungssegment zugeordnete Radiofrequenz in der Position 42 gemessen. Anhand einer gespeicherten Sendertabelle kann in Position 43 der zugeordnete Sender sowie dessen genauer Standort (Position 44) bestimmt werden. Diese Aufgaben übernimmt vorzugsweise die Steuereinrichtung, ein Mikrocomputer des Ortungs- und Navi gationssystems. Aus den decodierten Rundfunksendern und deren be stimmte Senderichtungen kann durch Schnittpunktbildung die momentane Fahrzeugposition bestimmt werden. Dabei ist klar, daß die Positions bestimmung um so genauer wird, je mehr Antennensegmente angeordnet und je mehr Sender gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen deco diert werden können. Im einfachsten Fall reichen schon zwei Antennensegmente aus, die zwei verschiedene Radiosender empfangen können. Es können aber auch Empfangsantennen mit drei, vier, sechs, acht oder anderen Segmentzahlen gebildet werden.

Ist die genaue Fahrzeugposition bestimmt, dann erfolgt die Korrektur mit der mitgekoppelten Position in der gleichen Weise, wie sie zuvor beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Es ist weiter vorteilhaft, die in beiden Ausführungsbeispielen beschriebenen Sensoren miteinander zu kombinieren, weil man dadurch die sicherste Positionsbestimmung erhält. Besonders vorteilhaft ist, daß bei einem Spannungsausfall, wenn die mitgekoppelte Position verlorengegangen ist, ohne Dazutun des Fahrers mit Hilfe des zweiten Ausführungs beispieles die momentane Fahrzeugposition neu ermittelt werden und das Ortungs- und Navigationssystem auf diesen Punkt neu aufgesetzt werden. Weitere Korrekturen sind dann nicht mehr erforderlich. Dieses Ortungs- und Navigationssystem würde auch dann noch einwand frei arbeiten, wenn für ein bestimmtes Gebiet keine digitalisierten Straßenpläne vorliegen.

Da viele Rundfunksender beispielsweise verschlüsselte Verkehrs informationen aussenden, können bei der Decodierung dieser Sende signale auch diese Informationen decodiert und dem Fahrer angezeigt oder hörbar gemacht werden. Beispielsweise werden bei dem Radio-Data-System (RDS) unter anderem auch Verkehrsinformationen eines bestimmten Verkehrsgebietes, insbesondere des Sendegebietes dieser Radiostation gesendet. Diese Informationen sind aktuell und sollen für den Fahrer eine Hilfe auf seinem momentanen Fahrweg dar stellen. Da mehrere Sender gleichzeitig empfangen werden, können auch deren RDS-Signale für das befahrene Gebiet selektiert und dem Fahrer auf einer entsprechenden Anzeige dargestellt werden. Es ist vorteilhaft, so Verkehrsstaus oder Umleitungen direkt auf dem darge stellten Straßenplan anzuzeigen.

Claims

1. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem für ein Kraft fahrzeug mit einem Erdmagnetfeldsensor und mit Sensoren zur Er fassung des Fahrweges bezüglich der Fahrstrecke und des Lenkwinkels, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftfahrzeug (11) wenigstens ein weiterer Sensor (16, 21) angeordnet ist, dessen Signale zur Kon trolle oder Korrektur des Fahrweges verwendbar sind.

2. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor (21) ausgebildet ist, unterfahrene Brücken oder durchfahrene Tunnel zu erkennen.

3. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortungs- und Navigationssystem (46) aus den Positionen der erkannten Brücken oder durchfahrenen Tunneln die momentane Fahrzeugposition ermittelt.

4. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor (21) als lichtempfindlicher Sensor ausgebildet ist.

5. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der vor hergehenden Ansprüche oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor (21) zum Empfangen von ausgesandten elektro magnetischen Wellen (Radarecho) oder akustischen Schwingungen (Ultraschallwellen) ausgebildet ist.

6. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor (16) als Empfangsantenne für Radiowellen ausgebildet ist, deren Richtungsempfindlichkeit abhängig ist vom Einfallswinkel der Radiosignale bezüglich der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges (11).

7. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (16) mehrere ring förmig an den Seiten eines Vielecks angeordnete Empfangssegmente (1 bis 8) aufweist.

8. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssegmente (1 bis 8) ein Vieleck mit drei, vier, sechs oder acht Seiten bildet.

9. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der An sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssegmente (1 bis 8) mit einem oder mehreren Richtungsdecodern (41) für die Er kennung der Radiofrequenzen bekannter Radiosender verbunden sind, daß das Ortungs- und Navigationssystem aus den erkannten Radio sendern die Standorte anhand einer Vergleichstabelle bestimmt und aus den Standorten die Position des Kraftfahrzeuges in bezug auf den Straßenplan ermittelt.

10. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortungs- und Navigationssystem (46) aus der über den weiteren Sensor (16, 21) ermittelten Fahrzeugposition die Mitkopplung der plange stützten Ortung selbsttätig kontrolliert oder korrigiert.

11. Plangestütztes Ortungs- und Navigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortungs- und Navigationssystem aus den decodierten Radiofrequenzen der Radiosender (12, 13, 14) insbesondere nach dem Radio-Data-System lokale Verkehrsinformationen im Bereich der momentanen Fahrzeug position ermittelt und dem Fahrer des Fahrzeuges ausgibt.