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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugnavigationssysteme.
Genauer betrifft die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen, die
periodisch für
eine fliegende Kalibrierung der Stände eines Fahrzeug-Wegstreckenzählers sorgen,
um eine genaue Bestimmung der Fahrzeugposition durch das Navigationssystem
sicherzustellen.
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Herkömmlich verwenden
Fahrzeugnavigationssysteme verschiedene Sensoren, um die Position,
die Geschwindigkeit und den Kurs eines Fahrzeugs zu ermitteln. Beispielsweise
werden Satelliten-Navigationssystem-Sensoren (GPS-Sensoren) verwendet,
um Signale von GPS-Satelliten zu erfassen, die wiederum von dem
Navigationssystem verwendet werden, um die Position eines Fahrzeugs
zu bestimmen. Es werden eingebaute Sensoren wie etwa Magnetkompasse
und Kreisel verwendet, um sowohl den Kurs des Fahrzeugs als auch
die mit der Winkelbeschleunigung einhergehenden Änderungen des Fahrzeugkurses
zu erfassen. Zum Messen der von einem Fahrzeug zurückgelegten
Strecken verwenden Navigationssysteme herkömmlich das Wegstreckenzählersignal
des Fahrzeugs. Es ist offensichtlich, dass für die zuverlässige Bestimmung
der Fahrzeugposition die Genauigkeit der von diesen verschiedenen
Sensoren empfangenen Daten wesentlich ist.
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Die
Genauigkeit der von einem Wegstreckenzähler des Fahrzeugs empfangenen
Daten ist durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst. Da ein Wegstreckenzähler typisch
Radumdrehungen als repräsentativ
für eine
zurückgelegte
Strecke erfasst, steht die Reifengröße in direkter Beziehung zur
Genauigkeit der gemeldeten zurückgelegten
Strecke. Bei den gegenwärtigen
Navigationssystemen wird, wenn die Reifengröße des Fahrzeugs bekannt ist, diese
manuell in das Navigationssystem einprogrammiert, damit Radumdrehungen
und zurückgelegte Strecke
richtig zueinander in Beziehung gesetzt werden. Es ist jedoch wohl
bekannt, dass sich die Größe eines
Fahrzeugsreifens mit der Zeit ändert,
da er durch den Kontakt mit der Fahrbahn abgenutzt wird. Außerdem erzeugen
Faktoren, wie der Luftdruck der Reifen und das Gewicht, mit dem
das Fahrzeug belastet ist, zu jeder Zeit eine Abweichung von der
von dem Wegstreckenzähler
gemeldeten zurückgelegten Strecke.
Die Reifengröße kann
periodisch erneut in das System einprogrammiert werden, um derartige Änderungen
zu berücksichtigen,
wobei jedoch offensichtlich unpraktisch ist, dass eine schwierige,
manuelle Umprogram mierung häufig
erforderlich wäre, möglicherweise
jedes Mal, wenn das Navigationssystem verwendet wird.
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Eine
weitere potenzielle Quelle für
Fehler bei der gemessenen Strecke, die von einem Wegstreckenzähler gemeldet
wird, ist ein Abweichen der Impulsrate des Wegstreckenzählers von
der Impulsratensetzung des Navigationssystems. Wegstreckenzähler erzeugen
eine Impulsfolge, wobei eine bestimmte Anzahl von Impulsen (z. B.
2000) eine Entfernungseinheit (z. B. eine Meile) darstellt. Beispielsweise
verwenden Fahrzeuge von Nissan eine Impulsrate von 2000 Impulsen/Meile,
während
Fahrzeuge von Ford eine Impulsrate von 8000 Impulsen/Meile verwenden.
Folglich muss jedes Navigationssystem so konfiguriert sein, dass
es dem Fahrzeugtyp, in dem es installiert ist, entspricht. Andernfalls
können
sich sehr große
Skalenfehler ergeben. Wenn beispielsweise die Impulsratensetzung
bei einem Navigationssystem, das in einem Ford installiert ist,
mit der Impulsrate eines Nissan in Entsprechung gebracht werden
würde,
würde ein
Fehlerfaktor von vier eingeführt
werden. Das Setzen der Impulsrate erfolgt typisch, bevor ein Navigationssystem
installiert wird, und es ist schwierig, Änderungen vorzunehmen, wenn
beispielsweise der Wegstreckenzähler
in dem Fahrzeug ausgetauscht wird oder das Navigationssystem in
ein anderes Fahrzeug eingebaut wird. Folglich bleibt die Korrektur
des Fehlers problematisch, obwohl die Erfassung des Fehlers einfach
sein kann.
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Es
ist also offensichtlich, dass ein Bedarf an einer zweckmäßigen Technik
besteht, durch welche die Messungen des Wegstreckenzählers trotz
der vielen unvorhersehbaren Änderungen,
die mit der Zeit auftreten, zuverlässig und genau gemacht werden.
Außerdem
besteht ein Bedarf an einer Technik, um zu ermitteln, ob eine Impulsratensetzung
eines Navigationssystems der Impulsrate des zugeordneten Wegstreckenzählers entspricht,
und um die Impulsratensetzung zurückzusetzen, falls festgestellt wird,
dass sie fehlerhaft ist.
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Die
Patent Abstracts of Japan, Bd. 014, Nr. 325 (P-1075), 12. Juli 1990
und
JP 02 107 985 A (Matshuhita
Electric Works Ltd.) offenbaren ein Verfahren zum Modifizieren eines
Wegstreckenzählerstandes
in einem Fahrzeugnavigationssystem, um Fehler des Wegstreckenzählers zu
kompensieren. In diesem System werden eine erste Streckenmessung von
dem Wegstreckenzähler
und eine zweite Streckenmessung von einem GPS-Sensor erhalten und verglichen,
um einen Einstellbetrag zu berechnen, der verwendet wird, um die
Genauigkeit des Wegstreckenzählerstandes
zu erhöhen.
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EP 0 527 558 (Pioneer Electronic
Corp.) beschreibt ein Verfahren der Auswahl einer Impulsratensetzung
in einem Fahrzeugnavigationssystem, um einer einem Wegstreckenzähler zugeordneten Impulsrate
zu entsprechen, wobei eine erste Streckenmessung von dem Wegstreckenzähler erhalten wird
und wobei eine zweite Streckenmessung von einem GPS-Sensor erhalten
wird. Wenn das System initialisiert wird, wird die Impulsratensetzung
bestimmt, um dem Verhältnis
zwischen den beiden Streckenmessungen zu entsprechen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtungen, die die
oben erörterten
Probleme angehen. Lösungen
für die
zuvor erwähnten
Probleme werden durch das Verfahren und die Vorrichtung, die in
den beigefügten
Ansprüchen
definiert sind, geschaffen. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung
einem Fahrzeugnavigationssystem, Wegstreckenzähler-Messfehler auf Grund von Änderungen
der Reifen und der Fahrbahnbedingungen automatisch zu kompensieren,
wenn diese Veränderungen
auftreten. Der Stand des Wegstreckenzählers kann durch einen Modifikationsfaktor
modifiziert werden, der periodisch eingestellt wird, um die sich ändernden
Bedingungen widerzuspiegeln. Zu Anfang kann der Modifikationsfaktor
so festgelegt sein, dass er der Reifengröße entspricht. Unter Verwendung
der Daten von dem Wegstreckenzähler
und von wenigstens einem anderen Sensor, wie beispielsweise einem
GPS-Empfänger,
wird eine zurückgelegte
Strecke gemessen. Es wird die Differenz zwischen den Messungen berechnet
und ein Einstellbetrag erzeugt, mit dem der Modifikationsfaktor
eingestellt wird. In besonderen Ausführungsformen gibt es eine Maximalwertgrenze
für den
Einstellbetrag, die in Abhängigkeit
von der Häufigkeit,
mit welcher der Modifikationsfaktor eingestellt worden ist, verschieden
ist. Genauso ist bei weiteren besonderen Ausführungsformen die Anzahl der
Streckendaten-Punkte, die bei diesem Verfahren verwendet werden,
um die zurückgelegten
Strecken zu messen, in Abhängigkeit
von der Anzahl der Anpassungen an den Modifikationsfaktor verschieden.
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Bei
verschiedenen besonderen Ausführungsformen
der Erfindung sind einige Merkmale vorgesehen, die die Integrität der Daten
verifizieren, die verwendet werden, um die verschiedenen Streckenmessungen
zu erhalten, die benutzt werden, um den Wegstreckenzähler zu
kalibrieren. Beispielsweise werden, wenn die Differenz zwischen
der Streckenmessung von dem Wegstreckenzähler und der Streckenmessung
von dem anderen Sensor oder den anderen Sensoren größer als
ein Schwellenwert ist, diese Streckenmessungen verworfen und neue Streckenmessungen
unter Verwendung neuer Daten erzielt. Genauso werden die Streckenmessungen
verworfen und neue Streckenmessungen erzielt, wenn festgestellt
wird, dass die Streckendaten, die dazu verwendet werden, die Streckenmessungen
zu bestimmen, unzuverlässig
sind. In einer weiteren Ausführungsform
werden auf der Grundlage der verschiedenen Streckenmessungen verschiedene
Fahrzeugpositionen bestimmt. Es wird dann ermittelt, ob die relative
Beziehung zwischen den verschiedenen Positionen widerspruchsfrei
zu dem momentanen Modifikationsfaktor ist. Wenn beispielsweise festgestellt
worden ist, dass der Modifikationsfaktor zu groß sei, trotzdem die Position,
die dem Wegstreckenzähler
entspricht, hinter der Position ist, die dem anderen Sensor entspricht,
wird entschieden, dass die Positionen im Widerspruch zu dem Modifikationsfaktor sind,
d. h. die Position des Wegstreckenzählers sollte der anderen Position
voraus sein, wenn der Modifikationsfaktor als zu groß bestimmt
worden ist. Wenn die Ergebnisse widersprüchlich sind, werden neue Streckenmessungen
erzielt.
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Folglich
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modifizieren des Standes
eines Wegstreckenzählers
in einem Fahrzeugnavigationssystem, um Fehler des Wegstreckenzählers zu
kompensieren, beschrieben. Eine erste Streckenmessung wird von dem
Wegstreckenzähler
erhalten, und eine zweite Streckenmessung wird von wenigstens einem
anderen Sensor erhalten. Die Differenz zwischen der ersten und der
zweiten Streckenmessung wird bestimmt, und in Reaktion hierauf wird
ein Einstellbetrag erzeugt. Ein Modifikationsfaktor wird dann durch den
Einstellbetrag eingestellt, wobei der Modifikationsfaktor der Modifikation
des Wegstreckenzählerstandes
dient. Anschließend
wird der Wegstreckenzählerstand
mit dem Modifikationsfaktor modifiziert.
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Außerdem sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswählen einer Impulsratensetzung
in einem Fahrzeugnavigationssystem, um sie mit einer Impulsrate,
die dem Wegstreckenzähler
zugeordnet ist, in Übereinstimmung
zu bringen, beschrieben. Der zusätzliche
Sensor, wie beispielsweise ein GPS-Empfänger, sammelt parallel zu dem
Wegstreckenzähler
Daten, die der zurückgelegten
Strecke entsprechen. Die von dem Wegstreckenzähler und dem Sensor gemessenen
Strecken werden verglichen, und wenn die Differenz zwischen den
beiden Messungen größer als
ein Schwellenwert ist (der einen großen Fehler angibt, der wahrscheinlich
auf eine fehlerhafte Impulsrate zurückzuführen ist), ändert das System seine Impulsrateneinstellung,
um sie mit der Impulsrate des Wegstreckenzählers in Übereinstimmung zu bringen.
Die korrekte Impulsratensetzung ist durch die Beziehung zwischen
den zwei Messungen bestimmt. Wenn beispielsweise die momentan von
dem Fahrzeugnavigationssystem verwendete Impulsratensetzung 8000
Impulse/Meile ist, der Wegstreckenzähler jedoch nur ungefähr ein Viertel
der unter Verwendung der GPS-Daten registrierten Strecke registriert,
setzt das System seine Impulsratensetzung auf 2000 Impulse/Meile
zurück.
Die Impulsratensetzung bleibt jedoch unverändert, wenn der Abstand zwischen
den Messungen unter dem Schwellenwert ist.
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Folglich
wird eine erste Streckenmessung von dem Wegstreckenzähler erhalten,
und eine zweite Streckenmessung wird von wenigstens einem anderen
Sensor erhalten. Dann wird die Differenz zwischen der ersten und
der zweiten Streckenmessung bestimmt. Wenn die Differenz größer als
ein Schwellenwert ist, wird die Impulsratensetzung so geändert, dass
sie der Impulsrate des Wegstreckenzählers entspricht, und wenn
die Differenz kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Impulsratensetzung
unverändert
gelassen.
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Ein
weiterführendes
Verständnis
des Wesens und der Vorteile der vorliegenden Erfindung können anhand
der verbleibenden Abschnitte der Beschreibung und der Zeichnung
gewonnen werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Fahrzeugsnavigationssystems zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schaubild, das die Operation der Impulsratenerfassungsroutine
gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Ablaufplan, der die Operation der Impulsratenerfassungsroutine
gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 ist
ein Schaubild, das die verschiedenen Zustände der Streckenkalibrierungsroutine
gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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5 ist
ein Ablaufplan, der die Operation der Streckenkalibrierungsroutine
gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Schaubild, das die Bestimmung der Widerspruchsfreiheit eines
Einstellfaktors zeigt;
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7 ist
ein Schaubild, das die Bedingungen zeigt, unter denen die Fahrzeugposition
eingestellt wird;
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8 ist
ein Schaubild, das die Bedingungen zeigt, unter denen der Zäh ler für zweifelhafte
Ereignisse gelöscht
wird;
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9 ist
ein Schaubild, das die Bedingung für einen "großen
Fehler" zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Fahrzeugsnavigationssystems 10 zur
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die Sensoren 12 bis 16 sowie
der GPS-Empfänger 18 sind über eine
Sensor/GPS-Schnittstelle 22 mit Rechnermitteln verbunden.
In typischen Ausführungsformen
umfasst der Laufleistungssensor 12 einen Wegstreckenzähler, der
Winkelgeschwindigkeitssensor 14 umfasst einen Kreisel oder
einen Differential-Wegstreckenzähler, der
mit den Rädern
des Fahrzeugs gekoppelt ist, und der erdmagnetische Sensor 16 umfasst
gewöhnlich einen
Magnetkompass, der in dem Fahrzeug angebracht ist. Es ist ein GPS-Datenempfänger 18 vorgesehen,
um Signale beispielsweise von einem satellitengestützten Navigationssystem
zu empfangen. Die Daten von der Sensor/GPS-Schnittstelle 22 werden an
die CPU 24 übermittelt,
die die Kalibrierung, die Signalverarbeitung, die Gissung, die Fahrzeug-Positionsbestimmung
und Routenführungsfunktionen ausführt. Eine
Karteninformationen enthaltende Datenbasis könnte auf einem Speichermedium 26 gespeichert
sein, während
die Software, die den Betrieb der Computermittel steuert, für die Ausführung durch die
CPU 24 im ROM 28 gespeichert ist. Der RAM 30 ermöglicht das
Lesen und Schreiben der Informationen, die notwendig sind, um derartige
Softwareprogramme auszuführen.
Das Speichermedium 26 kann einen Festplattenspeicher, eine
CD-ROM oder eine integrierte Schaltung umfassen, worauf bzw. worin digitalisierte
Karteninformationen gespeichert worden sind. Die Ausgabesteuerung 32,
die einen Videoadapter umfassen kann, empfängt von der CPU 24 verarbeitete
Daten und leitet diese Daten an eine Ausgabe-Kommunikationseinheit 34 weiter,
die gewöhnlich
einen Anzeigeschirm umfasst. Der Benutzer kann Daten, wie etwa einen
gewünschten
Zielort, über
die Benutzerschnittstelle 36 eingeben, die typisch ein
Tastenfeld umfasst.
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Die
auf dem Speichermedium 26 gespeicherte Karten-Datenbasis
umfasst vorzugsweise Positionsdaten wie beispielsweise die geographische Breite
und Länge,
um Straßenkreuzungen,
Straßenabschnitte,
Landmarken und interessante Punkte zu beschreiben, und andere geographische
Informationen. Ferner kann die Datenbasis Daten umfassen, die Eigenschaften
von Straßen
oder Plätzen
auf der Karte repräsentieren,
wie etwa Namen von Straßen und
Plätzen,
Merkmale von Straßen
wie etwa Teiler, Beschränkungen
auf eine Richtung, Oberflächenbeschaffenheit,
Geschwindigkeitsbegrenzung, Gestaltung, Höhe, usw. Unter Verwendung der
Daten, die in der Karten-Datenbasis gespeichert sind, erzeugt das Fahrzeugnavigationssystem
eine oder mehrere mögliche
Positionen des Fahrzeugs durch Vergleichen der gegissten Position
mit den Straßenabschnitten, Kreuzungen
und anderen geographischen Orten, die in der Datenbasis gespeichert
sind. Das System filtert dann den Satz von Positionsmöglichkeiten
und wählt aus
den verbleibenden Positionsmöglichkeiten
eine Position aus, die für
die momentane Position des Fahrzeugs gehalten wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung führt
das Fahrzeugnavigationssystem, nachdem es hochgefahren und initialisiert
worden ist, zuerst eine Impulsratenerfassungsroutine aus, um zu
ermitteln, ob die Impulsratensetzung des Navigationssystems der
Impulsratensetzung des Wegstreckenzählers des Fahrzeugs entspricht.
Wenn die korrekte Impulsratensetzung worden verifiziert ist, führt das
System eine Streckenkalibrierungsroutine aus, die wiederholt einen
Modifikationsfaktor auf den Stand des Wegstreckenzählers anwendet,
um die Faktoren zu kompensieren, die sich auf die Genauigkeit des
Wegstreckenzählers
auswirken, wie weiter oben beschrieben worden ist. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der Erfindung verwenden sowohl die Impulsratenerfassungsroutine
als auch die Streckenkalibrierungsroutine Daten von dem Wegstreckenzähler des Fahrzeugs
und von einem GPS-Empfänger.
Nacheinander werden besondere Ausführungsformen jeder der Routinen
erörtert.
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Damit
die Impulsratenerfassungsroutine läuft, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein.
Erstens: Da die Impulsratenerfassungsroutine bei der Bestimmung
einer Referenzstreckenmessung auf GPS-Daten angewiesen ist, ist
die Zuverlässigkeit
dieser Daten wichtig, deshalb muss der GPS-Signalempfang stabil
sein. Zweitens: Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs muss über einer
Schwellengeschwindigkeit sein, um das Sammeln von vertrauenswürdigen Streckendaten
sowohl durch den Wegstreckenzähler
als auch durch den GPS-Empfänger
sicherzustellen. In einer besonderen Ausführungsform werden GPS-Geschwindigkeitsdaten
verwendet, um zu bestimmen, ob diese Bedingung erfüllt ist.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform beträgt die Schwellengeschwindigkeit
30 Meilen pro Stunde. Daten, die erhalten werden, während eine
der Bedingungen nicht erfüllt
ist, werden nicht für
das Einstellen verwendet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Impulsratenerfassungsroutine ist mit Bezug auf die Veranschaulichung
von 2 und den Ablaufplan von 3 beschrieben.
In 2 hat der Wegstreckenzähler des Fahrzeugs 200 eine
Impulsrate, die ungefähr
die Hälfte
der Impulsratensetzung des Navigationssystems beträgt. Wie
weiter oben erörtert
worden ist, beginnt das Akkumulieren von Daten von dem Wegstreckenzähler und
dem GPS-Empfänger
für den
Streckenvergleich, wenn sowohl der GPS-Empfang stabil ist, als auch
die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch genug ist (Schritt 302).
Wenn diese Bedingungen erfüllt sind,
werden alle Streckendaten gelöscht
(Schritt 304) und die Akkumulation von Streckendaten von dem
GPS-Empfänger
und dem Wegstreckenzähler beginnt
(Schritt 306). Wenn entweder die GPS-Daten instabil werden
oder das Fahrzeug abbremst und unter die Geschwindigkeitsschwelle
gelangt, bevor der Streckenvergleich erfolgt, werden die akkumulierten Streckendaten
gelöscht,
und die Prozedur fängt
von neuem an. Wenn eine bestimmte Anzahl von Datenpunkten akkumuliert
ist (Schritt 308), wird die von dem Wegstreckenzähler gemessene
Strecke 202 mit der unter Verwendung der GPS-Daten von
dem Satelliten 206 gemessenen Strecke 204 verglichen (Schritt 310).
Wenn die Differenz der beiden Strecken größer als ein Schwellenwert ist
(Schritt 312), wird das Navigationssystem angewiesen, die
Impulsratensetzung zu ändern
(Schritt 316), die akkumulierten Streckendaten werden gelöscht, und
die Prozedur wird wiederholt, bis die Impulsratensetzung als korrekt
verifiziert wird. Wenn die Differenz der beiden Strecken unter dem
Schwellenwert ist, wird davon ausgegangen, dass die Impulsratensetzung
korrekt ist, und die Impulsratenerfassungsroutine endet (Schritt 314).
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Für die Ausführung der
Streckenkalibrierungsroutine müssen
ebenfalls mehrere Bedingungen erfüllt sein. Erstens muss die
Impulsratensetzung des Fahrzeugnavigationssystems richtig eingestellt
sein, d. h. die Impulsratenerfassungsroutine muss abgearbeitet sein.
Zweitens muss wie bei der Impulsratenerfassungsroutine der GPS-Empfang stabil
sein, und die Fahrzeuggeschwindigkeit muss über einer Geschwindigkeitsschwelle
gehalten werden. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform werden
GPS-Geschwindigkeitsdaten verwendet, um diese Bedingung zu bestimmen.
Gemäß einer
ganz besonderer Ausführungsform
wird eine erste Geschwindigkeitsschwelle (z. B. 40 Meilen pro Stunde) verwendet,
um zu bestimmen, wann die Streckenkalibrierungsroutine zu starten
oder wiederholt zu starten ist, und eine zweite, niedrigere Geschwindigkeitsschwelle
(z. B. 35 Meilen pro Stunde) wird verwendet, um zu bestimmen, wann
die Ausführung
der Routine zu unterbrechen ist, d. h. ankommende Daten unberücksichtigt
zu lassen sind.
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Drittens
müssen
die von den GPS-Geschwindigkeitsdaten und den Wegstreckenzählerdaten
gemeldeten Geschwindigkeiten nahe beieinander sein. Wenn der Unterschied
zu groß ist,
kann dies ein Hinweis darauf sein, dass ein Datensatz oder dass
beide Datensätze
entweder beschädigt
oder fehlerhaft ist bzw. sind. Deshalb werden die ankommenden Streckendaten
nicht für
die Streckenkalibrierungsroutine verwendet, wenn die Differenz über einem
bestimmten Schwellenwert ist.
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Schließlich muss,
damit die Streckenkalibrierungsroutine ein Einstellen des Modifikationsfaktors (der
auf den Stand des Wegstreckenzählers
angewendet wird) vornehmen kann, das Einstellen widerspruchsfrei
zu der Beziehung zwischen der momentanen Fahrzeugposition, wie sie
durch das Navigationssystem bestimmt wird, und der momentanen Fahrzeugposition,
wie sie unter Verwendung der GPS-Daten bestimmt wird, sein. Wenn
beispielsweise festgestellt wird, dass die GPS-Fahrzeugposition der
Positionsschätzung
des Navigationssystems voraus ist, wäre ein Erhöhen des Modifikationsfaktors widerspruchsfrei
zu dieser Beziehung, während
ein Verringern des Modifikationsfaktors dies nicht wäre. Die
Bestimmung der Widerspruchsfreiheit ist weiter unten genauer beschrieben.
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Die
Streckenkalibrierungsroutine hat drei Betriebszustände: GESPERRT,
LAUFEND und UNTERBROCHEN. Der GESPERRTE Zustand ist der Anfangszustand
der Routine beim Anlaufen des Systems. Die Routine bleibt in dem
GESPERRTEN Zustand, bis die ersten drei Bedingungen, die oben beschrieben
worden sind, erfüllt
sind, d. h. bis die Impulsratenerfassungsroutine abgearbeitet ist,
der GPS-Empfang stabil ist und die erste Geschwindigkeitsschwelle überschritten
ist. Wenn die Streckenkalibrierungsroutine läuft (d. h. entweder im Zustand LAUFEND
oder im Zustand UNTERBROCHEN ist), kann sie aus einer Reihe von
Gründen
in den GESPERRTEN Zustand zurückkehren.
Beispielsweise wird die Routine in den GESPERRTEN Zustand zurückkehren,
wenn für
mehr als eine programmierbare zeitliche Periode die GPS-Daten nicht
verfügbar
sind. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
beträgt diese
zeitliche Periode 20 Sekunden, obwohl selbstverständlich ist,
dass diese zeitliche Periode anpassungsfähig sein kann. Außerdem wird
die Routine in den GESPERRTEN Zustand zurückkehren, wenn der Bediener
die von dem Navigationssystem gemeldete Fahrzeugposition manuell ändert. Schließlich wird
die Streckenkalibrierungsroutine in diesen Zustand zurückkehren,
wenn sie öfter
als eine programmierbare Anzahl von Malen ausgeführt worden ist, was darauf
schließen
lässt,
dass eine weitere Kalibrierung des Wegstreckenzählerstandes nicht länger erforderlich
ist.
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Das
Schaubild von 4 zeigt, wie sich die Streckenkalibrierungsroutine
zwischen den oben beschriebenen Zuständen bewegt. Bei einem Anlaufen des
Systems beginnt das Fahrzeug 400, sich entlang einer Straße im Wohngebiet
fortzubewegen, wobei, wie angegeben ist, der Zustand der Streckenkalibrierungsroutine
GESPERRT ist. Bei Erreichen einer Autobahn/Fernverkehrsstraße überschreitet
das Fahrzeug 400 die erste Geschwindigkeitsschwelle bei 402 und
hält während einer
zeitlichen Periode 404 eine ausreichende Geschwindigkeit.
Vorausgesetzt, der GPS-Empfang ist stabil, wird der Zustand der Routine
LAUFEND, und bei 406 beginnt eine Akkumulation von Streckendaten.
Bei 408 überwindet
das Fahrzeug 400 ein Autobahnkreuz, und der Zustand der
Routine wird auf Grund der potenziellen Unzuverlässigkeit der während des
Manövers
akkumulierten Streckendaten UNTEBROCHEN. Nachdem das Manöver abgeschlossen
ist, wird der Zustand wieder LAUFEND. Bei 410 wird das
GPS-Signal zeitweise verloren, deshalb wird der Zustand der Routine
UNTERBROCHEN. Bei 412 und 414 verringert sich
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 400 zeitweise unter die
zweite Geschwindigkeitsschwelle, was zur Folge hat, dass die Routine
in den UNTERBROCHENEN Zustand eintritt. Wie gezeigt ist, bewegt
sich die Routine je nach dem Zustand der oben erörterten Bedingungen zwischen
dem UNTERBROCHENEN und dem LAUFENDEN Zustand.
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Wenn
die Impulsratenerfassungsroutine abgearbeitet ist, der GPS-Empfang
stabil ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit während einer festgelegten zeitlichen
Periode größer als
die erste Geschwindigkeitsschwelle ist, tritt die Streckenkalibrierungsroutine
in den LAUFENDEN Zustand ein, in dem Streckendaten von dem GPS-Empfänger und
dem Wegstreckenzähler
für Vergleichszwecke
akkumuliert werden, wie weiter unten beschrieben ist. Bei einer
Verschlechterung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Bedingungen,
während
die Routine im LAUFENDEN Zustand ist, tritt diese in den UNTERBROCHENEN
Zustand ein, in dem ankommende Daten vom GPS-Empfänger und
vom Wegstreckenzähler
als unzuverlässig
angesehen werden und nicht für
den Vergleich verwendet werden. Wenn beispielsweise das Fahrzeug,
während
die Routine im LAUFENDEN Zustand ist, mit einer Geschwindigkeit fährt, die
unterhalb der zweiten Geschwindigkeitsschwelle ist, tritt die Routine
in den UNTERBROCHENEN Zustand ein. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
anschließend
die erste Geschwindigkeitsschwelle überschreitet (und der GPS-Empfang
stabil ist), kann sich der Zustand der Streckenkalibrierungsroutine
von UNTERBROCHEN in LAUFEND ändern. Genauso
wird die Routine vom LAUFENDEN Zustand in den UNTERBROCHENEN Zustand
wechseln, wenn eine große
Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den GPS-Daten und den Wegstreckenzählerdaten
beobachtet wird.
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5 ist
ein Ablaufplan, der die Ausführung der
Streckenkalibrierungsroutine gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Wie weiter oben erörtert worden ist, wird zuerst
bestimmt, ob die Impulsratenerfassungsroutine abgearbeitet ist,
der GPS-Empfang stabil ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit während einer
festgelegten zeitlichen Periode über
einer ersten Geschwindigkeitsschwelle ist (Schritt 502),
bevor die Arbeitsvariablen, die von der Streckenkalibrierungsroutine
verwendet werden, gelöscht
werden und die Routine freigegeben wird (Schritt 504).
Während
die oben erörterten
Bedingungen weiterhin erfüllt
sind, werden von dem GPS-Empfänger
und dem Wegstreckenzähler
Streckendaten gesammelt (Schritt 506). Wenn genügend Daten
gesammelt worden sind (Schritt 508), wird ein Einstellfaktor
zur Anwendung auf einen Modifikationsfaktor bestimmt, der wiederum
auf den Stand des Wegstreckenzählers
angewendet wird (Schritt 510). Gemäß einer besonderen Ausführungsform
kann die Menge der Daten, die für
die Bestimmung des Einstellfaktors als ausreichend angesehen wird,
in Abhängigkeit
davon, wie oft die Streckenkalibrierungsroutine abgearbeitet worden
ist, variieren. Beispielsweise könnten
beim erstmaligen Abarbeiten der Routine 300 Datenpunkte
von dem Wegstreckenzähler benötigt werden.
Jedes Mal danach bis zur zehnten Abarbeitung der Routine könnten 100
Datenpunkte von dem Wegstreckenzähler
erforderlich sein. Ab der zehnten Abarbeitung der Routine könnten nur
50 Datenpunkte erforderlich sein. Es ist selbstverständlich, dass
viele verschiedene dieser Schemata angewendet werden können.
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Der
Modifikationsfaktor wird auf die Streckendaten von dem Wegstreckenzähler angewendet,
um Veränderungen
der Fahrzeugbedingungen, wie sie im "Hintergrund der Erfindung" erörtert worden
sind, zu kompensieren. In einer besonderen Ausführungsform ist der Modifikationsfaktor
bei Schritten von 0,1% im Bereich zwischen –10% und +10%. Der im Schritt 510 bestimmte
Einstellfaktor ist der Wert, um den der Modifikationsfaktor geändert werden muss,
damit die Streckendaten, die von dem Wegstreckenzähler gemeldet
werden, enger an die tatsächlich
zurückgelegte
Strecke angenähert
sind. Der Einstellfaktor wird durch Vergleichen der zurückgelegten
Strecken bestimmt, die von dem GPS-Empfänger und dem Wegstreckenzähler gemeldet
werden. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform wird
die Differenz zwischen den von den beiden verschiedenen Sensoren
gemeldeten Strecken in einen Prozentsatz überführt, der dann der Einstellfaktor wird.
Wie erörtert
wird, kann der Prozentsatz in Abhängigkeit von einer Anzahl der
Bedingungen verringert werden. Auf jeden Fall wird dann, wenn der
Vergleich der zwei gemeldeten Strecken zeigt, dass der momentane
Modifikationsfaktor nicht ausreicht, der Modifikationsfaktor durch
den Einstellfaktor eingestellt, um die zwei Strecken besser in Übereinstimmung
zu bringen.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform variiert
der Betrag, um den der Modifikationsfaktor eingestellt werden kann,
in Abhängigkeit
davon, wie viele Male der Modifikationsfaktor vorher eingestellt worden
ist. Mit anderen Worten: Für
den Einstellfaktor ist ein Grenzwert gesetzt, der davon abhängig ist, wie
viele Male die Streckenkalibrierungsroutine abgearbeitet worden
ist. Dieser Grenzwert verringert sich in dem Maße, wie die Anzahl der Einstellvorgänge zunimmt.
Beispielsweise könnte
der Grenzwert für den
Einstellfaktor auf ±2,0%
gesetzt sein, wenn der Modifikationsfaktor bisher noch nicht eingestellt
worden ist. Wenn der Modifikationsfaktor bisher ein oder zweimal
eingestellt wurde, könnte
der Grenzwert auf ±0,3%
herabgesetzt werden. Schließlich
könnte
die maximal zulässige
Einstellung nach zehn Einstellvorgängen für jeden nachfolgenden Einstellvorgang
auf den Mindestschritt von ±0,1%
gesetzt werden. Auf diese Weise kann die Wirkung von zeitweiligen
Bedingungen, die ein erhebliches Schwanken der Streckendaten bewirken,
abgeschwächt
werden.
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Wenn
bestimmt wird, dass der Einstellfaktor ungleich null ist (Schritt 512),
dann wird ermittelt, ob der Einstellfaktor zu der Beziehung zwischen
der Fahrzeugposition, die von den GPS-Daten abgeleitet ist (der
GPS-Position) und der Fahrzeugposition, die von den Wegstreckenzählerdaten
abgeleitet ist (der gegissten Position), widerspruchsfrei ist. Dies
lässt sich
am besten anhand von 6 verstehen. In dem Fall, in
dem bestimmt wird, dass der Modifikationsfaktor zu klein ist, erzeugt
die Streckenkalibrierungsroutine einen positiven Einstellfaktor,
d. h. eine Erhöhung
des Modifikationsfaktors. Ein positiver Einstellfaktor ist widerspruchsfrei
zu der Beziehung zwischen der gegissten Position 600 und
einer GPS-Position,
die der Position 600 voraus in einem Bereich 602 (z.
B. Position 604) liegt. Das heißt, um zu bewirken, dass die
Position 600 besser mit der Position 604 zusammenfällt, ist
es erforderlich, den Faktor, der die Wegstreckenzählerdaten
modifiziert, zu vergrößern.
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Genauso
erzeugt in dem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Modifikationsfaktor
zu groß ist, die
Streckenkalibrierungsroutine einen negativen Einstellfaktor, d.
h. eine Abnahme des Modifikationsfaktors. Ein negativer Einstellfaktor
ist widerspruchsfrei zu einer GPS-Position, die hinter der gegissten Position 600 und
in einem Bereich 606 (z. B. Position 608) liegt.
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Umgekehrt
wäre ein
negativer Einstellfaktor nicht widerspruchsfrei zur GPS-Position 604,
noch wäre
ein positiver Einstellfaktor widerspruchsfrei zur GPS-Position 608.
Für vom
GPS gemeldete Positionen, die außerhalb der Bereiche 602 und 606 liegen (z.
B. die Position 610) erfolgt kein Einstellen des Modifikationsfaktors.
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Wie
wiederum in 5 gezeigt ist, wird der Modifikationsfaktor,
wenn festgestellt worden ist, dass er widerspruchsfrei ist, dann
mit dem Einstellfaktor eingestellt (Schritt 516). Die Streckenkalibrierungsroutine
verwendet dann den neuen Modifikationsfaktor, um die von dem Navigationssystem
gemeldete Fahrzeugposition anzupassen (Schritt 518). Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
erfolgt dieses Anpassen schrittweise, so dass die Fahrzeugposition
dem Benutzer nicht über
den Bildschirm springend gezeigt wird. Die Routine ermittelt dann, ob
der Modifikationsfaktor mit einer Häufigkeit, die größer als
ein Schwellenwert ist, eingestellt worden ist, z. B. 50 Mal (Schritt 520).
Es wird davon ausgegangen, dass dann, wenn der Schwellenwert überschritten
worden ist, der Modifikationsfaktor in geeigneter Weise gesetzt
ist, und die Streckenkalibrierungsroutine wird gesperrt. Wenn der
Schwellenwert nicht überschritten
worden ist, werden die Arbeitsvariablen gelöscht (Schritt 504),
und die Routine wird wiederholt.
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Wenn
im Schritt 512 bestimmt wird, dass der Einstellfaktor null
ist, dann ermittelt die Routine, ob dennoch ein Anpassen der Fahrzeugposition
erforderlich ist (Schritt 528). Bei dieser Bestimmung berücksichtigt
die Streckenkalibrierungsroutine die Differenz zwischen der GPS-Position
und der gegissten Position, sowie die Anzahl der bisherigen Einstellungen
des Modifikationsfaktors. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Routine
bestimmen wird, dass die Fahrzeugposition angepasst werden sollte,
nimmt in dem Maße
zu, wie diese beiden Faktoren größer werden. Das
heißt
ein Einstellen der gegissten Position ist wahrscheinlicher, wenn
die GPS-Position und die gegisste Position weit voneinander entfernt
sind und der Modifikationsfaktor viele Male eingestellt worden ist. Wird
ein anderer Weg eingeschlagen, wird die gegisste Position angepasst,
wenn die GPS-Position außerhalb
eines kreisförmigen
Bereiches ist, der um die momentane gegisste Position zent riert
ist. Der Radius dieses kreisförmigen
Bereiches wird kleiner, wenn die Anzahl der Einstellungen des Modifikationsfaktors
zunimmt. Dies lässt
sich anhand 7 leicht verstehen. Es werden
Einstellungen der Fahrzeugposition vorgenommen, wenn die Bedingung
im Bereich 700 ist. Wenn erst einmal bestimmt worden ist,
dass die Fahrzeugposition eingestellt werden sollte, geht die Routine
zum Schritt 518 weiter. Wenn keine Einstellung der Fahrzeugposition
vorzunehmen ist, geht die Routine statt zum Schritt 520 über den
Schritt 530, was weiter unten erörtert wird.
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Wenn
im Schritt 514 festgestellt wird, dass der Einstellfaktor
zu der Beziehung zwischen der GPS-Position und der gegissten Position
widersprüchlich
ist, wird ein Zähler
für zweifelhafte
Ereignisse inkrementiert (Schritt 524), und es wird ermittelt,
ob der Zähler
für zweifelhafte
Ereignisse einen Schwellenwert überschritten
hat (Schritt 526). Wenn der Zähler für zweifelhafte Ereignisse den
Schwellenwert nicht überschritten
hat, werden die Arbeitsvariablen noch einmal gelöscht (Schritt 504),
und die Routine wird wiederholt. Wenn jedoch der Zähler für zweifelhafte
Ereignisse den Schwellenwert überschritten
hat, wird die Streckenkalibrierungsroutine gesperrt (Schritt 522).
Der Zähler
für zweifelhafte
Ereignisse ermöglicht,
die Routine abzubrechen, wenn sie ständig Einstellfaktoren erzeugt,
die nicht gültig sind.
Wenn bestimmt wird, dass der Einstellfaktor null ist (Schritt 512)
und die Fahrzeugposition nicht angepasst zu werden braucht (Schritt 528),
wird der Zähler
für zweifelhafte
Ereignisse gelöscht,
wenn die GPS-Position in einem Bereich um die gegisste Position
ist, wie in 8 gezeigt ist (Schritt 530).
Der Bereich 800 ist in Bezug auf einen Bereich 802 minimalen
Abstands bestimmt, in dem die GPS-Position und die gegisste Position 804 als
gleich angesehen werden. Der Bereich 800 hat, außer unmittelbar
vor oder hinter der gegissten Position 804, wo der Radius
dreimal so groß wie
jener des Bereiches 802 ist, den doppelten Radius des Bereiches 802.
Folglich würde
für die
GPS-Positionen 806 und 808 der Zähler für zweifelhafte
Ereignisse gelöscht
werden, aber für
die Positionen 810 und 812 würde die Routine, ohne den Zähler zu
löschen,
zum Schritt 520 weitergehen.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung geht die Streckenkalibrierungsroutine auch großen Unterschieden
zwischen der GPS-Position und der gegissten Position nach. Die Routine
unterhält
einen Zähler
für "große Fehler", der jedes Mal, wenn
bestimmt wird, dass sich die GPS-Position über eine maximale erlaubte
Entfernung hinausgehend entweder vor oder hinter der ge gissten Position
befindet, inkrementiert wird. Wie 9 zeigt,
ist die gegisste Position 900 im Zentrum eines Kreises 902 mit einem
Radius, der gleich der maximal zulässigen Entfernung ist. Wenn
eine GPS-Position in einem der schraffierten Bereiche 904 und 906 gemeldet
wird (z. B. die GPS-Position 908), wird der Zähler für "große Fehler" inkrementiert. Für alle GPS-Positionen,
die außerhalb
dieser Bereiche gemeldet werden (z. B. die GPS-Position 910),
wird der Zähler
für "große Fehler" dekrementiert. Wenn
der Zähler
für "große Fehler" einen Grenzwert überschreitet
(in einer besonderen Ausführungsform
5), wird ein Fehlerzustandsmerker gesetzt, der angibt, dass ein
Aktualisieren der GPS-Daten erforderlich ist.