DE10023586A1 - Vehicle position determination detector has steering angle sensor provided with odometer unit and GPS unit, for detecting vehicle position - Google Patents
Vehicle position determination detector has steering angle sensor provided with odometer unit and GPS unit, for detecting vehicle positionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fahrzeugpo sitionsbestimmung mit einer GPS-Einheit und wenigstens einer weiteren Sensoreinheit zur Erfassung einer fahrzeugpositionsin dikativen Größe sowie mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Fahrzeugposition anhand der von den einzelnen Sensoreinhei ten gelieferten fahrzeugpositionsindikativen Daten.The invention relates to a device for vehicle po position determination with a GPS unit and at least one another sensor unit for detecting a vehicle position dicative size and with an evaluation unit for determination the vehicle position based on that of the individual sensor units provided vehicle position-indicative data.
Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in Ausführungen bekannt, bei denen neben der GPS-Einheit zusätzlich eine die zurückgelegte Streckenlänge erfassende Sensoreinheit und eine den Fahrzeugrichtungswinkel erfassende Sensoreinheit vorgesehen sind. Bei letzterer kann es sich insbesondere um ein Gyroskop handeln. Erstere kann einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor um fassen, dessen Geschwindigkeitssignal zur Gewinnung der zurück gelegten Streckenlänge aufintegriert wird, oder eine Odometer einheit, die aus gemessenen Radumdrehungen oder Radgeschwindig keiten die zurückgelegte Streckenlänge ermittelt. Meist wird dann zuerst aus den beiden letztgenannten Sensoreinheiten eine Fahrzeugpositionsinformation durch sogenanntes Dead-Reckoning gewonnen, die dann von der Auswerteeinheit zusammen mit der GPS-Positionsinformation, soweit diese aktuell vorliegt, zur Bestimmung der Fahrzeugposition ausgewertet wird. Systeme die ser Art sind z. B. in den US-Patentschriften 5.644.317 und 5.740.049 sowie in der Offenlegungsschrift EP 0 675 341 A1 of fenbart.Devices of this type are in execution, for example known, in which in addition to the GPS unit an additional covered distance and sensor unit sensor unit detecting the vehicle direction angle is provided are. The latter can in particular be a gyroscope act. The former can order a vehicle speed sensor grasp its speed signal to gain the back track length is integrated, or an odometer unit resulting from measured wheel revolutions or wheel speed the distance covered. Mostly then first one from the two last-mentioned sensor units Vehicle position information through so-called dead reckoning won, which then by the evaluation unit together with the GPS position information, if it is currently available, for Determination of the vehicle position is evaluated. Systems the ser type are z. B. in U.S. Patents 5,644,317 and 5,740,049 and in the published patent application EP 0 675 341 A1 of fenbart.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Fahrzeugpositionsbestimmungsvorrichtung der eingangs ge nannten Art zugrunde, die vergleichsweise wenig Realisierungs- und Datenverarbeitungsaufwand erfordert und dennoch eine ver gleichsweise zuverlässige und genaue Fahrzeugpositionsbestim mung ermöglicht.The invention is a technical problem of providing a vehicle position determining device of the entry ge named type that comparatively little realization and requires data processing effort and yet a ver equally reliable and accurate vehicle position determination mung enables.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei ner Fahrzeugpositionsbestimmungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Charakteristischerweise umfasst diese Vorrich tung eine GPS-Einheit, eine spezielle Odometereinheit und eine Lenkwinkelsensoreinheit. Letztere liefert eine Fahrzeugrich tungswinkelinformation, erstere die übliche GPS-Positionsinfor mation. Die Odometereinheit ist so ausgelegt, dass sie aus ge messenen Radumdrehungen nicht nur die zurückgelegte Strecken länge, sondern auch den Fahrtrichtungswinkel ermittelt. Dies kann insbesondere durch entsprechende Erfassung und Auswertung der Radumdrehungen von zwei Rädern einer nicht angetriebenen Fahrzeugachse erfolgen.The invention solves this problem by providing egg A vehicle position determining device with the features of claim 1. Characteristically, this device includes a GPS unit, a special odometer unit and a Steering angle sensor unit. The latter is supplied by a vehicle judge angle information, the former the usual GPS position information mation. The odometer unit is designed so that it consists of ge measured wheel revolutions not only the distances covered length, but also the direction of travel angle. This can in particular by appropriate recording and evaluation the wheel revolutions of two wheels of a non-driven one Vehicle axis take place.
Durch die Verwendung der so ausgelegten Odometereinheit stellt die Vorrichtung zusammen mit dem Lenkwinkelsensor zwei paralle le Meßinformationen für den Fahrzeugrichtungswinkel zur Verfü gung, was die Voraussetzung für eine genauere und zuverlässige re Bestimmung dieser fahrzeugpositionsindikativen Größe schafft. Zudem ermöglicht die Verwendung des Lenkwinkelsensors den Ver zicht auf ein kostenintensives Gyroskop und damit auch auf die relativ aufwendige Berechnung einer Fahrzeugposition aus dessen Gyro-Daten. Gegenüber einem Gyroskop liefert ein Lenkwinkelsen sor überdies wesentlich stabilere Messdaten, und er ist gegen über Temperaturänderungen invariant, die bei einem Gyroskop zu starkem Driftverhalten und entsprechend verfälschten Positions daten führen können. Als weiteren Vorteil erleichtert die Ver wendung des Lenkwinkelsensors eine Erkennung von fehlerhaften Spureinstellungen, unterschiedlichem Reifendruck und anderen fahrwerksabhängigen Parametern, was wiederum die Genauigkeit der Fahrzeugpositionsbestimmung verbessert. By using the odometer unit designed in this way the device together with the steering angle sensor two parallel Measurement information for the vehicle direction angle is available what the prerequisite for a more accurate and reliable re determination of this vehicle position-indicative size creates. In addition, the use of the steering angle sensor enables the Ver no expensive gyroscope and thus also the relatively complex calculation of a vehicle position from it Gyro data. Compared to a gyroscope, a steering angle provides sor more stable measurement data, and it is against invariant about temperature changes that occur with a gyroscope strong drift behavior and correspondingly distorted positions can lead data. As a further advantage, the Ver detection of faulty using the steering angle sensor Track settings, different tire pressures and others chassis-dependent parameters, which in turn improves accuracy the vehicle position determination improved.
Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Vorrichtung weist Odome terkalibrierungsmittel auf, mit denen die parallele Ermittlung des Fahrzeugrichtungswinkels durch die Odometereinheit einer seits und durch die Lenkwinkelsensoreinheit andererseits dazu genutzt werden kann, eine Kalibrierung der Odometereinheit vor zunehmen. Dies geschieht während einer dazu durch entsprechende Mittel erkannten Lenkwinkelnullstellung, d. h. in einem Zeit raum, in denen die Lenkwinkelsensoreinheit einen Lenkwinkel- Nullstellungswert liefert, d. h. signalisiert, dass sich das Fahrzeug geradeaus bewegt. Die Odometereinheit kann dann auf den entsprechenden Geradeaus-Richtungswinkelwert nachkalibriert werden.A device developed according to claim 2 has odomes calibration means with which the parallel determination the vehicle direction angle by the odometer unit on the one hand and by the steering angle sensor unit on the other hand calibration of the odometer unit can be used increase. This happens during an appropriate process Mean recognized steering angle zero position, d. H. at a time space in which the steering angle sensor unit has a steering angle Provides zero value, d. H. signals that this is Vehicle moved straight ahead. The odometer unit can then be opened recalibrated the corresponding straight-ahead direction angle value become.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.A preferred embodiment of the invention is in the drawing voltage and is described below.
Die einzige Figur zeigt den Aufbau einer Vorrichtung zur Fahr zeugpositionsbestimmung mit drei parallelen Sensoreinheiten in Blockdiagrammdarstellung.The single figure shows the structure of a device for driving Tool position determination with three parallel sensor units in Block diagram representation.
Die gezeigte Vorrichtung beinhaltet eine übliche GPS-Einheit 1, d. h. einen GPS-Empfänger 1b nebst nachgeschalteter Verarbei tungsstufe 1c, eine Odometereinheit 2 und eine Lenkwinkelsen soreinheit 3. Jede der drei Sensoreinheiten 1, 2, 3 gibt eine eigene, laufend aktualisierte Fahrzeugpositionsinformation 1a, 2a, 3a an die Auswerteeinheit 4 ab, die diese zur Berechnung einer endgültigen, neuen Fahrzeugposition auswertet.The device shown includes a conventional GPS unit 1 , ie a GPS receiver 1 b together with downstream processing stage 1 c, an odometer unit 2 and a steering angle sensor unit 3 . Each of the three sensor units 1 , 2 , 3 outputs its own, continuously updated vehicle position information 1 a, 2 a, 3 a to the evaluation unit 4 , which evaluates it to calculate a final, new vehicle position.
Die Datenauswertung in der Auswerteeinheit 4 erfolgt durch eine Sensorfusionstechnik herkömmlicher Art, wobei durch einen ent sprechenden Sensorfusionsalgorithmus zuerst aus den beiden Fahrzeugpositionsinformationen 2a, 3a der Odometereinheit 2 und der Lenkwinkelsensoreinheit 3 im Sinne einer Dead-Reckoning- Kopplung eine gemeinsame Positionsinformation abgeleitet und diese dann mit der von der GPS-Einheit 1 gelieferten Positions information 1a abgeglichen wird. Die von der Auswerteeinheit 4 auf diese Weise jeweils gewonnene, endgültige neue Fahrzeugpo sition wird von ihr über eine Rückmeldeverbindung 5 den drei Sensoreinheiten 1, 2, 3 rückgemeldet.The data evaluation in the evaluation unit 4 is carried out by a conventional sensor fusion technique, whereby a common position information is derived from the two vehicle position information 2 a, 3 a of the odometer unit 2 and the steering angle sensor unit 3 in the sense of a dead-reckoning coupling, and this is derived from a corresponding sensor fusion algorithm is then compared with the position information 1 a supplied by the GPS unit 1 . The final new vehicle position obtained by the evaluation unit 4 in this way is reported back to the three sensor units 1 , 2 , 3 via a feedback connection 5 .
Die GPS-Einheit 1 misst in üblicher Weise durch Empfang ent sprechender GPS-Signale, soweit ausreichende Empfangsbedingun gen vorliegen, laufend die aktuelle Fahrzeugposition. Die nach geschaltete Verarbeitungsstufe 1c leitet aus den aktuell gemes senen GPS-Daten und den bislang geltenden, von der Auswerteein heit 4 rückgemeldeten Positionsdaten eine neue GPS-Fahrzeug positionsinformation ab und gibt diese als das GPS-Positions signal 1a an die Auswerteinheit 4 ab.The GPS unit 1 continuously measures the current vehicle position by receiving corresponding GPS signals, provided there are sufficient reception conditions. The downstream processing stage 1 c derives new GPS vehicle position information from the currently measured GPS data and the previously valid position data reported by the evaluation unit 4 and outputs this as the GPS position signal 1 a to the evaluation unit 4 .
Die Odometereinheit 2 ist so ausgelegt, dass sie mit einer Rad umdrehungssensorik 2b die Radumdrehungen von wenigstens zwei Fahrzeugrädern misst, insbesondere diejenigen von zwei Rädern einer nicht angetriebenen Fahrzeugachse. Anhand dieser Messda ten ist dann eine nachgeschaltete Verarbeitungsstufe 2c in der Lage, sowohl die vom Fahrzeug zurückgelegte Streckenlänge als auch den Fahrzeugrichtungswinkel zu ermitteln, letzteres insbe sondere anhand einer geeigneten Auswertung der Radumdrehungs differenzen zwischen den Rädern einer nicht angetriebenen Ach se. Diese Möglichkeit der Richtungswinkelermittlung ist dem Fachmann an sich geläufig und bedarf daher hier keiner näheren Erläuterung. Eine anschließende Verarbeitungsstufe 2d erzeugt die neue Fahrzeugpositionsinformation 2a der Odometereinheit 2 anhand der aktuellen Messdaten über die zurückgelegte Strecken länge und den Richtungswinkel und den von der Auswerteeinheit 4 rückgemeldeten Daten über die bisherige Fahrzeugposition und gibt sie als die Odometer-Fahrzeugpositionsinformation 2a an die Auswerteeinheit 4 ab. Die Odometereinheit 2 kann je nach Bedarf so ausgelegt sein, dass sie direkt die Radumdrehungszah len erfasst oder dass sie die Radgeschwindigkeiten erfasst und daraus dann durch Integration die Radumdrehungen bzw. die zu rückgelegte Streckenlänge bestimmt. The odometer unit 2 is designed in such a way that it measures the wheel revolutions of at least two vehicle wheels, in particular those of two wheels of a non-driven vehicle axle, with a wheel rotation sensor system 2 b. On the basis of these measurement data, a downstream processing stage 2 c is then able to determine both the distance traveled by the vehicle and the vehicle direction angle, the latter in particular using a suitable evaluation of the wheel rotation differences between the wheels of a non-driven axle Direction angle determination is known per se to the person skilled in the art and therefore requires no further explanation here. A subsequent processing stage 2 d generates the new vehicle position information 2 a of the odometer unit 2 on the basis of the current measurement data about the distance covered and the direction angle and the data reported back by the evaluation unit 4 about the previous vehicle position and gives it to the odometer vehicle position information 2 a Evaluation unit 4 from. Depending on requirements, the odometer unit 2 can be designed such that it detects the wheel revolution numbers directly or that it detects the wheel speeds and then uses them to determine the wheel revolutions or the distance to be traveled.
Die Lenkwinkelsensoreinheit 3 misst mit einem hierfür üblichen Messelement 3b den Fahrzeuglenkwinkel, z. B. durch Erfassen des Drehstellungswinkels eines Lenkrades, woraus eine anschließende Verarbeitungsstufe 3c eine entsprechende Fahrzeugrichtungswin kel-Messinformation gewinnt. Diese wird in einer nachgeschalte ten Verarbeitungsstufe 3d mit den bisher geltenden, von der Auswerteeinheit 4 rückgemeldeten Fahrzeugpositionsdaten abge glichen, um daraus eine neue Fahrzeugpositionsinformation zu erzeugen, die der Auswerteeinheit 4 als die neue Lenkwinkelsen sor-Fahrzeugpositionsinformation zugeführt wird. Der Lenkrad sensor kann z. B. als sogenanntes Mantelrohrmodul realisiert sein, das den Lenkradeinschlagwinkel in einem vorgegebenen Takt von z. B. 10 ms bis 100 ms erfasst. Ein solcher Lenkwinkelsensor liefert im Vergleich zu einem Gyroskop wesentlich stabilere Fahrzeugrichtungswinkeldaten.The steering angle sensor unit 3 measures with a customary for this purpose measuring element 3 b the vehicle steering angle z. B. by detecting the rotational position angle of a steering wheel, from which a subsequent processing stage 3 c wins a corresponding Fahrzeugrichtungswin angle measurement information. This is compared in a downstream processing stage 3 d with the previously valid vehicle position data reported back by the evaluation unit 4 in order to generate new vehicle position information therefrom, which is supplied to the evaluation unit 4 as the new steering angle sensor vehicle position information. The steering wheel sensor can e.g. B. be implemented as a so-called tubular module that the steering wheel steering angle in a predetermined cycle of z. B. 10 ms to 100 ms. Such a steering angle sensor provides much more stable vehicle directional angle data compared to a gyroscope.
Die Verwendung der Lenkwinkelsensoreinheit 3 ermöglicht eine Kalibrierung der Odometereinheit 2 insbesondere hinsichtlich deren funktioneller Komponente zur Richtungswinkelermittlung. Dazu beinhaltet die Vorrichtung entsprechende Odometerkalibrie rungsmittel. Diese weisen Mittel zur Erkennung der Lenkwinkel nullstellung auf, d. h. die letztgenannten Mittel überwachen den vom Lenkwinkelmesselement 3b der Lenkwinkelsensoreinheit 3 ge messenen Lenkwinkel daraufhin, ob er den neutralen Wert null annimmt. Dies bedeutet, dass sich das Fahrzeug geradeaus be wegt. Wenn und solange dies der Fall ist, kann dann bei Bedarf die Odometereinheit 2 entsprechend nachkalibriert werden, d. h. auf einen dem Lenkwinkelwert null entsprechenden Geradeaus fahrt-Richtungswinkelwert nachjustiert werden. Dies ermöglicht eine Genauigkeitssteigerung des gesamten Dead-Reckoning-Koppel vorgangs für diese beiden Sensoreinheiten 2, 3. Die Nachkalib rierung ist damit während des normalen Betriebs der Positions bestimmungsvorrichtung, d. h. bei fahrendem Fahrzeug möglich.The use of the steering angle sensor unit 3 enables the odometer unit 2 to be calibrated, in particular with regard to its functional component for determining the direction angle. For this purpose, the device contains corresponding odometer calibration means. These have means for detecting the steering angle zero position, ie the latter means monitor the steering angle measured by the steering angle measuring element 3 b of the steering angle sensor unit 3 to determine whether it assumes the neutral value zero. This means that the vehicle is moving straight ahead. If and as long as this is the case, the odometer unit 2 can then be recalibrated accordingly if necessary, ie readjusted to a straight-ahead directional angle value corresponding to the steering angle value zero. This enables an increase in the accuracy of the entire dead reckoning coupling process for these two sensor units 2 , 3 . The recalibration is thus possible during normal operation of the position determining device, ie when the vehicle is moving.
Eine weitere vorteilhafte Funktionalität, die durch die Verwen dung der Lenkwinkelsensoreinheit 3 möglich ist, besteht in ei ner Detektion von Drift- und Schleuderbewegungen des Fahrzeugs. Another advantageous functionality, which is made possible by the use of the steering angle sensor unit 3 , is the detection of drift and skidding movements of the vehicle.
Dazu wird eine zugehörige Korrelationsmatrix aufgebaut, welche einen Zusammenhang zwischen Lenkwinkel einerseits und Fahrzeug richtungswinkel andererseits enthält. Durch Auswertung dieser Informationen lässt sich eine Kursverfälschung durch Drift- oder Schleuderbewegungen des Fahrzeugs eliminieren.For this purpose, an associated correlation matrix is built up, which a relationship between the steering angle on the one hand and the vehicle direction angle on the other hand contains. By evaluating this Information can be falsified by drift or eliminate skidding movements of the vehicle.
Des weiteren besteht durch Ausnutzung unter anderem der Lenk winkelsensorinformationen die Möglichkeit, fahrzeugtypische, insbesondere fahrwerksabhängige Parameter zu erfassen und ent sprechende Gegenmaßnahmen zu veranlassen oder als bekannte Feh lerquellen im Dead-Reckoning-Algorithmus zu berücksichtigen, um damit die Genauigkeit der Positionsbestimmung weiter zu verbes sern. Unter anderem können damit fehlerhafte Spureinstellungen und unterschiedliche Reifendrücke für die Positionsbestimmungs auswertung kompensiert werden.Furthermore, there is steering, among other things angle sensor information the possibility of vehicle-typical, in particular to record and determine chassis-dependent parameters to initiate speaking countermeasures or as a known mistake sources in the dead reckoning algorithm to further improve the accuracy of the position determination ser. Among other things, this can result in incorrect track settings and different tire pressures for positioning evaluation can be compensated.
Gegenüber der Verwendung eines Gyroskops hat die Verwendung der Lenkwinkelsensoreinheit 3 den Vorteil, dass der Einbau eines Lenkwinkelsensors in das Fahrzeug deutlich einfacher ist als derjenige eines Gyroskops, da die Einbaulage keine Rolle spielt, und dass der Lenkwinkelsensor gegenüber Temperaturände rungen invariant ist, die beim Gyroskop zu starkem Driftverhal ten führen können. Eine entsprechende Temperaturkompensations elektronik kann somit entfallen, was den Hardwareaufwand ver mindert.Compared to the use of a gyroscope, the use of the steering angle sensor unit 3 has the advantage that the installation of a steering angle sensor in the vehicle is significantly easier than that of a gyroscope, since the installation position is irrelevant, and that the steering angle sensor is invariant to changes in temperature, which is the case with the gyroscope can lead to strong drift behavior. Appropriate temperature compensation electronics can thus be omitted, which reduces the hardware expenditure.
Claims (2)
- - einer GPS-Einheit (1) und wenigstens einer weiteren Sen soreinheit (2, 3) zur Erfassung einer jeweiligen fahrzeugposi tionsindikativen Größe und
- - einer Auswerteeinheit (4) zur Bestimmung der Fahrzeugpo sition anhand der von den einzelnen Sensoreinheiten geliefer ten, fahrzeugpositionsindikativen Daten,
- - neben der GPS-Einheit (1) als weitere Sensoreinheiten ei ne Odometereinheit (2), die Radumdrehungen zur Ermittlung der zurückgelegten Streckenlänge und des Fahrtrichtungswinkels er fasst, und eine Lenkwinkelsensoreinheit (3), die den Lenkwinkel zur Ermittlung des Fahrzeugrichtungswinkels erfasst, vorgesehen sind.
- - A GPS unit ( 1 ) and at least one further sensor unit ( 2 , 3 ) for detecting a respective vehicle position-indicative size and
- - an evaluation unit ( 4 ) for determining the vehicle position on the basis of the vehicle position-indicative data supplied by the individual sensor units,
- - In addition to the GPS unit ( 1 ) as additional sensor units, an odometer unit ( 2 ) that detects the wheel revolutions to determine the distance traveled and the direction of travel angle, and a steering angle sensor unit ( 3 ) that detects the steering angle to determine the vehicle direction angle .
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