专利名称：用于定位车辆的设备及生成车辆位置信息的方法
技术领域：
本发明总体涉及用于定位车辆(例如汽车)的定位设备，以及借助定位设备生成这样的车辆的位置数据的方法。
背景技术：
现有技术中已知很多种装配有集成了卫星定位导航系统的机动车辆，这些导航系统利用GPS (全球定位系统)或SPS接收机，与同样集成在车辆中的、提供有关陀螺仪方向、车速、加速度、取向等测距法数据的航位推测导航传感器协作。然而，这种集成的导航系统甚至至今仍然在新车购买期间表现出高昂的额外费用。现有技术中还已知一种生成车辆位置数据的方法(具体来自文献DE 197 17 829A1和DE 199 45 694A1中)，并且还已知一种行进方向(heading)预测方法(具体来自文献DE 10 2005 002 719A1)。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术的各种缺陷，并具体提供一种具有定位设备且实现用于生成位置数据的方法的车辆，其中所述方法能够在需要最少努力和最低附加费用的情况下生成可靠精确的位置数据。为此，本发 明的第一方面涉及一种用于定位车辆的定位设备，该定位设备包括或关联于卫星定位位置接口，该定位设备包括或关联于航位推测位置模块，该卫星定位位置接口和航位推测位置�？槭沟枚ㄎ簧璞改芄簧沙盗疚恢檬荩诔盗颈患觳獾轿挥谖佬切藕沤邮仗跫畹那蛑惺本珊轿煌撇馕恢媚？樯伤龀盗镜奈恢檬荩⑶以诔盗颈患觳獾轿挥谖佬切藕沤邮仗跫玫墓憷蛑惺倍院轿煌撇馕恢媚？榻行Ｗ�。将这种定位设备集成在车辆中有利地提供了利用航位推测�？榈谋曜即衅骼纯煽康厣沙盗疚恢檬�。根据一个有利实施例，定位设备包括或关联于用于将车辆的位置数据发送至紧急呼叫中心的移动通信接口。这种移动通信接口的存在提供了实现“紧急呼叫”的特征，例如eCall或eCALL。eCALL是由欧洲委员会创建，其旨在引入基于公共服务的全欧洲自动紧急呼叫系统，从而使得无论车辆乘客是否清醒且车辆位于欧盟的任何国家，陷于事故中的车辆均能够立即呼叫紧急服务，同时发送其精确方位(或车辆位置)。具体来说，该系统可以基于单个欧洲紧急号码(112)，并且允许紧急服务能够以与事故严重性和涉及车辆类型相适应的方式且更快地来介入，从而减小由于道路交通事故导致的死亡率和受伤严重性。移动通信接口具体包括SIM (用户标识�？�)卡，并且具体利用号码112呼叫紧急呼叫中心。在欧洲之外还存在其它服务，例如在美国和加拿大的911呼叫。当车辆目击到其未涉及的事故时，根据本发明的有利变型可以人工启动紧急呼口4。此外，可优选的是，随后在紧急呼叫中心的操作人员与车辆之间建立语音呼叫，以便乘客能够传达情况细节(如果他们有能力这样做的话)。同时，紧急呼叫中心操作人员接收最小的数据组，所述数据组具体包括车辆位置，即车辆方位。这种位置数据直接来自定位设备。根据本发明的优选实施例，通过应用卡尔曼滤波器来对航位推测位置�？榻行Ｗ�。这使得定位设备能够更为可靠地生成位置数据，并减少在卫星信号无法用于卫星定位时的位置或定位误差。一般而言，由于与车辆相关联并用于执行航位推测位置的传感器产生包含了误差的测量信号或测量值，因此在没有接收卫星信号的时段或车辆在未能从卫星接收到信号的情况下所行驶的距离较长时，仅仅基于航位推测位置或定位来对车辆进行定位会逐渐积聚很大的误差。通过使用多种不同的与车辆相关联的传感器，能够减少位置误差，使得能够可靠生成位置数据，具体为通过使用卡尔曼滤波器。根据本发明的另一优选实施例，定位设备将来自航位推测位置�？榈氖萦肜醋晕佬嵌ㄎ晃恢媒涌诘氖菹嘟岷�。借助定位设备的这种实施方式，有利的是根据本发明能够改善借助该定位设备生成的位置数据的精度。具体来说，借助来自测距法传感器(即与航位推测位置�？橄喙亓拇衅�)的数据与经由卫星定位位置接口获取的数据的结合，能够获得非常精确且针对环境影响具有鲁棒性的车辆方位数据。借助车辆方位数据的冗余性确定，甚至在检测单元之一(例如卫星定位位置接口)因卫星信号接收条件差而暂时不能获取数据的情况下也能够确定该数据。因此，利用本发明例如能够经由航位推测位置�？�(即，使用测距法数据)确定多层停车场内或隧道内(在卫星信号的接收通常出现中断时)车辆的方位。因此，根据本发明的方法不受车辆环境的干扰，并且提供对车辆的持久追踪。根据本发明的另一优选变型，移动通信接口被提供成以预定时间间隔自动发送位置数据或者接收查询数据以发送位置数据。
借助本发明的这种实施方式，有利的是能够实现被盗车辆追踪(SVT)服务。由于在车辆的定位设备中知晓车辆方位，因此当向车辆发送查询信号或查询数据，同时移动通信接口能够接收该查询数据(或查询信号)以便随后发送车辆位置数据时，该位置数据可以被保存，甚至是远程保存。在本发明的替换实施例中，位置数据能够在预定时间间隔之后，即每隔24或36小时(至少在该时段期间内已检测到车辆运动时)自动发送，由移动通信接口发送信号以便发送车辆位置数据。同样地，能够在车辆已停下且随后在车辆未行驶时至少每隔24或36小时自动发送车辆位置数据。本发明的另一方面涉及一种用于借助定位设备生成车辆位置数据的方法，该定位设备包括或关联于卫星定位位置接口，该定位设备包括或关联于航位推测位置�？椋梦佬嵌ㄎ晃恢媒涌诤秃轿煌撇馕恢媚？槭沟枚ㄎ簧璞改芄簧沙盗镜奈恢檬荩渲械背盗颈患觳獾酱τ谖佬切藕沤邮仗跫畹那蛑惺本珊轿煌撇馕恢媚？樯沙盗镜奈恢檬荩⑶以诔盗颈患觳獾酱τ谖佬切藕沤邮仗跫玫墓憷蛑惺倍院轿煌撇馕恢媚？榻行Ｗ�。借助本发明的这种实施方式，有利的是能够在归功于几乎连续的校准步骤而减小的位置误差或定位误差的情况下确定车辆的位置(或者车辆的方位)，该几乎连续的校准步骤提供了利用航位推测位置模块的传感器获得与其实际方位具有较小偏差的车辆方位。根据本发明的优选变型，定位设备包括或关联于移动通信接口，并且，根据命令信号，车辆的位置数据被发送到紧急呼叫中心。根据本发明的另一优选变型，以预定时间间隔或者根据由移动通信接口接收的查询数据的接收自动发送车辆的位置数据。
在阅读本发明实施例的以下详细描述之后，本发明的其它特征和优点将变得更为明显，其中所述实施例是以非限制性且通过附图所示的示例的方式给出，在附图中:图1示意性示出车辆事故之后的报警进程，其中车辆装配有移动通信接口，具体为eCall系统；图2示意性示出根据本发明的定位设备的框图；图3示意性示出具有定位设备的车辆，该定位设备对应于根据本发明的第一实施例；图4示意性示出具有定位设备的车辆，该定位设备对应于根据本发明的第二实施例；图5示意性示出具有定位设备的车辆，该定位设备对应于根据本发明的第三实施例；图6示意性示出与根据本发 明的用于生成车辆位置数据的方法相对应的流程图；图7示意性示出通过卫星定位位置接口和/或从航位推测位置�？榛袢〉氖�(GPS数据和/或测距法数据，具体为ABS (防抱死制动系统)数据)的采集和格式化的图表；图8示意性示出用于通过卫星定位位置接口和/或从航位推测位置�？榛袢〉氖�(GPS数据和/或测距法数据，具体为ABS (防抱死制动系统)数据)的校准的流程图；图9示意性示出通过卡尔曼(Kalman)滤波法处理数据的流程图，具体以后轮数据(具体为车辆后轮的直径或半径)为示例；图10和图11示意性示出基于迭代的滤波结果演变；图12示意性示出了车辆位置数据生成的流程图；图13示意性示出生成车辆位置数据的流程图，其中所述车辆位置数据通过卫星定位位置接口和/或从航位推测位置�？榛竦�(GPS数据和/或测距法数据)；图14示意性示出由卫星定位位置接口获取的信号的信噪比随着时间而变化；以及图15示意性示出根据本发明的定位设备(借助马路绘图)的应用示例的视图。在附图中，不同图中的匹配部件具有相同的附图标记。
具体实施例方式在图1中，示意性示出车辆事故之后的报警进程。该车辆装配有移动通信接口，具体为eCall系统。在第一步骤中，在车辆发生事故之后发送报警信号。通信接口尤其构成移动通信网络的一部分。尤其经由传感器(具体为传感器(未示出)，尤其是例如用于触发车辆内气囊的加速度传感器)检测到该事故。可替换地，报警信号也可以通过车辆用户的人工相互作用来触发，具体是在存在医疗紧急状况时。
在第二步骤中，通过车辆中的导航系统(具体为定位设备)检测有关车辆方位的数据，该导航系统尤其具有卫星定位位置接口。在下文中，卫星定位位置接口也称做卫星传感器或GPS传感器。为了获得车辆的正确位置(即，更精确的位置)，通过航位推测车辆位置法来连续确定车辆方位数据。为此，本发明将来自各种传感器的数据或信号合并，以便获得车辆方位。GPS传感器构成这些传感器的一部分。所确定的车辆方位然后被发送到附近的紧急呼叫中心。还可以发送其它信息，具体为事故性质、事故是否严重等。在第三步骤中，紧急呼叫中心试图与车辆乘客进行联系。同时，在第四步骤中呼叫紧急服务，同时将车辆方位数据发送给紧急服务。越准确地知晓车辆方位，就能够更好地执行救援。为此，连续且不受车辆环境影响地获知车辆方位是有利的。此外，在高精度的方位下获知车辆方位是至关重要的。这可以利用根据本发明的定位设备及方法来实现。在图2中，示意性示出根据本发明的定位设备I的框图。定位设备I包括(或关联于)卫星定位位置接口 1.2 (也称做GPS传感器或卫星传感器)。此外，定位设备I包括(或关联于)航位推测位置�？�1.1。因此，将来自至少两个传感器的数据进行合并以获得(或生成)车辆的位置数据。在所示示例中，该数据来自测距法传感器(集成在航位推测位置�？�1.1中)和GPS传感器(集成在卫星定位位置接口 1.2中)。利用测距法传感器1.1，可以基于测距法数据可靠地获得车辆方位(或位置数据)。利用卫星定位位置接口 1.2，可以基于卫星信号可靠地获得车辆方位(或位置数据)。当卫星数据接收中断时(具体为当车辆处于隧道中时)，无法确定车辆位置数据。通过来自航位推测位置�？�1.1 (具体为测距法传感器)的数据和来自卫星定位位置接口 1.2的数据的结合，即使是在无法接收到卫星信号的情况下，根据本发明也仍然能够精确确定车辆方位。由于根据本发明能够高精度地确定车辆位置数据，因此能够在减小硬件成本的同时高精度地获得车辆方位。由于使用多个不同的数据源(冗余的)来获得车辆方位，因此能够减少所用传感器的误差的影响，该误差具体为(航位推测位置模块1.1中的)测距法传感器误差。在图3中，示意性示出具有定位设备I的车辆F。图3中所示的定位设备I对应于根据本发明的第一实施例。·根据第一实施例，定位设备I包括陀螺仪1.3，在车辆F运动时能够通过该陀螺仪1.3检测车辆F行进方向的变化。由陀螺仪1.3获取的数据被发送给模数转换器1.4。模数转换器1.4将模拟数据转换为数字信号以便后续处理。数字信号随后被通信至处理�？�
1.5，具体为微处理器。此外，来自里程表1.6的信号也被通信至处理�？�1.5。这些信号对应于例如来自车辆F的车轮Rl至R4的信号。来自车辆F的车轮Rl至R4的这些信号例如来自车辆F的防抱死制动系统1.7，在图5中示出了该防抱死制动系统。此外，来自卫星定位位置接口 1.2 (具体为来自卫星传感器或GPS传感器)的信号也被通信至处理�？�1.5。借助处理模块1.5，能够将来自各个传感器的数据结合，并且能够确定车辆位置数据。定位设备I的根据图3的第一实施例运行非常好，并且特别是独立于数据总线，例如CAN (控制器区域网络)型数据总线。因此，根据定位设备I的第一实施例的方案适于改进到车辆F中。在图4中，示意性示出具有定位设备I的车辆F。图4中所示的定位设备I对应于根据本发明的第二实施例。根据第二实施例(且不同于图3所示的第一实施例)，定位设备I不包括陀螺仪1.3而是包括罗盘1.8，在车辆F运动时能够通过罗盘1.8来检测车辆F行进方向的变化。罗盘1.8获取的数据被发送给模数转换器1.4。模数转换器1.4将模拟数据转换为数字信号以便后续处理。数字信号随后被通信至处理�？�1.5，具体为微处理器。此外，来自里程表
1.6的信号也被通信至处理�？�1.5。这些信号对应于例如来自车辆F的车轮Rl至R4的信号。来自车辆F的车轮Rl至R4的这些信号例如来自车辆F的防抱死制动系统1.7，在图5中示出了该防抱死制动系统。此外，来自卫星定位位置接口 1.2 (具体为来自卫星传感器或GPS传感器)的信号也被通信至处理�？�1.5。借助处理�？�1.5，能够将来自各个传感器的数据结合，并且能够确定车辆位置数据。定位设备I的根据图4的第二实施例也运行得非�：茫姨乇鹗嵌懒⒂谑葑芟撸鏑AN (控制器区域网络)型数据总线。因此，根据定位设备I的第二实施例的方案适于改进到车辆F中。在图5中，示意性示出具有定位设备I的车辆F。图5中所示的定位设备I对应于根据本发明的第三实施例。根据定位设备的第三实施例，来自卫星定位位置接口 1.2 (具体为卫星传感器或GPS传感器)的信号被通信至处理�？�1.5。处理模块1.5还连接至控制�？�1.9或者与用于数据总线系统1.10 (具体为车辆F的CAN (控制器区域网络)型数据总线)的控制单元相连接。与后轮R3、R4的速度有关的数据被分别通信至处理�？�1.5。该数据尤其经由车辆F的防抱死制动系统1.7来生成，具体是经由车辆F的后轮R3、R4的转速传感器(未图示)(其构成测距法传感器(即车辆 F的航位推测位置�？�1.1)的一部分)来生成。借助处理�？�1.5，并且根据后轮R3、R4的转速(或者角速度O1, coj、后轮的半
径Rp Rr>以及后轮R3、R4彼此之间的距离Lv，根据下列公式计算车辆F的行进方向泠的变化:.m1xR1-mr X RrH =r
L “ 」[I]以及行驶距离。定位设备I的根据图5的第三实施例尤其具有无需额外的传感器从而减小成本的优点。为此，第三实施例尤其适合车辆F的初始装备，具体是在车辆F的生产期间。因此，适合正在讨论的这种车辆的方案能够以简单且有效的方式来实现。在图6中，示意性示出与根据本发明的生成车辆F的位置数据的方法相对应的流程图。来自GPS传感器(即，卫星定位位置接口 1.2)的数据Dl被通信至数据处理单元2的NMEA驾驶仪2.1。(缩写“NMEA”指的是海上设备(包括GPS设备)之间的通信标准，这些标准由国家海洋电子仪器协会(NMEA)、美国的海事电子仪器制造商协会来制定和控制)。此夕卜，来自航位推测位置�？�1.1 (具体为测距法传感器)的测距法数据D2 (具体为来自防抱死制动系统1.7，例如车轮Rl至R4的数据)被发送到数据处理单元2 (且由转换单元2.2处理)。此外，系统和车辆F的参数P被提供给数据处理单元2。在第一处理步骤VSl期间，在将数据提供给导航部件3之前执行数据同步。在导航部件中，执行关于GPS数据Dl是否存在的检查。如果GPS数据可用，则根据GPS数据Dl (借助卫星定位位置接口 1.2)计算(在第二处理步骤VS2中)位置数据(即车辆F的方位)，并且校准GPS传感器和GPS数据Dl。在GPS数据Dl不可用时，(在第三处理步骤VS3中)根据测距法数据D2和最近可用的GPS数据Dl来计算位置数据，即车辆F的方位。在图7中，示意性示出由卫星定位位置接口 1.2获取的数据(数据Dl)和/或来自航位推测位置�？�1.1的数据(GPS数据和/或测距法数据，具体为ABS (防抱死制动系统)数据)(数据D2)的采集和格式化的图表。GPS数据Dl和测距法数据D2以.txt文件形式(即文本格式)被提供给数据处理单元2。优选地，GPS数据Dl和测距法数据D2的格式以图7所示的形式来给出。(在处理步骤VS2期间)图6中提及的校准步骤优选利用根据图8的卡尔曼滤波器(未示出)来执行。图8示意性示出用于校准由卫星定位位置接口 1.2获取的数据和/或来自航位推测位置�？�1.1的数据(GPS数据和/或测距法数据，具体为ABS (防抱死制动系统)数据)的流程图。该校准步骤的目的是根据后轮R3、R4的半径和这两个车轮R3、R4的半径差来估算车辆F的状态。在该层面上，存在两个互补的数据源(S卩，卫星定位位置接口 1.2 (GPS数据Dl)和航位推测位置�？�1.1 (测距法数据D2))，并且这两个互补的数据源具有不同的更新频率:卫星定位位置接口 1.2具有较低频率(例如约IHz )，而航位推测位置�？�1.1具有较高频率(例如约50Hz)。为实现GPS数据Dl和测距法数据D2的线性耦合，必需对测距法传感器(即，航位推测位置�？�1.1)和GPS传感器(即，卫星定位位置�？�1.2)进行精确校准。当GPS数据Dl被校准时，确定后轮R3、R4的估算半径Rr_Estim。当测距法数据D2被校准时，确定两个后轮R3、R4的半径之间的差R。在校准期间，假定寄生噪声的平均值等于零。此外，测量噪声的平均值必须为零。另一个前提是假定寄生噪声和测量噪声之间无相关性；换言之:测量噪声与寄生噪声无关。在校准期间通过以下方式来验证这些前提:在环境影响的复杂建模之后假定寄生噪声的平均值为零。测量误差的协方差是由于GPS传感器(S卩，卫星定位位置接口 1.2)，从而使得测量噪声的平均值为零。此外，与过程和测量相关联的GPS数据Dl (来自卫星定位位置接口 1.2)和测距法数据D2 (来自航位推测位置�？�1.1)利用不同传感器(即，利用卫星定位位置接口 1.2和航位推测位置�？�1.1)来获得，使得在寄生噪声与测量噪声之间无相关性。在利用卡尔曼滤波器进行校准期间，使用下列方程系统:xk+1=A.xk+wk [2]以及下列分析系统:yk=C.xk+zk [3]
所给出的k时刻的过程矢量为:
权利要求
1.一种用于定位车辆(F)的定位设备(1)， 一所述定位设备(I)包括或者关联于卫星定位位置接口(1.2)， 一所述定位设备(I)包括或者关联于航位推测位置�？�(1.0, 所述卫星定位位置接口(1.2)和所述航位推测位置�？�(1.1)使得所述定位设备(I)能够生成所述车辆(F)的位置数据， 所述定位设备(I)的特征在于: 一当所述车辆(F)被检测到位于卫星信号接收条件差的区域中时，经由所述航位推测位置�？�(1.0生成所述车辆(F)的位置数据，并且 一当所述车辆(F)被检测到位于卫星信号接收条件好的广阔区域中时，对所述航位推测位置�？�(1.1)进行校准。
2.如权利要求1所述的定位设备(1)，其特征在于:所述定位设备(I)包括或者关联于移动通信接口，以将所述车辆(F)的位置数据发送至紧急呼叫中心。
3.如前述权利要求中任一项所述的定位设备(1)，其特征在于:通过应用卡尔曼滤波器来对所述航位推测定位�？�(1.1)进行校准。
4.如前述 权利要求中任一项所述的定位设备(1)，其特征在于:所述定位设备(I)将来自所述航位推测位置�？�(1.0的数据与来自所述卫星定位位置接口(1.2)的数据相结合
5.如权利要求2所述的定位设备(1)，其特征在于:所述移动通信接口被设置成 -以预定时间间隔自动发送位置数据，或者 一接收查询数据以发送位置数据。
6.一种用于借助定位设备(I)生成车辆的位置数据的方法， 一所述定位设备(I)包括或关联于卫星定位位置接口(1.2)， 一所述定位设备(I)包括或关联于航位推测位置�？�(1.0, 所述卫星定位位置接口(1.2)和所述航位推测位置�？�(1.1)使得所述定位设备(I)能够生成所述车辆(F)的位置数据， 所述位置数据生成方法的特征在于: 一当所述车辆(F)被检测到处于卫星信号接收条件差的区域中时，经由所述航位推测位置�？�(1.0生成所述车辆(F)的位置数据，以及 一当所述车辆(F)被检测到处于卫星信号接收条件好的广阔区域中时，对所述航位推测位置�？�(1.1)进行校准。
7.如权利要求6所述的位置数据生成方法，其特征在于:所述定位设备(I)包括或者关联于移动通信接口，并且，根据命令信号，所述车辆(F)的位置数据被发送至紧急呼叫中心。
8.如权利要求6或7所述的位置数据生成方法，其特征在于: 一以预定时间间隔自动发送所述车辆(F)的位置数据；或者 一根据由所述移动通信接口接收的查询数据的接收，发送所述车辆(F)的位置数据。
9.如权利要求6、7或8中任一项所述的位置数据生成方法，其特征在于:所述航位推测位置模块(1.0的校准提供了应用卡尔曼滤波器的步骤。
10.如权利要求6、7、8或9中任一项所述的位置数据生成方法，其特征在于:所述方法包括用于将来自所述航位推测位置�？�(1.1)的数据与来自所述卫星定位位置接口( 1.2)的数据 合并的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于定位车辆的设备以及一种生成位置信息的方法，该定位设备包括或关联于卫星定位位置接口，该定位设备还包括或者关联于航位推测位置�？椋梦佬嵌ㄎ晃恢媒涌诤秃轿煌撇馕恢媚？槭沟盟龆ㄎ簧璞改芄簧沙盗疚恢眯畔ⅲ背盗颈患觳獾轿挥谖佬切藕沤邮詹畹那蛑惺保柚轿煌撇馕恢媚？樯沙盗疚恢眯畔ⅲ⑶业背盗颈患觳獾轿挥谖佬切藕沤邮仗跫玫墓憷蛑惺保院轿煌撇馕恢媚？榻行Ｗ肌�
文档编号G01C21/16GK103250030SQ201180058758
公开日2013年8月14日 申请日期2011年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者S·赫尔南多 申请人:约翰逊控制器汽车电子公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
