Die Offenlegungsschrift DE 35 19 277 Al offenbart ein Naviga- tionsverfahren für Fahrzeuge, das auf Koppelnavigation (Dead Reckoning) beruht. Beim Erreichen eines Endziels kann der Be- nutzer die Abweichung zwischen der errechneten Position und dem tatsächlichen Standort durch Betätigen einer Taste ermit- teln. Hieraus werden Korrekturwerte für die Messung der Rich- tung und die Messung der Weglänge ermittelt. Mit diesen Kor- rekturwerten können dauerhafte, konstante Fehler jeweils für die Richtungsmessung und die Entfernungsmessung korrigiert werden.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 93/09509 ist ein Sensorsystem für Fahrzeugnavigation bekannt, bei dem eine Fehlerkomponente eines Sensors festgestellt wird, um den Sen- sor zu rekalibrieren.

Das US-Patent 5,394,333 beschreibt ein Fahrzeugnavigationssy- stem mit GPS und Koppelnavigation. Eine durch Koppelnavigati- on errechnete Position wird auf eine Straßenkarte gezogen.

Aus dem Unterschied zwischen der Position der Straßenkarte und einer mittels GPS gefundenen Position wird ein Korrektur- wert für die GPS-Navigation bestimmt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 11 933 A1 ist ein Navigati- onsgerät für Koppelnavigation bekannt, das Korrekturwerte für einen GPS-Empfänger bildet. Ein Korrekturwert wird aus dem Vergleich zwischen einer durch Koppelnavigation ermittelten Position und einer aus einem Massenspeicher ausgelesenen Straßenpositions-Koordinate ermittelt. Dieser Korrekturwert wird dem GPS-Empfänger zugeführt, um die aus dem Satelli- tenempfang gewonnen Positions-Daten zu berichtigen. Digitali- sierungsfehler der in dem Massenspeicher gespeicherten Stra- ßen gehen ungefiltert in den Korrekturwert ein.

Aus der Offenlegungsschrift DE 35 19 277 ist ein Navigations- verfahren für Fahrzeuge mit einer Koppelnavigationseinrich- tung bekannt, bei dem ein Korrekturwert gebildet wird, indem beim Erreichen eines Fahrziels die Abweichung zwischen dem eingegebenen Fahrziel und dem über die Koppelnavigation er- mittelten Standort bestimmt wird.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Navigationsgerät und ein Verfahren bereitzustellen, die eine exakte Positionsbestim- mung mittels Koppelnavigation selbst dann gestatten, wenn ein sich verändernder Fehler zwischen den berechneten Positionen und den wahrscheinlichen Positionen auftritt.

Dieses Ziel wird mit einem Navigationsgerät und einem Verfah- ren zur Positionsbestimmung mittels Koppelnavigation er- reicht, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen defi- niert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteran- sprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird der Fehler zwischen einer mittels Kop- pelnavigation errechneten Position (Sensorposition) und einer hiermit korrespondierenden wahrscheinlichen Position auf ei- ner Straßenkarte gespeichert. Aus einer Folge von Fehlern oder Abweichungen ergibt sich ein bestimmtes Fehlerbild, das zur Korrektur der mittels Koppelnavigation errechneten Posi- tion eingesetzt wird. Das Fehlerbild wird nicht dazu verwen-

det, um eine Korrektur auf der Ebene eines Richtungssensors oder Entfernungssensors herbeizuführen und einen Korrektur- wert für den gemessenen Winkel bzw. die gemessene Entfernung bereitzustellen. Erfindungsgemäß erfolgt eine Korrektur auf der Ebene des Prozessors und nicht auf der Ebene der Senso- ren.

Dabei muß die zur Bildung des Korrekturwerts eingesetzte, korrespondierende Position der digitalisierten Straßenkarte nicht eine durch map matching bereits als sicher bewertete Position sein. Es kann auch eine lediglich auf der digitali- sierten Straßenkarte verfolgte (tracking) Position verwendet werden, bei der die Sicherheit, daß es sich um die tatsächli- che Position handelt, noch nicht so groß ist, daß sie für die Koppelnavigation übernommen wird.

Bei der gleichzeitigen Verfolgung von mehreren Pfaden auf der digitalisierten Straßenkarte, auf denen sich möglicherweise die momentane Positionen des Navigationsgeräts oder eines hiermit ausgerüsteten Fahrzeugs befindet, können mehrere (mögliche) Positionen der digitalisierten Straßenkarte mit der durch Koppelnavigation ermittelten Position korrespondie- ren. Zur Bestimmung der Abweichung gegenüber der durch Kop- pelnavigation berechneten Position eignet sich am besten die- jenige der möglichen Positionen, die auf demjenigen Pfad liegt, für den die größte Sicherheit gilt, daß der momentane Standort darauf liegt. Zur Bestimmung der Sicherheit können beispielsweise Kriterien wie die Übereinstimmung mit einem zuvor sicher benutzten Pfad, der Grad an Übereinstimmung be- züglich der von einem Sensor gemessenen Richtung mit der Richtung des digitalisierten Pfads oder die Nähe zur gemesse- nen Position verwendet werden. Alternativ können für eine ge- messene (Sensor-) Position mehrere Abweichungen gegenüber den jeweiligen möglichen korrespondierenden Positionen auf unter- schiedlichen Pfaden bestimmt und gespeichert werden.

Aufgrund der kontinuierlichen Rückkopplung der Abweichung zwischen errechneter und wahrscheinlicher Position auf die errechnete Position erfolgt eine zuverlässige Positionsbe- stimmung selbst dann, wenn sich das Fehlerbild verändert.

Dies ist z. B. im Falle einer Richtungsmessung mit einem Gyro- skop der Fall, dessen Fehler von der Betriebstemperatur ab- hängig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform findet eine sprung- hafte Änderung im Fehlerbild keinen Niederschlag auf den Kor- rekturwert. Dies läßt sich beispielsweise dadurch bewerkstel- ligen, daß eine Grenze für die Differenz einer neu zu spei- chernden Abweichung im Verhältnis zu den schon gespeicherten Abweichungen definiert wird. Auf diese Weise findet eine er- kannte Abweichung, die auf einem Fehler bei der Digitalisie- rung der Straßenkarte beruht, keinen Eingang auf den Korrek- turwert. Ein ähnlicher Fehler kann auch bei Kurvenfahrten auf breiten Fahrbahnen in Abhängigkeit von der gewählten Fahrspur auftreten oder falls ein mit dem Navigationsgerät ausgerüste- ter Personenkraftwagen schräg an einer Kreuzung steht und da- her seine Ausrichtung nicht mit dem Straßenverlauf gemäß der digitalisierten Straßenkarte übereinstimmt.

Ein geeignetes Maß zur Bildung eines Korrekturwerts ist die Standardabweichung der vorhergehenden Folge von gespeicherten Abweichungen.

Vorzugsweise werden mit aufeinanderfolgenden, zu speichernden Abweichungen solange Zeitfenster oder Fehlerfenster gebildet, bis eine neu zu speichernde Abweichung eine definierte Grenze überschreitet. Anschließend wird versucht ein neues Zeit- oder Fehlerfenster zur Bestimmung eines neuen Korrekturwerts zu bilden.

Das erfindungsgemäße Navigationsgerät und das erfindungsgemä- ße Verfahren sind auch in Verbindung mit einer GPS-Ortung (Global Positioning System) einsetzbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten erge- ben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen : Figur 1 ein erfindungsgemäßes Navigationssystem, und Figur 2 die Bestimmung von"Fehlerfenstern".

In Figur 1 weist ein Navigationsgerät 1 ein RAM 11 oder einen flüchtigen Speicher, einen Mikroprozessor 12, einen Eingang 13 für ein Tachometersignal oder einen Odometer 131 sowie ei- nen Eingang 14 für ein Gyroskop 141 als Richtungsmesser auf.

Der Eingang 14 und das Gyroskop 141 können auch im Gehäuse des Navigationsgeräts 1 angeordnet sein.

Das RAM 11, die Eingänge 13,14 und ein Massespeicher, der als Laufwerk 16 für eine CD-ROM 161 oder eine DVD (Digital Versatile Disk) ausgebildet ist, sind mit dem Mikroprozessor 12 über einen Systembus 15 verbunden.

Über den Eingang 13 erhält der Mikroprozessor 12 ein Entfer- nungssignals des Odometers 131 und über den Eingang 14 ein Richtungssignal des Gyroskops 141. Die Signale werden in kur- zen Abständen gemessen. Die jeweils gemessenen Entfernungen und Richtungen stehen für Vektoren, die zwecks Positionsbe- stimmung addiert werden. Nach einer Addition oder nach einer Vielzahl von Additionen erfolgt ein Vergleich der errechneten Position mit einer wahrscheinlichen Position auf einer digi- talisierten Straßenkarte, die auf der Disk 161 gespeichert ist.

Hierzu wird die seit dem letzten Vergleich oder seit dem Start berechnete zurückgelegte Entfernung mit der gemäß der digitalisierten Straßenkarte zurückgelegten Entfernung ver- glichen. Zusätzlich wird die errechnete Ausrichtung des Fahr- zeugs mit der Ausrichtung der betreffenden Straße auf der di- gitalisierten Straßenkarte verglichen. Die Differenzen werden

jeweils durch die Anzahl der seit dem Vergleich erfolgten Ad- ditionen von Entfernungen bzw. Richtungen dividiert. Das Er- gebnis dieser Division wird im folgenden als Abweichung be- zeichnet.

In der Regel findet nicht für jede errechnete Position ein Vergleich mit der digitalisierten Straßenkarte statt. Sobald auf einer Fahrt zwei Vergleiche zwischen einer errechneten Position und der digitalisierten Straßenkarte stattgefunden haben, wird aus den im Speicher 11 abgelegten Abweichungen jeweils getrennt für die Entfernungsabweichung und die Rich- tungsabweichung, die Standardabweichung errech- net, wobei el und e2 die ersten beiden ermittelten Abweichun- gen sind. Im Laufe einer Fahrt können noch eine große Zahl Abweichungen e3 bis en zusätzlich zur Ermittlung der Standar- dabweichung herangezogen werden.

Die gemäß der digitalisierten Karte zurückgelegte Wegstrecke oder Entfernung seit dem letzten Vergleich läßt sich verein- facht mit Hilfe der kartesischen Koordinaten feststellen. Die Wegstrecke der entsprechende Winkel wobei x (tl) und y (ti) die Koordinaten sind, die bei dem vorhergehenden Vergleich mit der errechneten Position als die wahrscheinlich richtige Po- sition der digitalisierten Straßenkarte und x (t2) und y (t2) die Koordinaten sind, die bei dem neuen Vergleich als die wahrscheinliche Position auf der digitalisierten Straßenkarte angenommen worden sind.

Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Abweichungen e be- züglich der Entfernung von der entsprechenden wahrscheinli- chen Position der digitalisierten Straßenkarte. Nach dem die ersten beiden Abweichungen festgestellt worden sind, wird ein Durchschnittswert durch Addition der beiden Abweichungen und Division durch zwei ermittelt. Zusätzlich wird die Standar- dabweichung ermittelt. Eine obere und eine untere Grenze für

das Fortführen einer Folge von Abweichungen wird gebildet, indem die Differenz zwischen der Standardabweichung und dem Durchschnittswert errechnet wird. Der Durchschnittswert plus diese Differenz bildet die obere Grenze, der Durchschnitts- wert abzüglich der Standardabweichung bildet die untere Gren- ze.

Der Durchschnittswert der Entfernungsabweichungen wird zur Korrektur der nächsten mittels Koppelnavigation errechneten Position oder einer Vielzahl von errechneten Positionen ver- wendet bis der nächste Vergleich zwischen einer errechneten Position und einer wahrscheinlichen Position auf der digita- lisierten Straßenkarte stattfindet.

Wenn die neuerlich gemessene Abweichung innerhalb der mittels der Standardabweichung festgelegten Grenzen ist, so wird die neuerliche Abweichung zu den vorangegangenen Abweichungen ge- speichert, es werden ein neuer Mittelwert der gespeicherten Abweichungen, eine neue Standardabweichung und eine neue un- tere und obere Grenze auf der Basis des neuen Durchschnitts- werts und der neuen Standardabweichung berechnet. Im letzten Rahmen oder Fenster sind die fortlaufenden Durchschnittswerte als gestrichelte Linie dargestellt.

Bei einem über eine gewisse Zeit gleichförmigen Fehlerverlauf wird aufgrund der Rückkoppelung des ermittelten Fehlers auf die errechnete Position die Genauigkeit der Koppelnavigation Schritt für Schritt erhöht.

Liegt eine neu ermittelte Abweichung außerhalb der festgeleg- ten Grenzen, so wird die bisherige Folge von Abweichungen aus dem Speicher 11 gelöscht und in der oben beschriebenen eine neue Folge von Abweichungen begonnen.

Das Verfahren läßt sich durch weitere Kriterien zusätzlich verfeinern. So ist es günstig, die Reihe der gespeicherten Abweichungen trotz des Umstands weiterzuführen, daß eine neue Abweichung außerhalb der definierten Grenzwerte ist, wenn die

darauf folgende Abweichung wieder innerhalb der Grenzen ist.

Die aus dem durch die Grenzwerte definierten Rahmen oder Fen- ster fallende Abweichung muß nicht gespeichert werden.

Wenn die beiden letzten Abweichungen außerhalb der gesetzten Grenzen waren, so werden die vorhergehenden Abweichungen aus dem Speicher gelöscht und die beiden neuen Abweichungen die- nen zur Berechnung einer neuen Standardabweichung, neuer Grenzwerte und eines neuen Durchschnitts, der für die Fehler- korrektur eingesetzt wird.

Wenn eine neue festgestellte Abweichung innerhalb der defi- nierten Grenzen ist, so empfiehlt sich dennoch das Löschen der bisherigen Folge von Abweichungen aus dem Speicher und die Bildung einer neuen Folge von Abweichungen, wenn die neue Abweichung und die vorhergehende Abweichung in der Nähe der entgegengesetzten Grenzen sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die eine Abweichung näher als 20% an die obere Grenze und die andere Abweichung näher als 20% an die untere Grenze heranreicht, gemessen an der Differenz zwischen Ober- und Untergrenze.

Die oben ausgeführten Schritte finden nicht nur Anwendung auf den Entfernungsfehler, sondern in entsprechender Weise auf den Richtungsfehler.

Das beschriebene System lernt aus den vorangegangenen Feh- lern. Im Gegensatz zur Bildung von starren Grenzwerten die zur Bestimmung der Weiterführung oder dem Abbruch einer Folge von Abweichungen dienen, hat die Verwendung der beschriebenen dynamischen Grenzwerte den Vorteil, daß zwischen einem Rau- schen und einer einschätzbaren Fehlerfunktionalität unter- schieden wird. Das beschriebene System kann sich sogar auf ein veränderliches Fehlerbild anpassen.