DE19742394A1

DE19742394A1 - Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem

Info

Publication number: DE19742394A1
Application number: DE19742394A
Authority: DE
Inventors: Eisaku Akutsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: US6076040A; DE19742394C2; JPH10104330A; JP3539087B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Fahr positionserfassungssystem, und insbesondere ein Fahrzeug-Fahr positionserfassungssystem zur Erfassung der Position eines sich auf der Straße bewegenden Fahrzeugs bezüglich der Breitenrichtung der Straße.

Ein bekanntes System zur Erfassung der Position eines auf der Straße fahrenden Fahrzeugs ist beispielsweise aus der JP 4-293 109 bekannt. Bei diesem System werden weiße Linien zur Angabe von Grenzen zwischen jeweiligen Fahrstreifen (Fahrspuren) auf der Basis einer Information erkannt, die mittels einer im Fahrzeug vorgesehenen Kamera erhalten wird. Eine Position des Fahrzeugs wird sodann in Abhängigkeit von dem Erfassungsergebnis ermittelt.

Ferner wurden weitere Systeme zur Erfassung der Fahrposition eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Bei einem derartigen System werden durch entlang einer Linie einer Straße angeordneter magnetischer Nägel (Magnete) erzeugte Magnetfelder mittels am Fahrzeug befindlicher Magnetsensoren erfaßt. In Abhängigkeit vom erfaßten Zustand der Magnetfelder (beispielsweise des erfaßten Pegels bzw. der Stärke der Magnetfelder) wird ein Abstand (in der Breitenrichtung der Straße) zu der Linie ermittelt, entlang der das Fahrzeug fahren soll.

Bei dem vorstehend angegebenen System, bei dem die Fahrposition eines Fahrzeugs auf der Basis einer durch eine am Fahrzeug angeordnete Videokamera erhaltenen Bildinformation ermittelt wird, ist es schwierig, in genauer Weise die weißen Linien auf der Basis der Bildinformation der Videokamera insbesondere während der Nacht oder bei schlechten Wetterbedingungen (Nebel oder Schnee) zu erkennen. Ferner ist es bei dem System, bei dem der Abstand zur Fahrtrichtung unter Verwendung der mittels der in der Straße angeordneten magnetischen Nägel erzeugten Magnetfelder ermittelt wird, schwierig, in der Breitenrichtung der Straße jedes der Magnetfelder der magnetischen Nägel ausreichend weit zu verteilen. Der Abstand von der Fahrtrichtung (die Fahrposition des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße), der ermittelt werden kann, ist klein. Daher kann das Erfassungsergebnis nicht als Basisinformation (Grundlageninformation) für eine Lenkungssteuerung in einem weiten Bereich, beispielsweise zum Wechseln des Fahrstreifens verwendet werden.

Der Erfindung liegt dem gegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die Fahrposition eines Fahrzeugs auf einfache und genaue Weise in einem weiten Bereich in der Breitenrichtung der Straße ermittelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung betrifft somit ein Fahrzeug-Fahr positionserfassungssystem mit einer in einem Fahrzeug angeordneten Empfangseinrichtung zum Empfangen von Signalen, die von einer ersten Übertragungseinrichtung und einer zweiten Übertragungseinrichtung übertragen (gesendet) wurden und die mit einem dazwischen liegenden Fahrstreifen einer Straße einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei die erste Übertragungseinrichtung und die zweite Übertragungseinrichtung die Signale in vorbestimmte Bereiche in Richtung des Fahrstreifens übertragen (senden), und eine Positionserkennungseinrichtung zum Erkennen einer Position des Fahrzeugs in einer Breitenrichtung der Straße auf der Basis des Zustands der mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale.

Bei dem Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung hängt der Zustand (beispielsweise der Pegel) des von der ersten Übertragungseinheit mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signals vom Abstand zwischen einer Position, bei der die ersten Übertragungseinheit angeordnet ist, und einer Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße ab. Ferner hängt der Zustand des von der zweiten Übertragungseinheit mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signals ab von dem Abstand zwischen einer Position, bei der die zweite Übertragungseinheit angeordnet ist, und der Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße. Somit wird die Position des Fahrzeugs bezüglich der Breitenrichtung der Straße auf der Basis der Zustände der mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale bestimmt.

Da die Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße auf der Basis der Zustände der von externen Einheiten übertragenen Signale bestimmt wird, kann erfindungsgemäß die Fahrposition des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße auf einfache Weise in einem weiten Bereich erfaßt werden.

Die von der ersten und zweiten Übertragungseinheit übertragenen Signale können Radiowellen, Lichtsignale oder Ultraschallsignale sein.

Zur kontinuierlichen Erfassung der Fahrpositionen des Fahrzeugs ist eine Vielzahl der ersten Übertragungseinheiten und eine entsprechende Vielzahl der zweiten Übertragungseinheiten in vorbestimmten Abständen entlang des Fahrstreifens angeordnet.

Zum Erhalten von weiteren, für eine Fahrsteuerung eines Fahrzeugs erforderlichen Signalen auf der Basis der von der ersten und zweiten Übertragungseinheit mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale kann das vorstehend beschriebene Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem eine Dopplerkomponentenerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Dopplerfrequenzkomponente von jedem der mittels der Empfangseinrichtung von der ersten Übertragungseinheit und der zweiten Übertragungseinheit empfangenen Signale, sowie eine Berechnungseinrichtung aufweisen zur Berechnung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich der Straße auf der Basis der Dopplerfrequenzkomponente jedes der mittels der Dopplerkomponentenerfassungseinrichtung erfaßten Signale.

Das Fahrzeug bewegt sich mit einer resultierenden Geschwindigkeit der Geschwindigkeitskomponenten in den Richtungen vom Fahrzeug zu der ersten und zweiten Übertragungseinheit. Die Frequenz jedes der von der ersten und zweiten Übertragungseinheit mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale wird auf der Basis einer entsprechenden Geschwindigkeitskomponente versetzt (verschoben, Dopplerverschiebung). Die Dopplerfrequenzkomponente (die verschobene Frequenz) entspricht einer Geschwindigkeitskomponente in der entsprechenden Richtung. Somit wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich der Straße auf der Basis der Dopplerfrequenzkomponente in jeder der Richtungen bestimmt.

Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich der Straße kann verwendet werden zur Fahrsteuerung des Fahrzeugs (Fahrbetriebssteuerung, beispielsweise Beschleunigungssteuerung, Bremsensteuerung und dgl.).

Das Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem gemäß der vorstehenden Beschreibung umfaßt ferner eine Signalspeichereinrichtung zum Speichern von zumindest einem der von der ersten Übertragungseinheit und der zweiten Übertragungseinheit mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale, sowie eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Änderung der Umgebungsbedingungen des Fahrzeuges auf der Basis einer Änderung des in der Speichereinrichtung gespeicherten Signals.

In einem derartigen System hängen die Zustände der von der ersten und zweiten Übertragungseinheit mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale von den Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs (Nebel, Schnee, Regen oder dgl.) ab. Ändern sich hingegen die Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs, dann ändern sich ebenfalls die Zustände der mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale. Die Änderungen der Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs werden somit auf der Basis von Änderungen der in der Speichereinrichtung gespeicherten Signale ermittelt.

Die Änderungen in den Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs können gemäß den folgenden Angaben zur Durchführung einer Fahrsteuerung (Fahrbetriebssteuerung) des Fahrzeugs verwendet werden.

Wird der Anfang eines Regens oder Schneefalls ermittelt, dann kann die Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert werden oder das Fahrzeugantriebssystem kann von einem Zweiradantrieb (2WD) zu einem Vierradantrieb (4WD) umgeschaltet werden. Wird das Auftreten von Nebel ermittelt, dann können entsprechende Nebellampen eingeschaltet werden.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels der Anordnung von Übertragungseinrichtungen zur Verwendung in einem Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus des Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 3A und 3B graphische Darstellungen zur Veranschaulichung dem Erfassungspegels in ersten und zweiten Sensoren,

Fig. 4 ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen den Erfassungspegel der ersten und zweiten Sensoren, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der erfaßten Geschwindigkeitsvektoren in jeweiligen Richtungen und eines resultierenden Geschwindigkeitsvektors.

Fig. 1 zeigt Fahrstreifen (Fahrspuren) auf einer linken Seite einer Straße. Gemäß Fig. 1 sind zwei Fahrstreifen L1 und L2, die durch Fahrstreifenmarkierungen 11, 12 und 13 getrennt sind, zwischen einem linken Straßenrand 23 uni einem Mittelstreifen 24 angeordnet. Eine Leitplanke 21 (Leitschiene) ist zwischen der Straßenseite 23 und der äußeren Fahrstreifenmarkierung 11 angeordnet. Außerhalb der Leitplanke 21 sind erste Übertragungseinrichtungen 31 _n-1, 31 _n, 31 _n+1 . . . entlang der Straße in vorbestimmten Intervallen (von beispielsweise 50 m in gleicher Weise wie Seitenreflektoren) angeordnet. Eine Leitplanke 22 ist zwischen der inneren Fahrstreifenmarkierung 13 und dem Mittelstreifen 24 angeordnet. Auf dem Mittelstreifen 24 außerhalb der Leitplanke 22 sind zweite Übertragungseinrichtungen 32 _n-1, 32 _n, 32 _n+1, . . . entlang der Straße in gleichen Intervallen wie die ersten Übertragungseinrichtungen 31 _n-1, 31 _n, 31 _n+1, . . . angeordnet.

Eine erste Übertragungseinrichtung 31 _i und eine zweite Übertragungseinrichtung 32 _i (i = . . ., n-1, n, n+1, . . .), die jeweils einander mit den dazwischen liegenden Fahrstreifen L1 und L2 gegenüberstehen, sind paarweise zueinander angeordnet. Die erste Übertragungseinrichtung 31 _i überträgt (sendet) Signale von der Straßenseite in Richtung der Fahrstreifen L1 und L2, so daß die Signale in einem Übertragungsbereich 41 _i auf den Fahrstreifen L1 und L2 empfangen werden können. Die zweite Übertragungseinrichtung 32 _i überträgt (sendet) Signale vom Mittelstreifen 24 in Richtung der Fahrstreifen L1 und L2, so daß die Signale in einem Übertragungsbereich 42 _i empfangen werden können. Die Übertragungsbereiche 41 _i und 42 _i der ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen 31 _i und 32 _i, die paarweise zueinander vorgesehen sind, erstrecken sich in jeweilige Richtungen, so daß die Signale mittels Sensoren erfaßt werden können, die ans der vorderen Oberfläche eines auf der Straße fahrenden Fahrzeugs angeordnet sind. Ferner sind die jeweiligen Übertragungsbereiche 41 _i und 42 _i im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Fahrstreifenmarkierung 12, die an der Grenze zwischen den Fahrstreifen L1 und L2 angeordnet ist.

Die ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen 31 _i und 32 _i modulieren Signale, die eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, unter Verwendung von Daten (einschließlich einer Information bezüglich einer Position entlang der Straße) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Regel und übertragen die modulierten Signale.

Ein Fahrzeug 61, das in jedem Fahrstreifen der Straße fährt, bei der die Übertragungseinrichtungen gemäß der vorstehenden Beschreibung angeordnet sind, weist eine Fahrpositionserfassungseinrichtung gemäß Fig. 2 auf. In Fig. 2 umfaßt die Fahrpositionserfassungseinrichtung einen ersten Sensor 51, der an der linken Seite der vorderen Oberfläche des Fahrzeugs 61 (siehe Fig. 1) angeordnet ist, einen ersten Empfänger 83 und eine erste Verarbeitungsschaltung 85. Der erste Sensor 51 empfängt von der ersten, gemäß der vorstehenden Beschreibung an der Straßenseite angeordneten Übertragungseinrichtung 31 _i übertragene Signale. Die empfangenen Signale werden mittels der ersten Empfangseinrichtung 83 verarbeitet (verstärkt, demoduliert und dgl.). Die Signale der ersten Empfangseinrichtung 83 werden ferner mittels der ersten Signalverarbeitungsschaltung 85 verarbeitet.

Die erste Signalverarbeitungsschaltung 85 umfaßt eine Signalpegelerfassungsschaltung 91, eine Dopplerfrequenzerfassungsschaltung 92, eine Datendemodulationsschaltung 93 und eine Geschwindigkeitsvektorberechnungsschaltung 94. Die Signalpegelerfassungsschaltung 91 erfaßt den Amplitudenpegel man des Signals der ersten Empfangseinrichtung 83. Die Dopplerfrequenzerfassungsschaltung 92 ermittelt eine Dopplerfrequenz entsprechend einer Differenz zwischen Frequenzen eines Übertragungssignals und eines Empfangssignals. Die Geschwindigkeitsvektorberechnungsschaltung 94 berechnet auf der Basis der erfaßten Dopplerfrequenz eine Geschwindigkeitskomponente V_Ln (einen Geschwindigkeitsvektor) eines Fahrzeugs in einer Richtung zur ersten Übertragungseinrichtung 31 _i, die die Signale überträgt (sendet). Die Datendemodulationsschaltung 93 demoduliert verschiedene Arten von Daten d_Ln (einschließlich beispielsweise einer Position der ersten Übertragungseinrichtung 31 _i in einer Richtung entlang der Straße) aus den empfangenen Signalen.

Die Fahrpositionserfassungseinrichtung umfaßt ferner einen zweiten Sensor 52, der an der rechten Seite der vorderen Oberfläche des Fahrzeugs 61 (siehe Fig. 1) angeordnet ist, eine zweite Empfangseinrichtung 84 und eine zweite Signalverarbeitungsschaltung 86. Die von der zweiten, im Mittelstreifen 24 gemäß der vorstehenden Beschreibung angeordneten Übertragungseinrichtung 32 _i übertragenen Signale werden mittels des zweiten Sensors 52 erfaßt. Mittels der zweiten Empfangseinrichtung 84 werden die empfangenen Signale verarbeitet (verstärkt, demoduliert und dgl.). Die von der zweiten Empfangseinrichtung 84 aus gegebenen Signale werden sodann mittels der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 86 verarbeitet.

Die zweite Signalverarbeitungsschaltung 86 umfaßt eine Signalpegelerfassungsschaltung, eine Dopplerfrequenzerfassungsschaltung, eine Datendemodulationsschaltung und eine Geschwindigkeitsvektorberechnungsschaltung in gleicher Weise wie die erste Signalverarbeitungsschaltung 85. Der Amplitudenpegel m_Rn des empfangenen Signals der Empfangseinrichtung 84 und eine Geschwindigkeitskomponente V_Rn (ein Geschwindigkeitsvektor) eines Fahrzeugs in einer Richtung zur zweiten Übertragungseinrichtung 32 _i, die die Signale überträgt, werden erzeugt. Verschiedene Arten von Daten d_Rn (einschließlich beispielsweise einer Position der zweiten Übertragungseinheit 32 _i in einer Richtung entlang der Straße) werden aus den empfangenen Signalen demoduliert.

Die Fahrpositionserfassungseinrichtung umfaßt ferner eine Speichereinheit 87 und eine Datenverarbeitungsschaltung 88. Der Amplitudenpegel m_Ln des empfangenen Signals, die Geschwindigkeitsvektorkomponente V_Ln und die demodulierten Daten d_Ln, die alle durch dies erste Signalverarbeitungsschaltung 85 ausgegeben werden, werden entsprechend vorbestimmter Zeiten in der Speichereinheit 87 gespeichert. Der Amplitudenpegel m_Rn des empfangenen Signals, die Geschwindigkeitskomponente V_Rn und die demodulierten Daten d_Rn, die alle durch die zweite Signalverarbeitungsschaltung 86 ausgegeben werden, werden ebenfalls entsprechend vorbestimmter Zeiten in der Speichereinheit 87 gespeichert. Somit speichert die Speichereinheit 87 einen Datensatz (m_Ln, V_Ln und d_Ln) der ersten Signalverarbeitungsschaltung 85 und einen Datensatz (m_Rn, V_Rn und d_Rn) der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 86 gemäß einem FIFO-Speicherprinzip (first-in-first-out). In der Speichereinheit 87 wird eine vorbestimmte Anzahl von Datensätzen gespeichert.

Die Datenverarbeitungsschaltung 88 umfaßt eine Funktion zur Berechnung einer Position eines Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße, eine Funktion zur Berechnung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bezüglich der Straße, und eine Funktion zur Bestimmung, ob sich die Fahrzeugumgebungsbedingungen verändert haben. Somit wird auf der Basis des Amplitudenpegels man des empfangenen Signals der ersten Signalverarbeitungsschaltung 85 und des Amplitudenpegels man des empfangenen Signals der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 86 eine Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße berechnet (wobei eine detaillierte Beschreibung nachstehend noch angegeben wird). Auf der Basis des Geschwindigkeitsvektors V_Ln der ersten Signalverarbeitungsschaltung 85 und des Geschwindigkeitsvektors V_Rn der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 66 wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich der Straße berechnet (wobei eine detaillierte Beschreibung nachstehend noch angegeben wird). Ferner wird in Abhängigkeit von Änderungen in den Amplitudenpegeln m_Ln, m_Ln-1, . . . und m_Rn, m_Rn-1, . . ., die in der Speichereinheit 87 gespeichert sind, bestimmt, in welcher Weise sich die Fahrzeugumgebungsbedingungen verändert haben (wobei eine detaillierte Beschreibung nachstehend noch angegeben wird).

Zuerst wird eine Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße wie folgt berechnet.

Es wird beispielsweise davon ausgegangen, daß das Fahrzeug 61 auf dem Fahrstreifen L1 auf der linken Seite der in Fig. 1 gezeigten Straße fährt. In diesem Fall ist der Abstand der zweiten Übertragungseinrichtung 32 _i zum zweiten Sensor 52, der an der rechten Seite der vorderen Oberfläche des Fahrzeugs 61 angeordnet ist, größer ist als der Abstand der ersten Übertragungseinrichtung 31 _i des ersten Sensors 51, der an der linken Seite der vorderen Oberfläche des Fahrzeugs 61 angeordnet ist. Somit ist die Länge, um die sich der zweite Sensor 52 in dem überstrahlten Übertragungsbereich 42 _i der zweiten Übertragungseinrichtung 32 _i bewegt, größer als die Länge, um die sich der erste Sensor 51 in dem überstrahlten Übertragungsbereich 41 _i der ersten Übertragungseinrichtung 31 _i bewegt. Ferner ist der Pegel des durch den zweiten Sensor 52 empfangenen Signals kleiner als der Pegel des vom ersten Sensor 51 empfangenen Signals. Die Pegel der mittels der jeweiligen Sensoren 51 und 52 empfangenen Signale hängen von einer Position des Fahrzeugs 61 in der Breitenrichtung (der Y-Richtung) der Straße ab.

Ferner tritt während der Fahrt des Fahrzeugs 61 auf dem Fahrstreifen L1 auf der linken Seite der Straße der zweite Sensor 52 in den Übertragungsbereich 42 _i der zweiten Übertragungseinrichtung 32 _i ein, und der erste Sensor 51 tritt in den Übertragungsbereich 41 _i der ersten Übertragungseinrichtung 31 _i ein. Da das Fahrzeug 61 auf dem Fahrstreifen L1 fährt, weisen im Ergebnis die erfaßten Signale der jeweiligen Sensoren 51 und 52 die in den Fig. 3A und 3B angegebenen Signalzeitverläufe auf. Dabei weisen die mittels des zweiten Sensors 52 erfaßte Signale gemäß der Darstellung in Fig. 3B relativ breite Signalzeitverläufe auf, in welchen Spitzenwerte mit einem Pegel y1 jeweils in Positionen X_n1, X_n3 . . . in einer Richtung (der X-Richtung) entlang der Straße angeordnet sind. Die erfaßten Signale des ersten Sensors 51 weisen gemäß der Darstellung in Fig. 3A relativ steile Signalzeitverläufe auf, bei welchen die Spitzenwerte mit einem Pegel y3 (< y1) jeweils zwischen Positionen X_n1 und X_n2, zwischen Positionen X_n3 und X_n4, . . . in der Richtung (der X-Richtung) entlang der Straße angeordnet sind.

Der Pegel der erfaßten Signale des ersten Sensors 51 (ein linker erfaßter Pegel Y und der Pegel des erfaßten Signals des zweiten Sensors 52 (ein rechter erfaßter Pegel) hängen ab von einer Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung (der Y-Richtung) der Straße. Die Pegel der jeweiligen erfaßten Signale (des linken erfaßten Pegels und des rechten erfaßten Pegels) verändern sich in Abhängigkeit von einer in Fig. 4 gezeigten Kennlinie. In Abhängigkeit von der Übertragungskennlinie in jedem der Übertragungsbereiche 41 _i und 42 _i der ersten und zweiten Übertragungseinrichtung 31 _i und 32 _i ist der Pegel des Übertragungssignals umgekehrt proportional zu einem Wert, der in einem Bereich zwischen der zweiten Potenz des Abstands zur Übertragungseinrichtung und der dritten Potenz hiervon liegt.

Somit bewegt sich ein Punkt, der mittels eines Paars des linken erfaßten Pegels (der Pegel des Erfassungssignals des ersten Sensors 51) und des rechten erfaßten Pegels (der Pegel des Erfassungssignals des zweiten Sensors 51) angegeben ist, gemäß der Darstellung in Fig. 4 auf einer im wesentlichen hyperbolischen Kurve Q in Abhängigkeit von der Position in der Breitenrichtung (der Y-Richtung) der Straße.

Fährt das Fahrzeug 61 auf dem Fahrstreifen L1 in der Nähe der Straßenseite 23, dann verändern sich gemäß Fig. 4 der linke erfaßte Pegel und der rechte erfaßte Pegel in einem Bereich 71 in Abhängigkeit von der Querversetzung (in Y-Richtung) des Fahrzeugs entsprechend einer Lenkungsbetätigung. Der Bereich 71 umfaßt einen Punkt mit einem großen linken erfaßten Pegel (y3) und einem kleinen rechten erfaßten Pegel (y1) auf der hyperbolischen Kurve Q. Fährt das Fahrzeug 61 auf dem Fahrstreifen L2 in der Nähe des Mitteistreifens 24, dann verändern sich der linke erfaßte Pegel und der rechte erfaßte Pegel in einem Bereich 72 in Abhängigkeit von der Querversetzung des Fahrzeugs 61 entsprechend einer Lenkungsbetätigung. Der Bereich 72 umfaßt einen Punkt mit einem kleinen linken erfaßten Pegel (y1) und einem großen rechten erfaßten Pegel (y3) auf der hyperbolischen Kurve Q. Fährt das Fahrzeug 61 auf einem Grenzbereich (einschließlich der Fahrstreifenmarkierung 12) zwischen den Fahrstreifen L1 und L2, dann verändern sich der linke erfaßte Pegel und der rechte erfaßte Pegeln in einem Bereich in Abhängigkeit von der Querversetzung des Fahrzeugs 61 entsprechend der Lenkungsbetätigung. Der Bereich umfaßt einen Punkt, in welchem der linke erfaßte Pegel (y2) im wesentlichen gleich dem rechten erfaßten Pegel (y2) auf der hyperbolischen Kurve Q ist.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind die paarweise zueinander gehörenden linken und rechten erfaßten Pegel in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung (der Y-Richtung) der Straße veränderlich. Daher umfaßt die Datenverarbeitungsschaltung 88 (siehe Fig. 2) eine Tabelle zur Angabe einer Beziehung zwischen einem Satz von Amplitudenpegeln m_Ln und m_Rn der empfangenen Signale (Ausgangssignale der ersten und zweiten Signalverarbeitungsschaltungen 85 und 86) und einer Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung der Straße. Die jeweiligen Amplitudenpegel m_Ln und m_Rn entsprechen den linken und rechten erfaßten Pegeln. Der Satz von Amplitudenpegeln m_Ln und m_Rn entspricht einem Punkt auf der in Fig. 4 gezeigten hyperbolischen Kurve Q. Zu jedem Zeitpunkt, bei dem die Datenverarbeitungsschaltung 88 die Amplitudenpegel (m_Ln, m_Rn) der Signale der ersten und zweiten Signalverarbeitungsschaltungen 85 und 86 empfängt, bestimmt die Datenverarbeitungsschaltung 88 unter Bezugnahme auf die Tabelle eine Position entsprechend dem Satz von Amplitudenpegeln (m_Ln, m_Rn). Positionsdaten zur Anzeige der ermittelten Position werden von der Datenverarbeitungsschaltung 88 beispielsweise zu einem Fahrsteuerungssystem über einen Ausgangsanschluß 95 ausgegeben.

Das Fahrsteuerungssystem steuert beispielsweise ein Fahrzeug auf der Basis der Positionsdaten, so daß das Fahrzeug automatisch auf dem bestimmten Fahrstreifen L1 fährt. Ferner kann auf der Basis der Positionsdaten bestimmt werden, ob das Fahrzeug einen Fahrstreifenwechsel durchgeführt hat.

Die am Fahrzeug 61 angeordneten ersten und zweiten Sensoren 51 und 52 empfangen jeweils Signale der ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen 31 _i und 32 _i, während sie sich mit relativen Geschwindigkeiten bezüglich der ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen 31 _i und 32 _i bewegen. Somit ist die Frequenz des erfaßten Signals jedes der ersten und zweiten Sensoren 51 und 52 unterschiedlich zur Frequenz des übertragenen Signals infolge einer Dopplerverschiebung in Abhängigkeit von der relativen Geschwindigkeit. Die Dopplerfrequenzkomponente entsprechend der Frequenzänderung jedes Signals wird in eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung zu jedem der ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen 31 _i und 32 _i gemäß der nachfolgenden Gleichung umgesetzt.

f_d = f_s _* c/(c-v_s′)

f_d: Dopplerfrequenzkomponente
f_s: Übertragungsfrequenz
c: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Übertragungs welle
v_s′: relative Geschwindigkeit (Geschwindigkeits komponente)

In jeder Signalverarbeitungsschaltung 85 und 86 wird die mittels der Dopplerfrequenzerfassungsschaltung 92 erfaßte Dopplerfrequenz in Abhängigkeit von der vorstehend angegebenen Gleichung in eine Geschwindigkeitskomponente (einen linken erfaßten Geschwindigkeitsvektor) V_Lxn in einer Richtung zur ersten Übertragungseinrichtung 31 _i und eine Geschwindigkeitskomponente (einen rechten erfaßten Geschwindigkeitsvektor) V_Rxn in einer Richtung zur zweiten Übertragungseinrichtung 32 _i umgewandelt.

Der resultierende Vektor V_vxn (siehe Fig. 5) des linken erfaßten Geschwindigkeitsvektors V_Lxn und desrechten erfaßten Geschwindigkeitsvektors V_Rxn kennzeichnet einen Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs 61. Da das Fahrzeug 61 mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, ist der in Fig. 5 gezeigte resultierende Vektor V_vxn ein Vektor, der sich von einem Ursprung O zu einem Punkt auf einem Kreis mit einem Radius entsprechend einem Absolutwert der Geschwindigkeit erstreckt. In einem Fall, in dem das Fahrzeug in gerader Richtung fährt, ist die relative Geschwindigkeit des ersten Sensors 51 bezüglich der ersten Übertragungseinrichtung 31 _i gleich der relativen Geschwindigkeit des zweiten Sensors 52 bezüglich der zweiten Übertragungseinrichtung 32 _i. In diesem Fall sind der Absolutwert des linken erfaßten Geschwindigkeitsvektors V_Lxn und der Absolutwert des rechten erfaßten Geschwindigkeitsvektors V_Rxn einander gleich. Im Ergebnis ist der resultierende Vektor V_vxn dieser Vektoren (der Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs 61) gemäß der Darstellung in Fig. 5 auf einer Linie angeordnet, die einen Winkel zwischen dem linken erfaßten Geschwindigkeitsvektor V_Lxn und dem rechten erfaßten Geschwindigkeitsvektor V_Rxn in zwei Hälften teilt.

Die Datenverarbeitungsschaltung (gemäß Fig. 2) berechnet den resultierenden Vektor V_vxn unter Verwendung des linken erfaßten Geschwindigkeitsvektors V_Lxn und des rechten erfaßten Geschwindigkeitsvektors V_Rxn. Der linke erfaßte Geschwindigkeitsvektor V_Lxn und der rechte erfaßte Geschwindigkeitsvektor V_Rxn werden jeweils von den Geschwindigkeitsberechnungsschaltungen 94 der ersten und zweiten Signalverarbeitungsschaltung 85 und 86 ausgegeben. Die Datenverarbeitungsschaltung 88 bestimmt sodann einen Kurswinkel (Fahrtrichtungswinkel) des Fahrzeugs 61 auf der Basis der Richtung des resultierenden Vektors V_vxn entsprechend dem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs 61. Die Datenverarbeitungsschaltung 88 bestimmt ferner die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 61 bezüglich der Straße auf der Basis des Absolutwerts des resultierenden Vektors V_vxn. Die Daten zur Angabe des Kurswinkels und der Geschwindigkeit bezüglich der Straße wird von der Datenverarbeitungsschaltung 88 dem Fahrsteuerungssystem über den Ausgangsanschluß 95 zugeführt.

Bei dem Fahrsteuerungssystem, das die Daten zur Angabe des Kurswinkels und der Geschwindigkeit bezüglich der Straße erhält werden auf der Basis der empfangenen Daten eine Lenkungssteuerung, eine Geschwindigkeitssteuerung und dgl. durchgeführt.

Ferner werden die Fahrzeugumgebungsbedingungen (wie Nebel, Schnee, Regen und dgl.) in der nachfolgenden Weise bestimmt.

Die erste und zweite Übertragungseinrichtung 31 _i und 32 _i, die jeweils paarweise vorgesehen sind, können in Abhängigkeit von der im Übertragungssignal enthaltenen Positionsinformation identifiziert werden. Die Positionsinformation kennzeichnet eine Position (einen Ort) in einer Richtung entlang der Straße. Auf der Basis der Daten d_Li und d_Ri (i = n, n-1, . . .) einschließlich der Positionsinformation identifiziert die Datenverarbeitungsschaltung 88 aus den in der Speichereinheit 87 gespeicherten Amplitudendatenwerten Amplitudenpegel m_Li und m_Ri der empfangenen Signale entsprechend den Übertragungssignalen der ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen 31 _i und 32 _i. Jedes Paar von Amplitudenpegeln der in der Speichereinheit 87 gespeicherten Signale (Daten, die in der Vergangenheit erfaßt wurden) und ein entsprechendes Paar von Amplitudenpegeln der gegenwärtig empfangenen Signale wird sodann miteinander verglichen. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird bestimmt, ob sich der Amplitudenpegel des empfangenen Signals im Verlauf der Zeit vergrößert hat. Ferner erfolgt ein Korrekturdurchlauf zur Beseitigung eines Änderungsanteils entsprechend dem Kurswinkel auf der Basis der Geschwindigkeitsvektoren V_Ln und V_Rn von der Änderung (Vergrößerung oder Verminderung) jedes Amplitudenpegels. In Abhängigkeit von der Änderung jedes Amplitudenpegels, der nach dem Korrekturdurchlauf erhalten wird, bestimmt die Datenverarbeitungsschaltung 88 die Umgebungsbedingungen, in welchen sich das Fahrzeug befindet.

Hat sich der Amplitudenpegel vermindert, dann kann daraus geschlossen werden, daß Signale der jeweiligen Übertragungseinrichtungen durch Regen, Nebel, Schnee oder dgl. absorbiert wurden. In diesem Fall bestimmt die Datenverarbeitungsschaltung 88, daß das Wetter schlecht ist. Das Bestimmungsergebnis wird sodann von der Datenverarbeitungsschaltung 88 dem Fahrsteuerungssystem über den Ausgangsanschluß 95 zugeführt.

Bei dem Fahrsteuerungssystem kann beispielsweise auf der Basis des Bestimmungsergebnisses das Antriebssystem von einem Zweiradantrieb (2WD) zu einem Vierradantrieb (4WD) umgeschaltet werden.

Auf der Basis des Verminderungsmusters des Amplitudenpegels (des Verminderungsbetrags des Amplitudenpegels) kann die Ursache für die Verminderung dem Amplitudenpegels bestimmt werden, d. h. es kann bestimmt werden, ob Regen, Schnee oder Nebel vorhanden sind.

Im Falle der Übertragung von Ultraschallsignalen von den jeweiligen Übertragungseinrichtungen ist vorzugsweise eine Temperaturkompensation bei der Berechnung der Änderungen des Amplitudenpegels vorzusehen.

Bei dem vorstehend beschriebenen System wird eine Position des Fahrzeugs in der Breitenrichtung (der Y-Richtung) der Straße auf der Basis von Empfangszuständen von Signalen der ersten und zweiten Übertragungseinrichtungen bestimmt, die einander gegenüber mit dazwischen liegenden Fahrstreifen L1 und L2 angeordnet sind. Ferner kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich der Straße auf der Basis der aus den jeweiligen empfangenen Signalen erhaltenen Dopplerfrequenzen berechnet werden. Des weiteren können Änderungen in den Fahrzeugumgebungsbedingungen (Regen, Schnee, Nebel) auf der Basis von Veränderungen des Amplitudenpegels der empfangenen Signale im Verlauf der Zeit bestimmt werden.

Das Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem umfaßt insbesondere eine Empfangseinrichtung, die an einem Fahrzeug angeordnet ist, zum Empfangen von mittels einer ersten Übertragungseinrichtung und einer zweiten Übertragungseinrichtung übertragenen Signalen, wobei die Übertragungseinrichtungen mit dazwischen liegenden Fahrstreifen einer Straße einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die erste Übertragungseinrichtung und die zweite Übertragungseinrichtung übertragen die Signale in Richtung der Fahrstreifen in vorbestimmte Bereiche, und eine Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt eine Position des Fahrzeugs in einer Breitenrichtung der Straße auf der Basis des Zustands der mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Signale.

Claims

1. Fahrzeug Fahrpositionserfassungssystem, mit
einer in einem Fahrzeug (61) angeordneten Empfangseinrichtung (83, 84) zum Empfangen von Signalen, die von einer ersten Übertragungseinrichtung (31 _i) und einer zweiten Übertragungseinrichtung (32 _i) übertragen wurden und die mit einem dazwischen liegenden Fahrstreifen (L1, L2) einer Straße einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei die erste Übertragungseinrichtung (31 _i) und die zweite Übertragungseinrichtung (32 _i) die Signale in vorbestimmte Bereiche in Richtung des Fahrstreifens (L1, L2) übertragen, und
eine Positionserkennungseinrichtung (88) zum Erkennen einer Position des Fahrzeugs (61) in einer Breitenrichtung der Straße auf der Basis des Zustands der mittels der Empfangseinrichtung (83, 84) empfangenen Signale.

2. Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Positionserkennungseinrichtung (88) umfaßt:
eine erste Einrichtung (91) zur Erfassung eines Pegels des Signals der ersten Übertragungseinrichtung (31 _i), das mittels der Empfangseinrichtung (83, 84) empfangen wird,
einer zweiten Einrichtung (91) zur Bestimmung eines Pegels des Signals der zweiten Übertragungseinrichtung (32 _i), das mittels der Empfangseinrichtung (83, 84) empfangen wird,
eine dritte Einrichtung (87, 88) zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs (61) auf der Basis des Pegels des mittels der ersten und zweiten Einrichtung (91) erfaßten Signals.

3. Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem nach Anspruch 2, wobei die dritte Einrichtung (87, 88) eine Tabelle (87) umfaßt zur Angabe einer Beziehung zwischen einem Satz von Pegeln, der mittels der ersten und zweiten Einrichtung (91) ermittelt wird, und einer Position des Fahrzeugs (61) in der Breitenrichtung der Straße, wobei die dritte Richtung (87, 88) unter Bezugnahme auf die Tabelle (87) die Position entsprechend einem Satz von Pegeln bestimmt, der mittels der ersten und zweiten Einrichtung (91) ermittelt wird.

4. Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem nach Anspruch 1, ferner mit:
einer Dopplerkomponentenerfassungseinrichtung (92) zur Erfassung einer Dopplerfrequenzkomponenten jedes der mittels der Empfangseinrichtung (83, 84) empfangenen Signale der ersten Übertragungseinrichtung (31 _i) und der zweiten Übertragungseinrichtung (32 _i) und
einer Berechnungseinrichtung (88) zur Berechnung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (61) bezüglich der Straße auf der Basis der mittels der Dopplerkomponentenerfassungseinrichtung (92) erfaßten Dopplerfrequenzkomponente jedes Signals.

5. Fahrzeug-Fahrpositionserfassungssystem nach Anspruch 1, ferner mit:
einer Signalspeichereinrichtung (87) zum Speichern von zumindest einem der mittels der Empfangseinrichtung (83, 84) empfangenen Signale der ersten Übertragungseinrichtung (31 _i) und der zweiten Übertragungseinrichtung (32 _i), und
einer Erfassungseinrichtung (88) zur Erfassung von Änderungen in den Fahrzeugumgebungsbedingungen auf der Basis von Änderungen des in der Speichereinrichtung (87) gespeicherten Signals.