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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung gemäß Anspruch 7.
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Um der Sicherheit und dem Komfort im Straßenverkehr Rechnung zu tragen, werden gegenwärtig große Anstrengungen unternommen, damit ein Automatisierungsgrad bestimmter Fahrzeug-Steuerungsfunktionen erhöht werden kann. Dazu ist eine genaue Positionsbestimmung des Fahrzeugs unerlässlich, beispielsweise zum Aufsetzen verschiedener Funktionen im Rahmen von Car2X-Kommunikation, wobei X für Car und/oder Infrastructure steht. Eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Positionsbestimmung erlaubt es unter anderem, aus einer digitalen Karte Entfernungen zu unterschiedlichen Verkehrsinfrastrukturanlagen herauszulesen, beispielsweise einer Ampel oder einer weiteren Verkehrsleiteinrichtung, und gegebenenfalls darauf zu reagieren.
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Des Weiteren werden hohe Anforderungen an die Positionsbestimmung gestellt, wenn mehrere Fahrzeuge gemeinsam bei einer automatischen Kolonnenfahrt koordiniert werden müssen. In einem solchen Fall teilen die Fahrzeuge bei einer Car2Car-Kommunikation über Funk den anderen Fahrzeugen in ihrem Umfeld unter anderem ihre Position mit. Dadurch können sich die Fahrzeuge im Pulk automatisch „organisieren”.
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Mittels eines Satellitennavigationsempfängers für ein (GNSS) – Global Navigation Satellite System – wie beispielsweise GPS, GLONASS oder Galileo kann weltweit eine „absolute” Position eines Fahrzeugs bestimmt werden. Allerdings bedingt eine Bestimmung der Position mittels des Satellitennavigationsempfängers eine direkte Sichtverbindung zu mehreren Satelliten. Diese Sichtverbindung kann jedoch durch beliebige Objekte wie z. B. hohe Gebäude, Bäume oder Tunnel verdeckt werden. Dadurch wird eine Bestimmung der absoluten Position des Fahrzeugs verfälscht oder sogar unmöglich.
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Bei Car2Car-Kommunikation können die Fahrzeuge einander deren absolute Position über Funk mitteilen. Ein Abgleich mittels weiterer Positions-Informationen der einzelnen Fahrzeuge untereinander erlaubt diesen eine zuverlässige Positionsbestimmung.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 045 819 A1 ist ein Verfahren für die Positionsbestimmung eines Fahrzeugs unter Verwendung verschiedener Positionsbestimmungstechnologien bekannt, bei dem die von jeder Technologie gelieferten Positionsdaten über die weiteren Technologien des selben Fahrzeugs validiert werden.
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Außerdem ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 044 391 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein Fahrzeug seine eigene absolute Position bestimmt anhand von einer absoluten Position eines sich in seinem unmittelbaren Umfeld befindenden weiteren Fahrzeugs sowie Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Richtungsparametern des Fahrzeugs.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 045 709 A1 ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem externe Positionsdaten von Infrastruktureinrichtungen oder benachbarten Fahrzeugen an ein bestimmtes Fahrzeug – dessen Position ermittelt werden soll – übermittelt werden. Die Positionsdaten dienen einer Validierung oder Näherungsberechnung der gemessenen Fahrzeugposition. Dabei können die Daten dazu verwendet werden, die Position des betreffenden Fahrzeugs zu berechnen, ohne dass hierfür ein Satellitennavigationsempfänger im Fahrzeug vorgesehen sein muss. Ein solches Verfahren ist auch unter dem Begriff Koppelnavigation bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung eines Fahrzeugs bereitzustellen bzw. weiterzubilden, welches die Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung erhöht.
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Dazu wird ein Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung eines ersten Fahrzeugs vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:
- a) das erste Fahrzeug ermittelt eine erste relative Position des ersten Fahrzeugs in Bezug auf zumindest einen ersten weiteren Verkehrsteilnehmer;
- b) der zumindest eine erste weitere Verkehrsteilnehmer stellt seine absolute Position an das erste Fahrzeug bereit;
- c) das erste Fahrzeug bestimmt seine absolute Position zumindest aus der ersten relativen Position und der absoluten Position des zumindest einen ersten weiteren Verkehrsteilnehmers; gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
- d) der zumindest eine erste weitere Verkehrsteilnehmer ermittelt eine zweite relative Position des Verkehrsteilnehmers in Bezug auf das erste Fahrzeug und stellt diese an das erste Fahrzeug bereit; und
- e) das erste Fahrzeug ermittelt seine absolute Position zumindest in Abhängigkeit der in Schritt a) ermittelten ersten relativen Position, der in Schritt d) bereitgestellten zweiten relativen Position und der in Schritt b) bereitgestellten absoluten Position.
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Dabei wird besonders zweckmäßig eine eindeutig assoziierbare relative Position zumindest eines Verkehrsteilnehmers im Erfassungsbereich eines ersten Fahrzeugs genutzt, um die absolute Position des Fahrzeugs zu bestimmen. Wenn aus Sicht des Fahrzeugs als das Bezugsfahrzeug gesprochen wird, dann wird das Bezugsfahrzeug im Fachjargon auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet.
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Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei den weiteren Verkehrsteilnehmern um weitere Fahrzeuge oder Verkehrsinfrastrukturanlagen wie beispielsweise Ampeln, Verkehrsleitsysteme und dergleichen. Zur Validierung der relativen Position des Ego-Fahrzeugs in Bezug auf den Verkehrsteilnehmer wird zusätzlich die relative Position zumindest eines weiteren Verkehrsteilnehmers in Bezug auf das Ego-Fahrzeug bestimmt und diesem zur Verfügung gestellt. Demnach wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung erhöht. Eine eventuelle Abweichung der relativen Positionsbestimmung kann durch eine erneute Messung überprüft werden und/oder über die Positionsbestimmung eines weiteren Verkehrsteilnehmers überprüft und korrigiert werden.
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Besonders genau lässt sich die relative und/oder die absolute Position des Ego-Fahrzeugs gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durchführen, die folgende weitere Schritte umfasst:
- f) das erste Fahrzeug ermittelt eine dritte relative Position des ersten Fahrzeugs in Bezug auf zumindest einen zweiten weiteren Verkehrsteilnehmer;
- g) der zumindest eine zweite weitere Verkehrsteilnehmer stellt seine absolute Position an das erste Fahrzeug bereit;
- h) das erste Fahrzeug bestimmt seine absolute Position zumindest aus der dritten relativen Position und der absoluten Position des zumindest einen zweiten weiteren Verkehrsteilnehmers;
- i) der zumindest eine zweite weitere Verkehrsteilnehmer ermittelt eine vierte relative Position des Verkehrsteilnehmers in Bezug auf das erste Fahrzeug und stellt diese an das erste Fahrzeug bereit; und
- j) das erste Fahrzeug ermittelt seine absolute Position zumindest in Abhängigkeit der in Schritt f) ermittelten dritten relativen Position, der in Schritt i) bereitgestellten vierten relativen Position und der in Schritt g) bereitgestellten absoluten Position.
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Dadurch lässt sich eine erste ermittelte absolute Position des Ego-Fahrzeugs mittels einer zweiten ermittelten absoluten Position des Ego-Fahrzeugs verifizieren und gegebenenfalls validieren.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren kann die absolute Position eines Fahrzeugs auch indirekt ermittelt werden, wobei das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst:
- k) ein zweites Fahrzeug ermittelt eine fünfte relative Position des zweiten Fahrzeugs in Bezug auf das erste Fahrzeug;
- l) das erste Fahrzeug stellt seine absolute Position an das zweite Fahrzeug bereit;
- m) das zweite Fahrzeug bestimmt seine absolute Position zumindest aus der fünften relativen Position und der absoluten Position des ersten Fahrzeugs;
- n) das erste Fahrzeug ermittelt eine sechste relative Position des Verkehrsteilnehmers in Bezug auf das zweite Fahrzeug und stellt diese an das zweite Fahrzeug bereit; und
- o) das zweite Fahrzeug ermittelt seine absolute Position zumindest in Abhängigkeit der in Schritt k) ermittelten fünften relativen Position, der in Schritt
- n) bereitgestellten sechsten relativen Position und der in Schritt l) bereitgestellten absoluten Position.
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Dadurch ist es auch möglich die absolute Position eines Fahrzeugs oder Verkehrsteilnehmers über mehrere Fahrzeuge oder Verkehrsteilnehmer hinweg zu bestimmen. Solche Fahrzeuge, die nicht im unmittelbaren Umfeld eines „Bezugsfahrzeugs” stehen, d. h. nicht im Bereich seiner Umfeldsensoren, können demnach anhand relativer Positionsdaten von/zu weiteren Fahrzeugen indirekt ihre absolute Position bestimmen und anhand der Positionsdaten mehrerer Fahrzeuge diese auch validieren.
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Zweckmäßiger Weise sollte die absolute Position des zumindest einen weiteren Verkehrsteilnehmers mittels Satellitennavigation bestimmt werden. Jede weitere zuverlässig bestimmte absolute Position eines im Pulk/Verband Teil nehmenden Fahrzeugs erhöht die Zuverlässigkeit der gegenseitigen relativen und absoluten Positionsbestimmung der einzelnen Fahrzeuge.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich die absolute Position des zumindest einen weiteren Verkehrsteilnehmers von einer ortsfesten Verkehrsinfrastrukturanlage ableiten. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn Verkehrsinfrastrukturanlagen in solchen Bereichen angeordnet sind, die eine Bestimmung der absoluten Position eines Fahrzeugs mittels eines Satellitennavigationssystems nicht ermöglichen.
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Um die Positionsbestimmung zu verbessern stellt zumindest ein Fahrzeug Daten seiner absoluten und/oder relativen Position an zumindest einen weiteren Verkehrsteilnehmer bereit. Je mehr Verkehrsteilnehmer ihre Daten – der absoluten und/oder der relativen Position – anderen Verkehrsteilnehmern zur Verfügung stellen, desto genauer und zuverlässiger lassen sich die relativen und/oder absoluten Positionen der einzelnen Fahrzeuge und Verkehrsteilnehmer bestimmen.
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Zweckmäßiger Weise sind Verkehrsteilnehmer mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs oder weiteren Verkehrsteilnehmers ausgerüstet die umfasst:
eine Positionsbestimmungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist eine relative Position bezüglich zumindest eines Verkehrsteilnehmers zu bestimmen;
eine Kommunikationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Daten einer relativen und/oder absoluten Position eines weiteren Verkehrsteilnehmers zu empfangen; und
eine Steuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist aus Daten zumindest einer ersten relativen Position und zumindest einer absoluten Position und/oder zumindest einer weiteren relativen Position seine eigene absolute Position zu bestimmen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Positionsbestimmungseinrichtung zum Ermitteln einer absoluten Position des Fahrzeugs einen Satellitennavigationsempfänger. Dadurch kann die absolute Position eines Fahrzeugs schnell und zuverlässig bestimmt werden und anderen Verkehrsteilnehmern im Umfeld des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.
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Damit die weiteren Verkehrsteilnehmer ihre absolute und/oder relative Position von einem Verkehrsteilnehmer ableiten können, der ihnen seine absoluten Positionsdaten zur Verfügung stellt, umfasst die Positionsbestimmungseinrichtung zum Ermitteln einer Position des Fahrzeugs relativ zu zumindest einen weiteren Verkehrsteilnehmer zumindest einen Umfeldsensor.
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Um unterschiedlichen Witterungs- und Lichtverhältnissen Rechnung tragen zu können ist zumindest einer der Umfeldsensoren ein Schallsensor, Lidar-Sensor, eine Kamera oder ein Radar.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 anhand einer schemenhaften Darstellung die Bestimmung der absoluten Position eines Fahrzeugs gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung;
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2 anhand einer schemenhaften Darstellung die Bestimmung der Position eines weiteren Fahrzeugs gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung;
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1 zeigt anhand einer stark vereinfachten Skizze ein Prinzip zur Bestimmung einer absoluten Position eines ersten Fahrzeugs F1 – einem „Ego-Fahrzeug”.
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Heutzutage verfügt fast jedes Fahrzeug neueren Herstellungsdatums über einen eigenen Satellitennavigationsempfänger. Darüber hinaus stehen viele Fahrzeuge untereinander über ein Netzwerk in Verbindung. Des Weiteren können Kommunikationsknoten eines solchen Netzwerks auch infrastrukturelle Anlagen, wie beispielsweise Ampeln, Verkehrsleitsysteme usw. sein. Eine solche Verbindung von unterschiedlichen Kommunikationspartnern wird als Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation bzw. Car2Car und Fahrzeug-zu-Basisstation-Kommunikation bzw. Car2-Infrastructure bezeichnet.
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Damit können Verkehrsteilnehmer, hier beispielsweise Fahrzeuge F1, F2 ..., FN, welche über eine solche Kommunikationseinrichtung verfügen, miteinander kommunizieren bzw. positionsrelevante Daten austauschen – vgl. zusätzlich 2.
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Außerdem verfügen moderne Fahrzeuge F1, F2 ..., FN über Umfeldsensoren, mittels derer sie andere Verkehrsteilnehmer, d. h., Fahrzeuge F1, F2, ... FN bzw. Verkehrsanlagen erkennen und orten können.
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Ein solches Fahrzeug F1, welches über eine Positionsbestimmungseinrichtung und eine Kommunikationseinrichtung – nicht gezeigt – verfügt, kann mit weiteren solchen Fahrzeugen F2, ... FN u. a. Positionsdaten austauschen.
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Vereinfachend wird zum besseren Verständnis des Prinzips lediglich ein erstes Fahrzeug F1 – EGO-Fahrzeug – dargestellt, das mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer, hier einem Fahrzeug F2, über eine Kommunikationseinrichtung – nicht gezeigt – relative Positionsdaten r12, r21 und absolute Positionsdaten a2 austauschen kann. Im vorliegenden Ausnahmefall ist lediglich das Fahrzeug F2 in der Lage, seine eigene absolute Position bestimmen zu können, die es über einen Satellitennavigationsempfänger von einem Satelliten S empfängt. Das Fahrzeug F1 ist im vorliegenden Beispiel nicht in der Lage, auf direktem Weg – mittels eines eigenen Satellitennavigationsempfängers – seine eigene Position zu bestimmen. Im diesem Fall ist eine Sichtverbindung des Fahrzeugs F1 zu einem Navigationssatelliten S durch beliebige Objekte wie z. B. hohe Gebäude, Bäume oder Tunnel verdeckt.
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Feste absolute Positionsdaten können nicht nur solche mittels des Satellitennavigationsempfängers vom Satelliten S empfangene sein. Weitere absolute Positionen können beispielsweise auch von fest installierten Verkehrsinfrastrukturanlagen wie Brückenauffahrten, Tunneleinfahrten oder Unterfahrten sowie Verkehrsleitsystemen stammen. Diese absoluten Positionen aX werden dann von einem Fahrzeug F1, F2, ... FN dazu verwendet, seine absolute Position a1, a2, ... aN eines Fahrzeugs F1, F2, ... FN anhand von wechselseitig bestimmten relativen Positionsdaten zu den Verkehrsinfrastrukturanlagen zu bestimmen – nicht gezeigt.
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In der vorliegenden Ausführungsform tritt das Fahrzeug F1 mit einem sich in seinem näheren Umfeld befindenden Fahrzeug F2 über die Kommunikationseinrichtungen in Verbindung und empfängt – Push – oder fragt – Pull – die Daten der absoluten Position des Fahrzeugs F2 ab. Mittels Umfeldsensoren der Positionsbestimmungseinrichtung des Fahrzeugs F1 kann dieses eine relative Position r12 zu dem zweiten Fahrzeug F2 bestimmen. Dabei können die Umfeldsensoren Infrarotsensoren, Schallsensoren und/oder ein Radar sein, der eine Entfernung, Geschwindigkeit, usw. des Fahrzeugs F2 ermitteln kann.
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Um eine fehlerhafte Messung der Umfeldsensoren auszuschließen, empfängt oder fragt das Fahrzeug F1 zusätzlich die von dem Fahrzeug F2 ermittelten Daten einer relativen Position r21 des Fahrzeugs F2 in Bezug auf das Fahrzeug F1 ab. Durch die gegenseitige relative Positionsbestimmung r12, r21 der beiden Fahrzeuge zueinander kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der relativen Positionsbestimmung r12, r21 und damit auch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der absoluten Positionsbestimmung a1 des Fahrzeugs F1 gewährleistet werden. Die absolute Positionsbestimmung a1 des Fahrzeugs F1 erfolgt anhand einer Transformation der absoluten Position a2 des Fahrzeugs F2 mittels der Ergebnisse der beiden relativen Positionsbestimmungen r12, r21 der beiden Fahrzeuge F1, F2. Somit erfolgt die Positionsbestimmung von a1 in Funktion a1(a2), d. h., a1 in Abhängigkeit von a2 sowie der relativen Positionen r12, r21.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließen sich mehrere Fahrzeuge F1, F2, ... FN zu einer Kolonne oder einem Pulk zusammen. Zur Erreichung eines höheren Automatisierungsgrades findet eine gemeinsame Optimierung der Positionsbestimmung über mehrere oder alle diese Fahrzeuge F1, F2, ... FN hinweg statt, wobei die einzelne Positionsgenauigkeit der Fahrzeuge F1, F2, ... FN noch einmal gesteigert werden kann. Dadurch, dass sich mehrere Fahrzeuge F1, F2, ... FN über einen längeren Zeitraum hinweg gegenseitig „beobachten” bzw. ihre Positionsdaten untereinander austauschen, können auch kurzzeitige Positionsverfälschungen oder Aussetzer einzelner Fahrzeuge F1, F2, ... FN – beispielsweise durch einen Baum oder eine Tunneleinfahrt verschuldet – im Verband bzw. in einer Kolonne erkannt und korrigiert werden.
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Des Weiteren wäre es auch z. B. möglich, dass bei einer Einfahrt in ein Parkhaus die Fahrzeuge F1, F2, ... FN, die noch außerhalb des Parkhauses stehen und einen Satellitenempfang haben, die absolute Positionsbestimmung a1, a2, ... aN eines der Fahrzeuge F1, F2, ... FN verbessern, das gerade hineingefahren ist und keinen Satellitenempfang mehr hat.
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In 2 wird eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei wird eine absolute Positionsbestimmung eines weiteren Fahrzeugs FN gezeigt. Das Fahrzeug FN steht über seine Kommunikationseinrichtung mit der Kommunikationseinrichtung des Fahrzeugs F1 in Verbindung. In diesem Fallbeispiel ist eine direkte Kommunikationsverbindung des Fahrzeugs FN zu dem Fahrzeug F2 zur Bestimmung der absoluten Position aN des Fahrzeugs FN mittels einer relativen Positionsbestimmung r2N, rN2 zwischen den Fahrzeugen F2 und FN unmöglich. Die Daten der absoluten Position a2 des Fahrzeugs F2 können somit nicht übertragen werden. In diesem Fall ist es möglich, die absolute Position aN des Fahrzeugs FN indirekt dadurch zu bestimmen, dass das Fahrzeug FN unter Berücksichtigung der relativen Positionen r12, r21 bzw. r1N, rN1 der Fahrzeuge F1 und F2 bzw. F1 und FN zueinander, mittels der absoluten Position a2 des Fahrzeugs F2 bestimmt werden kann. Im vorliegenden Fall wird besonders deutlich, wie wichtig eine hohe Genauigkeit der relativen Positions-Messungen zur zuverlässigen gegenseitigen Bestimmung der relativen Positionen r12, r21 bzw. r1N, rN1 der einzelnen Fahrzeuge F1, F2, ... FN zueinander und daraus anschließend der absoluten Positionen a1 bzw. aN ist.
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In einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ermitteln die Fahrzeuge F1, F2, ... FN ihre absoluten Positionen a1, a2, ... aN indem sie eine absolute Position einer ortsfesten Verkehrsinfrastrukturanlage erhalten und ihre relativen Positionen zur ortsfesten Verkehrsinfrastrukturanlage und vice-versa bestimmen.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befinden sich mehrere Fahrzeuge F1, F2, ... FN miteinander im Datenaustausch. Dadurch können besonders zweckdienlich sowohl die einzelnen absoluten Positionen a1, a2, ... aN der Fahrzeuge F1, F2, ... FN zueinander bestimmt werden als auch deren relative Positionen zueinander. Demzufolge werden Kollisionen beim Fahren innerhalb eines Fahrzeugverbands vermieden. Demnach kann jedes oder fast jedes einzelne Fahrzeug F1, F2, ... FN des Verbandes nicht nur seine eigene absolute Position a1, a2, ... aN optimieren, sondern zusätzlich eine optimale relative Positionsberechnung r12, r21, ..., r1N, rN1, r2N, rN2, für jedes Fahrzeug F1, F2, ... FN des Verbandes durchführen und dadurch dessen Position validieren. Im Falle von Unstimmigkeiten können Warnungsmeldungen ausgegeben werden, die zu einer Herabsetzung des Automatisierungsgrades einer Fahrzeugsteuerung einzelner oder aller Fahrzeuge F1, F2, ... FN beim Fahren im Verband bzw. Pulk ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045819 A1 [0006]
- DE 102008044391 A1 [0007]
- DE 102009045709 A1 [0008]
