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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregulierung von sich bewegenden
Fahrzeugen, vorzugsweise von Fahrzeugen, die mit einem satellitengestützten Positionssystem
ausgestattet sind.
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Ferner betrifft die Erfindung ein
Erkennungsverfahren, angewendet auf eine auf einer Anzeigeeinheit
dargestellten grafisch illustrierten Verlaufskarte, so dass eine
vorgeschriebene Geschwindigkeit anhand eines Codes ermittelt werden
kann. Der aktuelle Bereich innerhalb der Verlaufskarte wird dabei durch
eine Positionsangabe des Fahrzeugs ausgewählt, die jeweils mit der aktuellen
Position des Fahrzeugs korreliert.
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Die Deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 51 213 A1 beschreibt
eine Anordnung zur Geschwindigkeitskontrolle von Fahrzeugen mittels
einer am Fahrzeug angebrachten Empfangseinrichtung von eine Sollgeschwindigkeit
vorgebenden Signalen. Des Weiteren verfügt die Empfangseinrichtung über ein Steuergerät, welches
in Abhängigkeit
von der Sollgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs regelt.
Die Übermittlung
der Signale ist hierbei positionsabhängig, also auch eine Funktion
des jeweiligen Fahrstreckenabschnittes. Es wird überdies die Lokalisation des
die Sollgeschwindigkeit vorgebenden Senders innerhalb des Streckenabschnittes,
z.B. an Verkehrszeichen oder Leiteinrichtungen, beschrieben, wobei
die Sendeeinrichtung auch Bestandteil eines satellitengestützten Systems
sein kann.
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Die europäische Patentschrift
EP 0 811 757 B1 offenbart
eine Vorrichtung zur Steuerung einer von einer Brennkraftmaschine
angetriebenen Hilfseinrichtung. Die Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgt
auf Basis von gesammelten Fahrumgebungsinformationen und einer aktuellen
Fahrlast und bestimmt somit eine momentane Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine.
Ferner verweist
EP
0 811 757 B1 auf die Inanspruchnahme eines Navigationssystems
zur Bestimmung der Fahrumgebungsinformation.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 38 691 A1 beschreibt
ein Verfahren zur verkehrsgeführten
Beeinflussung und/oder Unterstützung
von Kraftfahrzeugen, unter anderem anhand der Erkennung von allgemeinen,
geschwindigkeitsreduzierten Stadtverkehrssituationen. Die Relativgeschwindigkeiten sämtlicher,
das Kraftfahrzeug umgebenden Objekte werden dabei erfasst und ausgewertet.
Diese Relativdaten werden fortfolgend mit der aktuellen Stadtverkehrssituation
verglichen, so dass die daraus resultierenden Daten zur Beschleunigung
oder Verzögerung
des Kraftfahrzeuges benutzt werden. Die Stadtverkehrssituation kann
auch anhand eines Navigationssystems bestimmt werden.
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Aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 31 161 A1 ist
ein Verfahren und eine Einrichtung zum abstandssensitiven, geschwindigkeitsgeregelten
Fahrbetrieb bei Kraftfahrzeugen bekannt.
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Die Deutsche Offenlegungsschrift
DE 100 04 525 A1 offenbart
ein Verfahren zur Geschwindigkeits- und Abstandsregelung eines Kraftfahrzeuges.
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Der bisherige Stand der Technik zum
Thema Geschwindigkeitsreduzierung von Fahrzeugen beschreibt Verfahren,
die auf die Vorgabe eines externen Signals zur Bestimmung eines
Geschwindigkeitssollwerts angewiesen sind. Diese Verfahren sind störanfällig, da
sie auf die Präsenz
der externen Signale angewiesen sind und letztere aus verschiedenerlei
Gründen
ausbleiben können.
Ein spontanes Ausbleiben eines Signals kann unter Umständen zu Fehlfunktionen
führen.
Zudem ist in der Regel ein erheblicher Rechenaufwand notwendig,
um aus den empfangenen Signalen den Geschwindigkeitssollwert zu
decodieren, was mitunter zu einer unerwünschten Zeitabhängigkeit
des Verfahrens führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
gattungsgemäßes Verfahren
so weiter zu entwickeln, dass eine zeitoptimierte Bestimmung von
vorbestimmten Geschwindigkeitssollwerten in sich bewegenden Fahrzeugen
resultiert, wobei in Abhängigkeit
vom Geschwindigkeitssollwert mittels eines berechneten Vorgabewertes
reduzierend auf eine momentane Geschwindigkeit des Fahrzeuges eingewirkt
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst,
dass ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregulierung von sich bewegenden
Fahrzeugen so durchgeführt
wird, dass eine an Bord des sich bewegenden Fahrzeuges befindliche,
lokal gespeicherte, elektronische Straßenverlaufskarte auf einer
Anzeigeeinheit 30 grafisch dargestellt wird. Auf Basis dieser
grafischen Repräsentation
der Straßenverläufe der
Umgebung wird unter Berücksichtigung
einer Information über
die aktuelle Position des Fahrzeuges mittels eines an Bord des Fahrzeuges
ausgeführten
Auswerteverfahrens eine zulässige
Sollgeschwindigkeit, in Abhängigkeit
von der momentanen Position des Fahrzeuges, bestimmt.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt
in der lokalen, an Bord des Fahrzeuges, vorgenommenen Bestimmung
der Sollgeschwindigkeit. Hierdurch kommt es zu keinerlei Verzögerungen,
die beispielsweise durch einen unterbrochenen Datenaustausch zwischen
einem externen Signalgeber und einem am Fahrzeug installierten Empfänger hervorgerufen
werden könnten.
Sämtliche
geschwindigkeitsrelevanten Verfahrensschritte werden an Bord des
Fahrzeuges vorgenommen, so dass Zeitverzögerungen infolge von unerwünschten
Totzeiten unterbleiben. Hierdurch ist es möglich, eine überaus zeiteffiziente
Datenauswertung vorzunehmen.
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Vorzugsgemäß handelt es sich bei den bewegten
Fahrzeugen um Kraftfahrzeuge, allerdings sind auch beliebige andere,
entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgerüstete,
sich fortbewegende Mittel denkbar. Solch ein fortbewegendes Mittel
kann beispielsweise eine Robotereinheit sein, die sich entlang einer
Produktionsstraße
fortbewegt.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung und der Zeichnung sowie den Unteransprüchen entnehmbar.
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Die Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine erste bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nimmt auf einer Anzeigeeinheit 30 eine grafische Repräsentation
der lokalen elektronischen Straßenverlaufskarte
vor und überlagert
dieser Straßenverlaufskarte
eine aktuelle Positionsangabe des Fahrzeugs, wobei die Straßenverlaufskarte
entsprechend vorgeschriebener Geschwindigkeitszonen grafisch unterteilt
ist, so dass anhand eines Erkennungsverfahrens die Bestimmung der
aktuellen positionsabhängigen
Sollgeschwindigkeit aufgrund eines Codes vorgenommen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform
wird die Straßenverlaufskarte
entsprechend vorgeschriebener Geschwindigkeitszonen farblich unterteilt,
so dass anhand eines Farberkennungsverfahrens die Bestimmung einer
aktuellen positionsabhängigen Sollgeschwindigkeit
aufgrund eines Farbcodes vorgenommen wird.
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Ein typisches Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Farberkennungsverfahrens
ist nachfolgend dargestellt. Ferner ist neben dem nachfolgend erläuterten
Maschinencode auch jeder andere Code anwendbar:
Software =
VB 6 Picture Box
Auf Basis einer Koordinatenbezeichnung, x,y,(z), wird
per Kollisionsabfrage der Code der Farbe ermittelt (Rechenzeit ist
kurz, da beispielsweise nur 200 Farben verwendet werden können).
Beispiel
= if picturebox x.y = #ff0000 then 30 (km/h)
Basische Umsetzung:
dim
x
dim y
dim f arbe
x = width from EMEA_COM1
y
= height from EMEA_COM1
(z = depth from EMEA_COM1) (wegen GPS
vorhanden)
GET color x,y_picturebox
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Ferner sieht eine weitere Ausführungsfrom vor,
die Straßenverlaufskarte
entsprechend vorgeschriebener Geschwindigkeitszonen in Form von Grauwerten
zu unterteilen, so dass anhand eines Grauwerterkennungsverfahrens
die Bestimmung einer aktuellen positionsabhängigen Sollgeschwindigkeit
aufgrund eines Grauwertcodes vorgenommen wird.
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Bevor die Sollgeschwindigkeitsbestimmung anhand
des Erkennungsverfahrens erfolgt, wird zunächst die aktuelle Position
des sich bewegenden Fahrzeuges bestimmt.
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Als besonders geeignete Mittel zur
Bestimmung der Position 40 haben sich satellitengestützte Systeme
erwiesen. Vorzugsgemäß wird innerhalb des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ein so genanntes „Global
Positioning System (GPS)" verwendet.
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Es ist ein Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens
in jedem Fahrzeug anwendbar zu sein, insofern das Fahrzeug über ein
Mittel zur Bestimmung der Position 40 des Fahrzeuges verfügt, beziehungsweise
insofern ein solches Mittel nachträglich am Fahrzeug installiert
werden kann.
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Die mittels des Positionsbestimmungsverfahrens
errechneten Daten werden in Form eines Symbols permanent der auf
der Anzeigeeinheit 30 dargestellten Straßenverlaufskarte
grafisch überlagert,
so dass auf der Anzeigeinheit die Position des Fahrzeugs jederzeit
relativ zum Straßenverlauf
ersichtlich ist. Anhand dieser dergestalt ausgeführten Positionsrepräsentation übernimmt
das Erkennungsverfahren die Bestimmung eines zur jeweiligen Position
zugehörigen
Hintergrundes der Straßenverlaufskarte.
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Die grafische Darstellung der Sollgeschwindigkeitszonen
auf der Straßenverlaufskarte
erfolgt in der Regel sprunghaft, das heißt, es gibt keine graduellen Übergänge von
einer Geschwindigkeitszone in eine darauf anschließende Geschwindigkeitszone. Das
Erkennungsverfahren wird primär
so ausgelegt, dass es diesem sprunghaften Übergang von einer Geschwindigkeitszone
in die nächste
Rechnung trägt.
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Falls erforderlich, ist es zudem
möglich,
auch beliebige andere Formen von Übergängen zwischen Geschwindigkeitszonen
mit in das erfindungsgemäße Auswerteverfahren
einzubeziehen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die durch eine Geschwindigkeitszone festgelegte Sollgeschwindigkeit
den aktuellen, eventuell noch nicht in der Verlaufskarte eingetragenen,
Geschwindigkeitsanforderungen der näheren Umgebung des Fahrzeugs
angepasst. Hierzu wird mindestens eine aktuelle Information aus
der näheren
Umgebung des Fahrzeugs herangezogen. Typische Ursachen für eine temporäre und regional
eingeschränkte Änderung
einer Geschwindigkeitszone sind beispielsweise Verkehrsbehinderungen,
Baustellen, Unfallstellen oder Ähnliches.
Zur Gewinnung von aktuellen Informationen aus der näheren Umgebung
des Fahrzeugs ist es beispielsweise möglich, ein Videoverfahren kombiniert
mit einem Verfahren zur Mustererkennung von Verkehrsschildern einzusetzen.
Aufgrund der Ergebnisse der Mustererkennung lässt sich eindeutig die aktuelle
Verkehrssituation ermitteln, so dass der auf der Straßenverlaufskarte
beruhende Sollgeschwindigkeitswert jederzeit an die aktuelle Verkehrssituation
angepasst wird.
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Eine weitere besonders vorteilhafte
Ausführungsform
erlaubt eine externe kabellose Datenzufuhr zur Aktualisierung der
lokal gespeicherten Straßenverlaufskarte.
Eine erfindungsgemäße Variante des
Verfahrens greift auf einen aktualisierten Datenbestand zu, wobei
der Datentransfer zur Aktualisierung der Daten zwischen dem bewegten
Fahrzeug und einem externen Sender vorzugsweise an besonders frequentierten
Bereichen entlang von Straßenverläufen vorgenommen
wird. Das Kriterium zur einmaligen Bestimmung eines besonders geeigneten frequentierten
Bereiches richtet sich vorzugsweise danach, dass innerhalb des Übertragungsbereiches keine Übergänge von
Geschwindigkeitsgrenzen liegen, was etwaige Missinterpretationen
der tatsächlichen
Sollgeschwindigkeit während
der Datenübertragung
vermeidet.
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Die Datenübertragung findet vorzugsweise auf
der Basis von elektromagnetischen Wellen statt, wobei das Verfahren
prinzipiell nicht auf den Einsatz von elektromagnetischen Wellen
zur Datenübertragung
beschränkt
ist. Im Falle von Kraftfahrzeugen erweisen für den Datentransfer Bereiche
vor einem Ortseingang oder Autobahnauffahrten als besonders günstig. Es
ist ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass der Datentransfer
zur Aktualisierung nicht in regelmäßigen Abständen während der gesamten Fahrtzeit
des Fahrzeuges vorgenommen wird, sondern nur während eines kurzen Zeitbereichs entlang
einiger weniger ausgewählter
Sendepunkte erfolgt.
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Hierdurch ist es möglich, auch
erst kürzlich geänderte Sollgeschwindigkeitszonen,
die sich beispielsweise durch geänderte
Straßenverläufe ergeben,
in die Bestimmung der aktuellen positionsabhängigen Sollgeschwindigkeit
einzubeziehen.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
verfügt über ein
Mittel zum Datenaustausch mit einem Computernetzwerk.
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Der Begriff „Computer" ist dabei in keiner Weise einschränkend zu
verstehen. Es kann sich hierbei um eine beliebige, zur Durchführung von
Berechnungen geeignete Einheit handeln, beispielsweise eine Workstation,
einen Personalcomputer, einen Mikrocomputer oder eine zur Durchführung von
Berechnungen und/oder Vergleichen geeignete Schaltung.
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Das Computernetzwerk ist als ein
offenes Massennetzwerk von „Gateway"-Rechnern zu verstehen,
die strukturell durch ein einheitliches Internet-Protokoll-Adressenschema
sowie physisch über Datenleitungen
verbunden sind. Ein besonders vorteilhaftes Computernetzwerk ist
das Internet.
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Die Anbindung an das Computernetzwerk kann
mittels eines weiteren Netzwerks, beispielsweise ein „Local
Area Network (LAN)",
erfolgen, wobei vorzugsweise unter einem LAN ein Datenübertragungsnetzwerk
zu verstehen ist, das räumlich
begrenzt den Informationsaustausch über einen Datenserver ermöglicht.
Ein typisches LAN ist das „Ethernet", das auf dem Bus-Prinzip
arbeitet.
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Hierdurch wird es ermöglicht,
regelmäßige Aktualisierungen
der Straßenverlaufskarte
abzufragen und diese Aktualisierungen mit in das lokale System an
Bord des sich bewegenden Fahrzeuges einzubeziehen. Dies hat zur
Folge, dass auch größere Datenbestände schnell
und problemlos auf das System übertragen
werden können.
Größere Datenbestände sind
beispielsweise dann erforderlich, wenn größere Distanzen ohne nochmalige
Aktualisierung zurückgelegt werden
müssen,
bzw. nur temporäre Aktualisierungen
mittels des oben beschriebenen drahtlosen Datentransferverfahrens
erfolgen sollen.
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Nachdem der der aktuellen Position
zugehörige
Hintergrund der auf der Anzeigeeinheit 30 dargestellten
Verlaufskarte durch das Erkennungsverfahren ermittelt wurde, findet
durch eine zuvor definierte Umrechnungstabelle („look-up table") die Bestimmung
der Sollgeschwindigkeit statt. Hierbei wird der ermittelte Hintergrund
ein numerischer Wert zugewiesen, der innerhalb von weiteren Verfahrensschritten
Anwendung findet. Dieser infolgedessen errechnete numerische Wert
repräsentiert
die Sollgeschwindigkeit des Geschwindigkeitsbereiches, innerhalb
dessen sich das Fahrzeug gerade befindet. Anhand dieses numerischen
Wertes wird jeweils eine geeignete Signalart generiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es allein
anhand der Bestimmung der Position und dem Prinzip der Farberkennung,
selbst unter Wegfall aller weiteren externen Datentransfers, die
Bestimmung der Sollgeschwindigkeit vorzunehmen.
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Die ermittelte Sollgeschwindigkeit
kann wahlweise einem Fahrer des Fahrzeugs mitgeteilt werden. Vorzugsweise
wird die Sollgeschwindigkeit auf der Anzeigeeinheit 30 zur
Darstellung der Straßenverläufe oder über eine
weitere Anzeige am Fahrzeug dargestellt. Ferner ist auch eine akustische
Mitteilung über
den Sollgeschwindigkeitswert an den Fahrer vorgesehen.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, die
mittels des Erkennungsverfahrens bestimmten Geschwindigkeitssollwerte
in Relation zu einer momentanen Geschwindigkeit oder auch Istgeschwindigkeit
des Fahrzeuges zu setzen, um aus dem Antwortsignal dieser vergleichenden
Operation ein Steuersignal für ein
nachfolgend geschaltetes Steuerungsverfahren zu bestimmen. Das Steuerungsverfahren übernimmt dabei
die Aufgabe, auf die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges eingreifen
zu können.
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Die Möglichkeiten zur Bestimmung
der Istgeschwindigkeit sind vielfältig und unterscheiden sich durch
den technischen Aufwand, der nötig
ist, eine angestrebte Genauigkeit bei der Geschwindigkeitsangabe
zu erzielen. Eine besonders kosteneffiziente Möglichkeit entlehnt die durch
das GPS berechnete Geschwindigkeit und setzt diese Geschwindigkeit
der aktuellen Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges gleich.
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Hierdurch können die Anschaffungskosten des
Verfahrens möglichst
gering gehalten werden, da auf zusätzliche Mittel zur Bestimmung
der Istgeschwindigkeit verzichtet werden kann.
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Eine weitere besonders bevorzugte
Ausführungsform
verwendet anstelle des GPS zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit
mindestens ein weiteres, an Bord des Fahrzeugs befindliches, Mittel.
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Die durch das GPS bestimmte Istgeschwindigkeit
wird entweder mit der Istgeschwindigkeit von mindestens einem der
zusätzlichen
Mittel zur Geschwindigkeitsbestimmung abgeglichen, oder es wird
in einer weiteren Ausführungsform
ausschließlich
die durch mindestens ein zusätzliches
Mittel gemessene Istgeschwindigkeit für die anschließenden Verfahrensschritte
herangezogen.
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Der oben genannte Abgleich der durch
das GPS ermittelten Istgeschwindigkeit hat den Vorteil, eine höhere Genauigkeit
in der resultierenden Geschwindigkeitsangabe zu erzielen, da im
Falle des GPS die Genauigkeit der Geschwindigkeitsberechnung von
der räumlichen
Konstellation der Satelliten abhängt
sowie durch die Anzahl der jeweils am Prozess beteiligten Satelliten
bestimmt ist. Beide Faktoren können
durchaus variieren und somit auch die Genauigkeit.
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Es ist vorteilhaft, mindestens eine
weitere Bestimmung der Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorzunehmen,
wobei die Bestimmung an einer für
die Bewegung des Fahrzeuges relevanten Komponente des Fahrzeugs
vorzunehmen ist.
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Es hat sich in diesem Zusammenhang
als äußerst vorteilhaft
erwiesen, mehr als nur ein Rad zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit
heranzuziehen, um aufgrund von Mittelwertbildung der einzelnen Daten
eine statistisch aussagekräftigere
Größe zur Istgeschwindigkeit
zu erhalten.
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Beide Geschwindigkeitswerte, die
Ist- und die Sollgeschwindigkeit, werden durch ein Auswerteverfahren
miteinander verglichen und im Falle einer die Sollgeschwindigkeit überschreitenden
Istgeschwindigkeit erzeugt das Auswerteverfahren einen Vorgabewert
in Form eines Steuersignals für
das nachfolgend geschaltete Steuerungsverfahren. Das Steuerungsverfahren übernimmt
dabei die Aufgabe, auf die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges eingreifen
zu können,
wodurch eine Anpassung der Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges an
die ermittelte Sollgeschwindigkeit erfolgt. Ein Ausbleiben des Vorgabewertes
bedeutet, dass die momentane Istgeschwindigkeit unterhalb der Sollgeschwindigkeit
liegt und somit kein Anlass zur Geschwindigkeitsreduzierung vorliegt.
Diese Art der Geschwindigkeitsbeeinflussung hat den Vorteil, dass
immer nur dann ein Vorgabewert erzeugt und weiterverarbeitet wird, wenn
die Istgeschwindigkeit über
der erlaubten Sollgeschwindigkeit liegt. Hierdurch findet eine außerordentlich
einsatzorientierte Verwendung aller an der Geschwindigkeitsreduzierung
beteiligten technischen Komponenten statt, was den Gesamtenergieaufwand
minimiert.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Auswerteverfahren berechnet den Vorgabewert unter Berücksichtigung
der dem Motor zugeführten
Treibstoffmenge. Hierbei bestimmt mindestens ein Mittel zur Messung
der Treibstoffzufuhr 50, welches innerhalb der Treibstoffzufuhr
des Motors angebracht ist, die tatsächliche Menge an Treibstoff,
die dem Motor zugeführt
wird. Ein derartiges Vorgehen bewertet den tatsächlichen Leistungsaufwand des Motors
für eine
bestimmte Fahrsituation. Beispielsweise ist für eine bestimmte Istgeschwindigkeit
die dem Motor zugeführte
Treibstoffmenge im Falle einer Fahrt entlang einer Steigung höher, als
die Treibstoffmenge bei Fahrt auf ebener Strecke.
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Innerhalb des oben genannten Verfahrensschrittes
wird demnach die aktuelle Treibstoffmenge gemessenen, wobei die
resultierende Messgröße zur Berechnung
des Vorgabewertes herangezogen wird. Hieraus ergibt sich ein Vorgabewert
für das
Steuerungsverfahren, der eine lastabhängige Beeinflussung der Fahrzeuggeschwindigkeit
ermöglicht.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregulierung von sich bewegenden
Fahrzeugen, wobei eine an Bord des sich bewegenden Fahrzeugs befindliche elektronische,
grafisch unterteilte, Straßenverlaufskarte
intern aus einem Speicherbereich gelesen und auf einer Anzeigeeinheit 30 grafisch
dargestellt wird, so dass eine Auswerute- und Regelungseinheit 70 eine
Bestimmung von Sollgeschwindigkeiten anhand der grafisch unterteilten
Straßenverlaufskarte
vornimmt, wobei die Bestimmung der Sollgeschwindigkeit auf Basis
einer Erkennungsvorrichtung und einer auf der Anzeigeeinheit 30 dargestellten,
und der Straßenverlaufskarte überlagerten,
Positionsangabe des Fahrzeugs erfolgt. Die Auswerte- und Regelungseinheit 70 übernimmt
hierbei die Bestimmung einer Sollgeschwindigkeit abhängig vom
ermittelten Hintergrund der Straßenverlaufskarte entsprechend
eines vorbestimmten Codes. Ferner verfügt die Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregulierung
von sich bewegenden Fahrzeugen über
mindestens ein Mittel zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit des
Fahrzeugs sowie über
mindestens ein weiteres Mittel zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs 40.
Zudem befindet sich eine Steuerungseinheit zur Beeinflussung der
Istgeschwindigkeit 60 an Bord des Fahrzeuges, welches auf
einen Vorgabewert der Auswerte- und Regelungseinheit 70 reagiert,
wobei sich der Vorgabewert mindestens aus einer vergleichenden Operation
heraus ergibt, wobei die ermittelte Istgeschwindigkeit und die ermittelte
Sollgeschwindigkeit als Operatoren dienen.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die konzeptionelle Optimierung des technischen Aufbaus, was
zu einer äußerst wirkungsvoll
arbeitenden technischen Vorrichtung führt. Hierdurch ist nur eine
geringe Anzahl an Untereinheiten zur Realisierung des Gesamtkonzepts
erforderlich.
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Ferner ist der technische Aufwand
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
geringer im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, da beispielsweise kein
weiterer Empfänger
zur Detektion der die Sollgeschwindigkeit vorgebenden Signale an
Bord des Fahrzeuges vorhanden sein muss. Diese Reduzierung der technischen
Komplexität
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hat demnach eine Abnahme des Wartungsaufwandes und nicht zuletzt
eine Verringerung der Anschaffungskosten zur Folge.
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Es ist ein Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung
je nach baulicher Ausführungsart
unterschiedlichste Anzeigeeinheiten zur Darstellung der Verlaufskarte
einzusetzen. Beispielsweise können Anzeigeeinheiten
basierend auf Kathodenstrahlröhren,
Bildverstärker-,
Bildwandlerröhren,
Lichtpunktabtaströhren,
oder Thyratrons eingesetzt werden. Darüber hinaus hat es sich als
besonders vorteilhaft erwiesen, Plasmabildschirme oder Flüssigkristall-Bildschirme
(LCD) einzusetzen, aber auch ein „Digital Micromirror Device
(DMD)" kann als
Anzeigeeinheit 30 verwendet werden.
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Durch die oben genannte Flexibilität in der Wahl
der Anzeigeeinheit 30 ist es möglich, im Bedarfsfall entweder
eine besonders kostengünstige Variante
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu entwickeln, oder durch den Einsatz der zuvor erwähnten halbleiterbasierten
Bildschirme (LCD, Plasma-) äußerst kompakte
leistungsstarke Einheiten einzusetzen, die zudem noch über eine
hohe Anzeigequalität verfügen.
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Die Straßenverlaufskarte wird anhand
mindestens eines weiteren Mittels zum Datenaustausch entweder von
einer externen Datenquelle 20 direkt in den Speicherbereich
abgelegt, oder die Straßenverlaufskarte
wird von einer internen Datenquelle 10 in den Speicher
gelesen. Als geeignete interne Datenquelle 10 eignen sich
beispielsweise CD-ROM Laufwerke oder Band-Laufwerke. In einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
wird auf den Einsatz der vorgenannten internen Datenquellen verzichtet
und stattdessen wird die Straßenverlaufskarte
vor der Verwendung der Vorrichtung von einer externen Datenquelle 20 in
den Speicher der Vorrichtung geladen. Eine typische externe Datenquelle 20 ist
ein Computernetzwerk.
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Mittel zum Datenaustausch zwischen
dem Computernetzwerk und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können wahlweise
eine oder mehrere Leitungen oder eine drahtlose Verbindung sein.
Typische Leitungen zum Datenaustausch sind Kabel basierend auf dem
RS232 oder dem RS485 Standard. Darüber hinaus können aber
auch „twisted
pair"-Kabel, Lichtwellenleiter
oder konventionelle Koaxial-Leitungen verwendet werden. Zur drahtlosen
Kommunikation zwischen dem Computernetzwerk und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bieten sich Funkverbindungen, Infrarotübertragungen oder auch laserbasierte
Vorrichtungen an. Ein besonders bevorzugtes Beispiel einer drahtlosen
Verbindung ist das so genannte „Bluetooth"-Vorrichtung.
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Nachdem die auf der Anzeigeeinheit 30 dargestellte
Straßenverlaufskarte
vorliegt, wird anhand einer Erkennungsvorrichtung die positionsabhängige Sollgeschwindigkeit
ermittelt. Hierzu muss die aktuelle Position des sich bewegenden
Fahrzeuges bekannt sein.
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Als besonders geeignete Mittel zur
Bestimmung der Position 40 haben sich satellitengestützte Systeme
erwiesen. Ein typisches sattelitengestütztes System ist das so genannte „Global
Positioning System (GPS)".
Das Ziel der GPS-gestützten Navigation ist
die sofortige Bestimmung von Position und momentaner Geschwindigkeit
eines auf der Erde befindlichen und mit einem geeigneten Empfänger ausgestatteten
Fahrzeugs. Um einen solchen Vorgang permanent zu gewährleisten,
sind mindestens vier Satelliten gleichzeitig und von jedem Punkt
der Erde aus elektronisch sichtbar. Dafür werden 21 Satelliten benötigt, die
gleichmäßig und
in gleicher Höhe,
in 12-Stunden Umlaufbahnen und 55° zur Äquatorebene
um die Erde kreisen.
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Das Ziel der Bestimmung der Position,
z.B. nach Breiten-, Längengrad
und Höhe,
wird über
einen einfachen Resektionsprozess (Satellitentriangulierung) unter
Nutzung der gemessenen Abstände
zu den Satelliten erreicht. Hierbei werden die Satelliten für einen
kurzen Augenblick als stationär
betrachtet, so dass die Ausbreitungszeiten der Signale zwischen den
Satelliten und dem Empfänger
gemessen werden. Eine Voraussetzung für die Bestimmung der Ausbreitungszeiten
ist die präzise
Zeiteinstellung der Uhr des Empfängers
auf die exakte GPS Zeit. In diesem Fall braucht man lediglich drei
Satelliten, um die drei Unbekannten Breiten-, Längengrad und Höhe zu bestimmen.
Da die GPS-Empfänger
jedoch für
gewöhnlich
mit einer einfachen Kristalluhr ausgerüstet sind und diese nur annährend auf
GPS System Zeit gestellt ist, ergeben sich geringfügige Abweichungen und
die tatsächliche
Entfernung zum Satelliten kann kürzer
oder länger
sein als gemessen. Dies wird durch die simultane Nutzung von vier
Satelliten ausgeglichen. Die vierte Unbekannte, nämlich der "Zeitfehler" wird durch den zusätzlichen
Satelliten bestimmt.
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Das GPS macht sich den Dopplereffekt
zunutze, das heißt,
dass aufgrund der relativen Bewegung der Satelliten in Bezug auf
das sich bewegende Fahrzeug, eine Änderung der Frequenz des gesendeten
Signals eintritt, wenn es vom Fahrzeug empfangen wird. Dieser messbare
Effekt verhält
sich proportional zur relativen Radialgeschwindigkeit eines sich
bewegenden Fahrzeugs. Da die Radialgeschwindigkeit der Satelliten
bekannt ist, kann man die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ableiten.
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Ein typischer GPS-Empfänger für die zivile Nutzung
bietet eine Genauigkeit von bis zu wenigen Metern. Ausschlaggebend
für die
Genauigkeit ist die Anzahl der empfangenen Satelliten und die Geometrie
relativ zum GPS-Empfänger,
so dass im praktischen Gebrauch Genauigkeiten um 20 Meter resultieren.
Technisch ausgefeiltere GPS-Empfängersysteme,
wie sie beispielsweise für
die Landvermessung Verwendung finden, erreichen Genauigkeiten im Zentimeter-Bereich.
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Systeme wie GPS sind durch ihren
hohen Verbreitungsgrad mittlerweile sehr kostengünstig zu erwerben. Dadurch
sind sie Gesamtkosten einer Vorrichtung eines auf einem GPS basierenden
Verfahrens äußerst gering.
Gerade dieser wirtschaftliche Aspekt ist besonders ausschlaggebend
im Falle von Nachrüstungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens in
bereits bestehende und voll funktionstüchtige Fahrzeuge. Beispielsweise
ist eine Nachrüstung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Kraftfahrzeuge, welche bereits über GPS verfügen, äußerst kostengünstig.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform
wird zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit mindestens ein zusätzliches,
an Bord des Fahrzeugs befindliches, Mittel 80 zur Geschwindigkeitsbestimmung
eingesetzt.
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Es ist hierbei vorteilhaft mindestens
eins der Mittel zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit an einer für die Bewegung
des Fahrzeuges relevanten Komponente desselbigen anzubringen. Beispielsweise
ist es besonders bevorzugt, bei einem Kraftfahrzeug das Mittel an
mindestens einem Rad anzubringen.
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Durch das am Rad angebrachte Mittel
zur Geschwindigkeitsbestimmung wird beispielsweise die Geschwindigkeit
des Rades aufgrund der Umdrehungsfrequenz und des Umfangs des Rades
ermittelt, wobei die Radgeschwindigkeit der gesuchten Istgeschwindigkeit
des Fahrzeugs entspricht. Es hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, mindestens ein nicht vom Motor angetriebenes Rad zu verwenden,
da eine erhöhte
Umdrehungsfrequenz durch, beispielsweise, reduzierte Haftreibung
auf eisglatter Fahrbahn oder infolge erhöhter Beschleunigung des Rades
die Bestimmung der tatsächlichen
Geschwindigkeit negativ beeinflusst.
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Es hat sich in diesem Zusammenhang
als äußerst vorteilhaft
gezeigt, mehr als nur ein Rad zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit
heranzuziehen, um aufgrund von Mittelwertbildung der einzelnen Daten
eine statistisch aussagekräftigere
Größe zur Istgeschwindigkeit
zu erhalten. Prinzipiell ist auch der Einsatz weiterer Vorrichtungen
zur Geschwindigkeitsbestimmung möglich.
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Beide Geschwindigkeitswerte, die
Ist- und die Sollgeschwindigkeit, werden durch eine Auswerte- und
Regelungseinheit 70 miteinander verglichen, und im Falle
einer die Sollgeschwindigkeit überschreitenden
Istgeschwindigkeit erzeugt die Auswerte- und Regelungseinheit 70 einen
Vorgabewert in Form eines Steuersignals für die nachfolgend geschaltete
Steuerungseinheit 60. Die Steuerungseinheit 60 übernimmt
dabei die Aufgabe, auf die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges
eingreifen zu können,
wodurch eine Anpassung der Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges an
die ermittelte Sollgeschwindigkeit erfolgt.
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Die Steuerungseinheit 60 ist
im einfachsten Fall eine motorische Einheit, die auf die Stellung
des Gaspedals einwirkt und somit eine Reduzierung der Geschwindigkeit
erwirkt. Weitere Ausführungsformen
der Steuerungseinheit 60 verändern in Abhängigkeit
vom Vorgabewert die Treibstoffzufuhr des Fahrzeugs.
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- 10
- interne
Datenquelle
- 20
- externe
Datenquelle
- 30
- Anzeigeeinheit
- 40
- Mittel
zur Bestimmung der Position
- 50
- Mittel
zur Messung der Treibstoffzufuhr
- 60
- Steuerungseinheit
zur Beeinflussung der
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- Istgeschwindigkeit
- 70
- Auswerte-
und Regelungseinheit
- 80
- Mittel
zur Bestimmung der Istgeschwindigkeit