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"Verfahren zur fortlaufenden Standortbestimmung von Kraftfahrzeugen
und. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur fortlaufenden Bestimmung des Standort es von Kraftfahrzeugen mit Hilfe eines
Koppelnavigationsverfahren sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei den Polizeibehörden, den Feuerwehren, der Technischen Nothilfe,
beim Roten Kreuz, bei den Tasiunternehmen und å.hnlichen Einrichtungen besteht in
den Einsatzleitungen gleichermaßen der Bedarf, die Standorte ihrer Kraftfahrzeuge
sowohl während ihrer Fahrt als auch beim Stillstand mit genügender Genauigkeit zu
kennen. Die bisherigen Verfahren des Abfragens über Sprechfunk sind umständlich
und erfordern sehr viel Zeit. EIan wünscht sich, daß die Standorte der Fahrzeuge
in den Einsatzleitstellen kontinuierlich angezeigt werden und daß das Verfahren
zur Standortbestimmung in einem hohen tIaße automatisch arbeitet.
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Der Aufwand in den einzelnen Fahrzeugen soll bei dem System, welches
die Aufgabe löst, möglichst gering sein. Denn in der Gesamtrechnung ist der Aufwand
für ein Fahrzeug mit der großen Anzahl der Fahrzeuge zu multiplizieren, die,in den
Städten an das Netz angeschlossen werden sollen.
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Es ist Stand der Technik, für die Gewinnung der Information über den
Standort ein Koppelnavigationsverfahren zu erwägen.
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Hierbei wird die Position vorzugsweise in einem kartesischen Koordinatensystem
angegeben, wobei y der Hochwert und x der Rechtswert bedeuten mögen.
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Wird das i-te Wegstück dsi in einer Richtung zurückgelegt, die gegen
die x-Achse um den Winkel a. in mathematisch positivem Sinne gedreht ist, so wird
das Wegstück ds. in die x- und y-Komponenten dx und 1 1 dyi nach folgenden Formeln
zuerlegt: dxi = dsi . cos αi, dyi = dsi . sin αi.
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Sind bisher n Wegstücke zurückgelegt worden,und waren die Ausgangskoordinaten
x0 und yO, so ist die neue Position gegeben durch die Gleichungen:
Sind sämtliche Teilstrecken dsi gleich lang und gleich ds, so gelten die folgenden
Gleichungen:
Der zurückgelegte Weg und die Wegstrecke ds. können aus der Umdrehung der Räder
mit genügender Genauigkeit bestimmt werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben,
nach dem der Richtungswinkel x mit genügender Genauigkeit bestimmt wird.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird vorgeschlagen, den jeweiligen
Richtungswinkel (Richtung des Geschwindigkeitsvektors) aus der Summe der durch den
jeweiligen Kurvenradius geteilten Weginkremente zu bestimmen, d.h. mit anderen Worten,
daß der jeweilige Richtungswinkel an aus der Summe des Ausgangswinkels 0 und des
Drehwinkels ß bestimmt wird, wobei der Drehwinkel ß aus der Summe der durch n n
den jeweiligen Kurvenradius geteilten Wegstrecke dsi gebildet wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren entspricht der Integration der Winkelgeschwindigkeit
der Fahrzeuglängsachse über die Zeit.
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Wenn beim i-ten Wegstück dsi der momentane Kurvenradius des Fahrzeuges
r. ist, und wenn bisher n Wegstücke zurückgelegt worden sind, wobei die Fahrt bei
Beginn mit dem Richtungswinkel 0 begonnen wurde, so ist der augenblickliche Richtungswinkel
an:
Sind sämtliche Teilstrecken dsi gleich lang und gleich ds, 60 kann geschrieben werden:
Eine Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Verfahren zur fortlaufenden Bestimmung
des Standortes von Kraftfahrzeugen mit Hilfe eines
Koppelnavigationsverfahrens,
bei dem der zurückgelegte Weg aus der Umdrehung der Räder bestimmt wird, wobei die
einzelnen Weginkremente gleich lang sind, dadurch -eker eicLnet, daß für jedes Weginkrement
der reziproke Kurvenradius bestimmt wird, wobei ein Kurvenradius, der eine Linkskurve
bewirkt, positives Vorzeigen erhält, und ein Kurvenradius, der eine Rechtskurve
bewirkt, negatives Vorzeichen erhält, und daß als momentaner Richtungswinkel a:
die Summe aus dem Ausgangswinkel n aO und dem Drehwinkel ßn verwendet wir, wobei
der Drehwinkel ß aus n dem Produkt der Länge der Weginkremente und der Summe der
reziproken Kurvenradien gebildet wird.
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Diese Methode der Winkelbestimmung ist sehr genau. Fehler können lediglich
durch einen Schlupf der Räder gegenüber der Fahrbahn entstehen.
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Systematische Schlüpfe der Fahrzeuge, die sich als Untersteuerung
oder Ubersteuerung des Typs bemerkbar machen, können bei der Bestimmung der jeweiligen
Kurvenradien berücksichtigt werden. Der Kurvenradius r ist also nicht nur eine Funktion
des Lenkungseinschlages und des Radstandes, sondern auch der Geschwindigkeit und
der Beladung. Wenn geringere Genauigkeit gefordert wird, genügt die Berücksichtigung
des statischen Lenkungseinschlages.
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Andere Schlüpfe treten bei sorgfältiger Fahrweise~nicht auf.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jedoch
berücksichtig daB im harten Einsatz, z.B. bei der Verfolgung von Verbrechern durch
Polizeifahrzeuge, ungewollte Schlüpfe auftreten können.
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Sie sind im Gegensatz zu den Fahrtechniken beim Automobilrennsport
(power-slide) zwar selten und stets ungewollt und auch im Einzelfall von geringer
Stärke; sie können indessen bei der Summierung der Komds ponenten dxi = ds-cos a.
und dyi sin a. zu einem akkummulierenden 1 1 1 1 Fehler.führen.
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Man kann sagen, die Winkelbestimmung aus dem Kurvenradiue besitzt
eine gute Kurzstreckenstabilität, aber eine weniger gute Langstreckenstabilität.
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Als Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen,
die Winkelbestimmung aus dem Kurvenradius durch einen Magnetkompaß zu stützen.
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Es ist zwar bekannt, daß der Magnetkompaß wegen der starren Verbiegungen
des erdmagnetischen Feldes im bebauten Gelände (Eistenträger, Schienen, Gleichstrom)
manchmal sehr ungenau ist und sogar Fehlanzeigen bis zu 1800 liefern kann; diese
Fehler sind zwar örtlich von rein systematischer Natur, aber das Integral dieser
systematischen
Richtungsfehler über das gesamte vom Kraftfahrzeug
zu befahrende Gebiet geht gegen den Wert Null.: Wenn also die Winkelbestimmung aus
dem Kurvenradius über weite Strecken genau wäre, so müßte der Mittelwert sämtliche
Differenzen zwischen der Magnetkompaßangabe aMi und dem nach dem erfindungsgemäßten
Verfahren ermittelten Kurswinkel ai gegen Null gehen. Als Formel geschrieben:
Wenn er nicht gegen Null geht, sondern den WertV annimmt, so bedeutet dies daß bei
der Winkelbestimmung mit dem Kurvenradius ein Fehler der Größe 9 vorhanden ist.
Da der Fehler entdeckt und bekannt ist, kann er korrigiert werden.
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Ein anschauliches Ausführungsbeispiel soll das Verfahren gemäß der
Weiterbildung der Erfindung erläutern.
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In der Abbildung ist das Blockschaltbild einer entsprechenden Schaltungsanordnung
angegeben. Vom Fahrwerk wird jedesmal, wenn eine Fahrtstrecke einer bestimmten Länge
ds (z.S. Wegstrecke ds = 1,0 m) durchfahren wurde,. ein Impuls (im folgenden ds-Impuls
genannt) ausgegeben.
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In einem Zähler Z werden die ds-Impulse gezählt und der jeweilige
Zählerstand k auf volle Binärexponentialzahl zu einem Zählerstand c gerundet am
Ausgang des Zählers bereitgestellt. Hierzu sei folgendes Beispiel für die Rundung
angegeben: k = LLOLOLL ergibt c = LOOOOOQO K = LOLOOLL ergibt c = LOOOOOO In einer
Subtraktionsstufe D wird nach jedem ds-Impuls die Differenz der Winkelwertangaben
des Magnetkompaßsystems und der nachfolgend erklärten Additionsstufe A gebildet.
Der Winkelwert des Magnetkompaßsystems habe nach Einkommen des-iten Impulses die
Bezeichnung 5Mis der Winkelwert der Additionsstufe A die Bezeichnung aAi Die Subtraktionsstufe
D gibt also nach jedem ds-Impuls die Differenz d. = «Hi- QAi aus.
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Die Additionsstufe A enthält ein Addierwerk und einen Speicher. Zu
Beginn wird dem Speicher die Ausgangswi£kelstellung ao der Fahrzeugachse (Ausgangskurswinkel)
eingegeben. Im Betrieb wird in der Additionsstufe A danach jedesmal, wenn ein ds-Impuls
einkommt, der anstehende Quotient ds/r aus Wegstück ds und Kurvenradius r in den
Speicher von A vorzeichenrichtig hinzuaddiert (Linkskurve hat positives r, Rechtskurve
hat negatives r).
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In einer Summierungsstufe S werden die Differenzen di vorzeichenrichtig
zu einer Summe r aufsummiert.
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Wenn der Betrag der Summe y eine Schwelle~9 überschreitet, so gibt
S an die Additionsstufe A ein Signal (positiver bzw. negativer Uberlauf), worauf
die Stufe A den durch den Wert # d;vidierten Schwellwert w (Division durch Kommaverschiebung)
zu dem im Speicher von A stehenden Wert vorzeichenrihtig hinzuaddiert und. die Summierungsstufe
S und den Zähler Z auf Null stellt. c ist negativ, wenn Y ><P, und positiv,
wenn r <- ( Die Additionsstufe A stellt der Zerlegungsstufe K und der Subtraktionsstufe
D den aufsummierten Winkelwert «An zur Verfügung.
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Die Routine beginnt von vorne, bis der Schwellwert # wieder überschritten
wird u.s.f.
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Wird beim p-ten Uberlauf der Wert c = c erhalten und haben beim n-ten
p Wegstück bisher q Uberläufestattgefunden, so steht am Ausgang der Additionsstufe
also der Wert:
Dieser Winkelwert αAn wird von der Zerlegungsstüfe K bei jedem ds-Impuls entgegengenommen,
in die Komponten dxn = ds cos αAn und dyn = ds sin αAn
aufgeteilt
und den Koordinatenstufen zugesführt.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer
wahren Geradeausfahrt also nur noch eine ganz leichte Schlangenbewe.
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gung vorgetäuscht. Der wahre zurückgelegte Weg wird demnach über diese
scheinbare Schlangenkurve abgrollt; die berechnete Positionaveränderung wäre deshalb
stets etwas kleiner als die wirklich durchgeführte, denn eine Positionsveränderung
über eine Sch 4 ngenbevegung würde mehr Wegstrecke beanspruchen. Es ist bekannt,
daß dieser systematische Wegfehler durch einen.Wegkorrekturfaktor KW im Hittel korrigiert
werden kann.
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Als vorteilhafte Weiterbildung wird vorgeschlagen, diesen Wegkorrekturfaktor,
der etwas größer als 1 ist, durch Versuch zu ermitteln und beim erfindungsgemäßen
Verfahren einzuführen. Das Wegstück ds. ist somit das gefahrene Weginkrement dSi,wahr
mal dem Wegkorrekturfaktor dsi = dsi,wahr.KW .