DE2301054C3 - Anordnung zur Lokalisierung eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lokalisierung eines Fahrzeugs auf einer durch feste Ortspunkte in einzelne Streckenabschnitte unterteilten Fahrtroute, mit einer im Fahrzeug befindlichen Meldeeinrichtung, die ein Wegemeßgerät zur Gewinnung einer Information f'ber die gefahrene Weglänge, eine Einrichtung zur Gewinnung einer Information über die beim Passieren jedes festen Ortspunktes eingeschlagene Fahrtrichtung sowie einen Sender enthält, der beide Informationen an eine ortsfeste Station sendet.

Aus der Zeitschrift »Verkehr und Technik« Heft 10/1971, S. 458 und 459, ist eine Anordnung dieses Typs bekannt, wobei die Ortspunkte entlang der Fahrtroute dadurch definiert sind, daß an ihnen induktive »Ortssender« stehen, die dem vorüberfahrenden Fahrzeug eine Orts- und Richtungsinformation mitgeben. Jeder Ortssender strahlt eine gesonderte Kennung aus. die von der an Bord befindlichen Meldeeinrichtung erfaßt und über ein Funkgerät an die ortsfeste Zentrale gesendet wird. In der Zentrale kann aus der empfangenen Kennung auf den Standort des gerade gestreiften Ortssenders geschlossen werden. Die Richtung, in welcher das Fahrzeug die Fahrtroute durchfährt, läßt sich ebenfalls aus der empfangenen Kennung ermitteln, da auf der Gegenrichtung eine andere Kennung ausgestrahlt wird. Die von dem an Bord des Fahrzeugs befindlichen Wegemeßgerät ausgestrahlte Weglängeninformation, die in der Zentrale zwischen den einzelnen Kennungen empfangen wird, gibt Hinweis auf die Entfernung von dem zuletzt gestreiften Ortssender und somit auf den augenblicklichen genauen Standort des Fahrzeugs zwischen zwei Ortspunkten.

Diese bekannte Prinzip der Fahrzeuglokalisierung hat jedoch mehrere Nachteile. Zur Aufstellung der Ortssender bedarf es großer Investitionen und eines Eingriffs in das Wegenetz selbst bzw. in die Rechte des Verwalters oder Inhabers des Wegenetzes. Dies kann einer kommerziellen Nutzung des bekannten Systems entgegenstehea Ferner besteht die Gefahr, daß die an der Fahrtroute installierten Sender zufällig oder mutwillig beschädigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Lokalisierung eines ein hestimmtes Wegenetz benutzenden Fahrzeugs zu schaffen, die ohne an der Fahrtroute installierte Sender oder andere dort vorzusehende Zusatzeinrichtungen auskommt.

Bei einer Anordnung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meldeeinrichtung einen Detektor enthält, der ein den vorgenommenen Fahrtrichtungsänderungen des Fahrzeugs entsprechendes Signal bereitstellt, und daß die ortsfeste Station folgendes enthält: eine Speichereinrichtung, in welcher die Abstände zwischen den die festen Ortspunkte darstellenden Knotenpunkten des Wegenetzes gespeichert sind; ein Steuergerät welches unter Vergleich der empfangenden Weglängeninformation mit einem auswählbaren der gespeicherten Abstandswerte ein das Erreichen eines Knotenpunkts signalisierendes Steuersignal liefert; eine auf das Steuersignal hin ansprechende Auswählschaltung, die abhängig von dem empfangenden Fahrtrichtungsänderungssignal den neuen Streckenabschnitt ermittelt und den zugehörigen gespeicherten Abstandswert für den Vergleich auswählt.

Die Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Lokalisierungsanordnung durch die Art und Weise, wie die von dem Fahrzeug erreichten Ortspunkte erfaßt und identifiziert werden. Das Erreichen eines Ortspunkts wird nicht durch das Ansprechen der Meldeeinrichtung auf einen Ortssender signalisiert, sondern durch Vergleich der gefahrenenen Weglänge mit dem in der Zentrale gespeicherten Abstand zwischen dem letzten und dem angesteuerten Ortspunkt ermittelt. Da als Ortspunkte dif natürlichen Knotenpunkte des Wegenetzes dienen, ist die an jedem Ortspunkt vorgenommene Fahrtrichtungsänderung ein eindeutiger Hinweis auf den neu angesteuerten Ortspunkt. Es bedarf also zur Identifizierung der Ortspunkte keiner zusätzlichen Kennung, so daß irgendwelche an der Fahrtroute aufgestellte Zusatzeinrichtungen wie Ortssender od. dgl. entfallen können. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der bekannten Einrichtung.

Es ist an sich bekannt, die zurückgelegte Weglänge und die vorgenommenen Richtungsänderungen ständig zu messen und auszuwerten, um auf den augenblicklichen Standort zu schließen. Dieses als »Koppelnavigation« bekannte Prinzip kommt zwar ohne charakteristi-

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sehe Ortskennungen (mit Ausnahme des Ausgangspunkts) aus, hat jedoch den Nachteil, daß sich die bei aufeinanderfolgenden Messungen vorkommenden Fehler akkumulierea Die Weglängenmessung und insbesondere die Messung der Richtur.gsänderungen muß daher bei der Koppelnavigation äußerst genau erfolgen. Da bei der Erfindung mit jedem identifizierten Ortspunkt die darauffolgenden Messungen wieder einen erneuten exakten Bezug erhalten, kann eine solche Fehleranhäufung nichl vorkommen, denn bei richtig identifiziertem Ortspunkt haben die vorangegangenen Meßfehler keine weiteren Auswirkungen mehr. Da jeder feste Ortspunkts zugleich ein Knotenpunkt des Wegenetzes ist, braucht die Messung der Richtungsänderung nur grob zu erfolgen, da es nur eine sehr begrenzte Anzahl von möglichen Richtungsänderungen an einem Knotenpunkt gibt Meist ist eine Richtungsänderungsmessung mit einer Genauigkeit von 45° ausreichend, um beim Oberfahren eines Knotenpunkts den als nächtes angesteuerten Knotenpunkt eindeutig zu identifizieren.

Die Erfindung eignet sich besonders gut zur Lokalisierung von Räderfahrzeugen auf einem Straßennetz, sie ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen ausführlich erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch ein einfaches Straßennetz;

F i g. 2 ist ein Blockschaltbild einer an Bord des Fahrzeugs befindlichen Anlage, welche mit einer ortsfesten Station zusammenwirkt;

F i g. 3 ist ein Blockschaltbild einer ortsfesten Station in einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.

Das in F i g. 1 dargestellte Netz besteht aus mehreren Straßen, wie z. B. 1 und 2, die zwischen Knotenpunkten A/l bis A/5 verlaufen, wo jeweils zwei oder mehrere Straßen zusammentreffen. S ist ein willkürlich gewählter Ausgangspunkt, bei dem es sich um den Ort der ortsfesten Station nach F i g. 3 handeln kann oder nicht, von der aus ein oder mehrere an das System angeschlossene Fahrzeuge geführt werden sollen.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausrüstung an Bord des Fahrzeuges enthält einen Empfänger 3, der Abfragesignale von der in Fig.3 gezeigten ortsfesten Station empfangen kann. Der Empfänger 3 lös* bei Empfang eines solchen Abfragesignals den Betrieb eines Senders 4 aus. Daraufhin sendet der Sender 4 an die ortsfeste Station ein Codesignal, welches die Information »zurückgelegte Entfernung« und die Information »Sinn der Richtungsänderung« enthält. Die Information über die zurückgelegte Entfernung wird von einem digitalen Streckenmeßgerät (Entfernungslog) 5 abgeleitet, welches synchron mit den Laufrädern des Fahrzeuges (vorausgesetzt es handelt sich um ein Radfahrzeug) angetrieben wird, wie es durch den Pfeil 5 gezeigt ist. Die Information über die Richtungsänderung wird von einem Richtungsänderungsdetektor 7 abgeleitet, der im einfachsten Fall mit dem Lenkgetriebe des Fahrzeuges verbunden sein kann, um eine Anzeige für den linken oder rechten Lenkeinschlag und für das Maß dieses Einschlags in Winkelgraden zu liefern. Das Ausgangssignal des Richtungsänderungsdetektors 7 wird in einem Richtungsänderungsspeicher 8 gespeichert. Die Information vom Richtungsänderungsspeicher 8 und vom digitalen Streckenmeßgerät 5 werden in einem Seriencodierer 9 in Serienform gebracht, bevor sie dem Sender 4 zugeführt werden. Wenn mehr als ein Fahrzeug geleitet werden soll, enthält in der Praxis der Empfänger 3 eines jeden Fahrzeuges einen Codedetektor, um sicher zu stellen, daß die an Bord des Fahrzeugs befindliche Anlage nur auf solche Abfragesignale anspricht, die durch ihre besondere Codierung für dieses Fahrzeug bestimmt sind.

Zur Beschreibung der F i g. 3 sei vorübergehend angenommen, daß nur ein einziges Fahrzeug geführt werden soll. Ein Empfänger 10 dient zum Empfang der von der an Bord des Fahrzeugs befindlichen Anlag«; nach

ίο Fig.2 gesendeten Informationssignale. Der Ausgang des Empfängers 10 ist in paralleler Weise mit zwei Detektoren U und 12 verbunden. Der Detektor 11 ist zur Erfassung der vom Richtungsänderungsspeicher 8 ausgehenden Richtungsänderungssignale vorgesehen,

is während der Detektor 12 die vom digitalen Streckenmeßgerät 5 ausgehenden Signale erfaßt Der Ausgang des Detektors 11 führt über eine normalerweise geschlossene Torschaltung 13 zur Auswählschaltung 14 für die Identifizierung der programmierten Knoten punkte, dessen Natur noch beschrieben wird.

Die Ausgangssignale vom Detektor 12 für die Information über die zurückgelegte Entfernung werden einem Steuergerät 15 für die »Entfernung vom Knotenpunkt« zugeführt um dessen Speicher rückwärts zäh- len zu lassen. Der anfängliche Zählerstand des Steuergeräts 15 ist charakteristisch für die Entfernung von dem vom Fahrzeug zuletzt Überfahreren Knotenpunkt bis zu dem Knotenpunkt, auf welchen das Fahrzeug zufährt Von dem Steuergerät 15 wird ein Ausgangssignal erhalten, wenn der Zählerstand in dessen Speicher Null wird. Dieses Ausgangssignal wird zum öffnen der Torschallung 13 verwendet Der anfängliche in das Steuergerät 15 eingegebene Zählerstand wird aus einer Anzahl von Dauerspeichern 16 bis 20 über die UN D-GHe- der 21 bis 25 entnommen, wenn diese Glieder unter Steuerung durch die Auswählschaltung 14 geöffnet werden. Der Dauerspeicher 16 enthält die Entfernung zwischen dem Ausgangspunkt S und dem ersten Knotenpunkt M, der Speicher 17 enthält die Entfernung zwischen den Knotenpunkten A/l und AQ, der Speicher 18 enthält die Entfernung zwischen den Knotenpunkten A/l und /v3 der Speicher 19 enthält die Entfernung zwischen den Knotenpunkten /V3 und ΑΛ und der Speicher 20 enthält die Entfernung zwischen den Knoten- punkten AQ und A5. Die Auswählschaltung 14 ist so programmiert daß z. B. beim Abfahren vom Ausgangspunkt S und Ansteuern des Knotenpunktes Λ/1 Ausgangssignale zur öffnung des UND-Gliedes 21 geliefert werden, um in das Steuergerät 15 einen Zähler- stand einzuschreiben, welcher der Entfernung zwischen dem Ausgangspunkt S und dem Knotenpunkt A/l entspricht. Gleichzeitig wird eine beispielsweise optische Anzeige dafür geliefert daß der Knotenpunkt, auf den das Fahrzeug zusteuert, der Punkt A/1 ist Nach Emp-

fang der Richtungsänderungsinformation vom Detektor 11 über die Torschaltung 13 errechnet die Auswählschaltung 14 den Knotenpunkt welchen das Fahrzeug nunmehr ansteuert (/.. B. den Knotenpunkt AQ), und öffnet das. zugehörige UND-Glied (im genannten Fall das

UND-Glied 22), um in das Steuergerät 15 einen Zählerstand einzuschreiben, welcher der Entfernung zwischen den Knotenpunkten A/l und AQ entspricht Gleichzeitig wechselt die Anzeige des vom Fahrzeug angesteuerten Knotenpunkts von A/l auf AJ2.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die Torschaltung U nur geöffnet, wenn der Zählerstand des Steuergeräts IS für die »Entfernung vom Knotenpunkt« auf Null zurückgegangen ist Hiermit erhält man gleichsam eine

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Entfernungstorschaltung, welche sicherstellt, daß die der Auswählschaltung 14 zugeführte Richtungsänderungsinformation sich auf das Manöver des Fahrzeugs am Knotenpunkt bezieht. In der Praxis wird die im Fahrzeug abgeleitete Richtungsänderungsinformation S über eine Weglänge integriert, so daß die an die ortsfeste Station gesendete Richtungsänderungsinformation auf das Manöver in seiner Gesamtheit bezieht und irgendwelche unvermeidbaren Änderungen in der Lenkrichtung die während des Manövers erfolgen können, unberücksichtigt bleiben. Somit liefert die Auswahlschaltung 14 zu jeder Zeit eine Anzeige des vom Fahrzeug angesteuerten Knotenpunkts, während das Steuergerät 15 die Entfernung anzeigt, die das Fahrzeug bis zum Erreichen dieses Knotenpunkts noch zurücklegen muß.

Wenn mehrere Fahrzeuge über ein vorgegebenes Straßennetz geleitet werden sollen, wie es in der Praxis normalerweise der Fall sein wird, dann erfolgt die Abfrage und Antwort im Umlaufverfahren, wobei alle Fahrzeuge nacheinander abgefragt werden. In der ortsfesten Station sind für jedes Fahrzeug ein Detektor 11 für die Richtungsänderungsinformation, ein Detektor 12 für die Information über die zurückgelegte Entfernung, ein Steuergerät 15 für die »Entfernung vom Knotenpunkt«, eine Torschaltung 13 und UND-Glieder 21 bis 25 vorgesehen. Die Auswahlschaltung 14 zur Identifizierung der programmierten Knotenpunkte wird in diesem Fall natürlich ebenfalls komplizierter, damit die jeweils richtigen UND-Glieder 21 bis 25 der einzelnen UND-Glieder-Gruppen geöffnet werden, um die in den jeweiligen Steuergeräten 15 gespeicherte Information über die »Entfernung vom Knotenpunkt« aufzubereiten.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der An-Ordnung betrug die jedem Fahrzeug zugeteilte Abfragezeit 26,7 Millisekunden. Während dieser Zeit wurden von der ortsfesten Station bis zu 18 Bits an digitaler Nutzinformation empfangen. Die Höchstzahl von Fahrzeugen, die an das System angeschlossen werden können, wird daher eher von der Sättigung des Nachrichtenkanals als von der Sättigung der Datenverarbeitungseinrichtungen in der ortsfesten Station begrenzt.

Die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Abfragen desselben Fahrzeugs ist bei Anwendung des Umlaufverfahrens gegeben durch das Produkt der durchschnittlichen Abfragezeh mit der Anzahl der Fahrzeuge. Die besagte Zeitspanne sollte natürlich ausreichend kurz »ein, um dem Fortschreiten des Fahrzeugs längs eines Zweiges des Netzes folgen zu können und insbesondere um seine Ankunft am angesteuerten Knotenpunkt, wo eine Richtungsänderung erfolgen soll erfassen zu können, In der Praxis wird das System so ausgelegt, daß dem ungünstigsten Fall Rechnung ge tragen wird, d. h. daß die kürzeste Streckenlänge zwi sehen zwei Knotenpunkten und die maximale Ge schwindigkeit des schnellsten Fahrzeugs dazu auserse hen werden, um den Höchstwert der Zeitspanne zwi sehen aufeinanderfolgenden Abfragen ein- und dessel ben Fahrzeuges festzulegen. Für die Praxis wird ange nommen, daß diese Zeitspanne nicht langer als dre oder vier Sekunden sein sollte, und für praktisch« Zwecke sollten nicht mehr als 100 bis 150 Fahrzeuge at eine Datenverarbeitungsanlage gemäß F i g. 3 ange schlossen werden.

Die gemachten Angaben können auf mehrere ver schiedene Arten erweitert werden. So kann z. B. züge lassen werden, daß die Fahrzeuge mehrere Knoten punkte überqueren und dabei möglicherweise mehrere Richtungsänderungen zwischen den Abfragen durch führen. In diesem Fall müssen die Speichermöglichkei· ten im Fahrzeug erweitert werden, damit diese Information gespeichert werden kann, bis das Fahrzeug abgefragt wird. Außerdem kann die Zeitspanne zwischen den Abfragen für verschiedene Fahrzeuge unterschiedlich bemessen sein, um den verschiedenen wahrscheinlich erreichbaren Geschwindigkeiten Rechnung zu tragen, oder wenn man vorher die Entfernung zwischen den Knotenpunkten entlang der vom Fahrzeug verfolgten Route weiß. Außerdem können mehrere Funkkanäle zur Speisung der einen Datenverarbeitungsanlage vorgesehen sein. Für das in F i g. 2 dargestellte digitale Streckenmeßgerät 5 kann in der Praxis eine Codierscheibe verwendet werden, die 1024 Maßsprünge für jeweils 8,047 km liefert. Dies ergibt eine Auflösung der Entfernungsanzeige von etwa 7,8 m für den Wechsel einer Einheit in der letzten (untersten) Binärziffernstel-Ie. Um die von irgendeinem Fahrzeug für die Datenübertragung verwendete Zeit zu verkürzen, wird die Kursänderung während des Fahrmanövers als Treppenfunktion betrachtet In manchen Fällen ist es beispielsweise neben der Anzeige, ob die Richtungsänderung nach links oder rechts erfolgt, lediglich notwendig, den Betrag der Richtungsänderung in Stufen zu jeweils 223° oder sogar 45" zu erfassen, damit die Auswählschaltung 14 zur Identifizierung der programmierten Knotenpunkte denjenigen Knotenpunkt herausfinden kann, auf den das Fahrzeug nach diesem Manöver zusteuert Während der Richtungsänderungsdetektor 7 wie oben beschrieben direkt von der Lenkrichtung des Fahrzeuges angetrieben werden kann, kann in anderer Ausführungsform auch die Differenz in der Anzahl der Radumdrehungen zwischen einem Innenrad und einem Außenrad ermittelt werden, die während einer Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeuges entsteht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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23 Ol Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lokalisierung eines Fahrzeugs auf einer durch feste Ortspunkte in einzelne Strekkenabschnitte unterteilten Fahrtroute, mit einer im Fahrzeug befindlichen Meldeeinrichtung, die ein Wegemeßgerät zur Gewinnung einer Information über die gefahrene Weglänge, eine Einrichtung zur Gewinnung einer Information über die beim Passieren jedes festen Ortspunkts eingeschlagene Fahrtrichtung sowie einen Sender enthält, der beide Informationen an eine ortsfeste Station sendet, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldeeinrichtung einen Detektor (7) enthält, der ein den vorgenommenen Fahrtrichtungsänderungen des Fahrzeugs entsprechendes Signal bereitstellt, und daß die ortsfeste Station folgendes enthält: eine Speichereinrichtung (16-20), in welcher die Abstände zwischen den die festen Ortspunkte darstellenden Knotenpunkten (Λ/1... Λ5) des die Fahrtroute enthaltenden Wegenetzes gespeichert sind; ein Steuergerät (15), welches unter Vergleich der empfangenen Weglängeninformation mit einem auswählbaren der gespeicherten Abstandswerte ein das Erreichen eines Knotenpunkts signalisierendes Steuersignal liefert; eine auf das Steuersignal hin ansprechende Auswahlschaltung (14), die abhängig von dem empfangenen Fahrtrichtungsänderungssignal den neuen Streckenabschnitt ermittelt und den zugehörigen gespeicherten Abstandswert für den Vergleich auswählt

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (15) eine Einrichtung enthält, die aus der empfangenen Weglängeninformation und dem ausgewählten Abstandswert die Entfernung des Fahrzeugs von dem durch es angesteuerten Knotenpunkt ermittelt und das Steuersignal liefert, wenn diese Entfernung Null ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (15) einen Zähler enthält, in den der jeweils ausgewählte gespeicherte Abstandswert einschreibbar ist und dessen Zählerstand abhängig von der empfangenen Weglängeninformation rückschaltbar ist.

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