DE2362122A1 - Anordnung zur aufnahme und darstellung der umweltsituation fuer ein fahrzeug - Google Patents

Description

^: ■"■■'■ ^{v :} :23821Z2

73-B III-50 - Bremen, den 10. Dezember 1973

Sm/ka

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Anordnung zur Aufnahme und Darstellung der Umweltsituation für

ein Fahrzeug

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Aufnahme und Darstellung der inbezug auf die jeweilige Umgebung eingenommenen Position und Eigenbewegung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wasserfahrzeuges mit einem zur Erfassung bestimmter Parameter dienenden Sensorsystem und einer Radaranlage.

Bei Wasserfahrzeugen, insbesondere Seeschiffen, ist es bis heute üblich., daß mehrere Personen an der Führung derartiger Fahrzeuge beteiligt sind. In der Regel betrachten hierbei einige Personen den Umgebungsverkehr und/oder werten Navigätionsraittel aus, während eine weitere Person die Lenkung des Schiffes auf Befehl ausführt. Diese Art der Fahrzeuglenkung ist natürlich nicht ungefährlich, denn sie erfordert, daß diejenige Persönlichkeit, welche die Entscheidung zu treffen hat, gleichzeitig sämtliche Informationen erhalten muß. Selbst wenn man dies annehmen sollte, kann man nicht ausschließen, daß Mißverständnisse und Verzögerungen bei der Übertragung entstehen und letzten Endes Ursache für Fehlent- -

-2-

509826/0401

Scheidungen sind. Aber auch für den Fall, daß der Führungspersönlichkeit eines Wasserfahrzeuges alle Informationen vorliegen, erfordert die Entscheidung für ein bestimmtes Manöver umfangreiche praktische Kenntnisse und eine, zutreffende Berücksichtigung fahrzeugeigener und fahrzeugfremder Kräfte, welche sich ebenso auf ein Manöver auswirken. Die richtige Beurteilung der vielen kurs— und fahrbeeinflussenden Kräfte ist daher Voraussetzung für die Einleitung entsprechender Manöver.

Zur Erleichterung der Fahrzeugführung, insbesondere der Führung von Wasserfahrzeugen, ist es seit geraumer Zeit bekannt, Navigationshilfen zu verwenden. Ein wichtiges Gerät stellt hierbei eine Radaranlage dar, mit der an Bord eines Wasserfahrzeuges, insbesondere bei starkem Verkehr und/oder beschränkten Sicht— Verhältnissen, der Standort des eigenen Fahrzeuges inbezug auf andere Objekte — wie Schiffe oder die Küste — ermittelt werden kann. Ein Radargerät gestattet auch, weitergehende Informationen über die erfaßten Objekte und Ziele zu gewinnen, indem man in gewissen Zeitabständen Peilung und Entfernung der Ziele inbezug auf das eigene Fahrzeug, auf Zusatzeinrichtungen wie Plotter— einrichtungen _r aufzeichnet. Diese Aufzeichnungen geben dann Aufschluß über Kurs und Geschwindigkeit der erfaßten Ziele und. lassen aus dem eigenen Standort Rückschlüsse auf die Verkehrslage zu und, falls notwendig, bestimmte einzuleitende Manöver erkennen.

Bei den bisher bekannten Geräten erfolgt die Auswertung der Radarinformationen nach verschiedenen Verfahren, wie z.B. manuelle Auswertung durch rückschauende Darstellung, automatische Auswertung durch rückschauende Darstellung der zuvor gespeicherten Radarinforraationen oder automatische Auswertung durch vorschauende Darstellung der zuvor extrapolierten Informationen. Alle

-3-

509826/0401

' . 2382122

Verfahren haben aber den Nachteil, daß der Weg der erfaßten Radarziele linear extrapoliert wird, was nicht nur relativ ungenau, sondern - insbesondere bei vorausschauender Barstellung - zu falschen Rückschlüssen Anlaß geben kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, alle für eine sichere und optimale Führung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wasserfahrzeuges, mit Hilfe eines Sensorsystems und einer Radaranlage*zu erfassenden Informationen derart zu verarbeiten, daß die Gesamtsituation des eigenen Fahrzeuges inbezug auf die Uragebungssituation auf einerAnzeigevorrichtung übersichtlich und in die Zukunft vorausschauend darstellbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit dem Sensorsystem und der Radaranlage ermittelten Informationen einem mit einem mathematischen Modell zur Simulation des Fahr— zeugverhaltens ausgerüsteten Rechner zugeführt sind und daß die im Rechner durch Verarbeitung der Informationen erzeugten Aus— gangssignale eine Anzeigevorrichtung derart ansteuern, daß diese auf ihrem Bildschirm neben der Umgebungssituation die augenblick liche Position des Fahrzeuges und den Verlauf der zukünftigen Fahrzeugbewegung für eine bestimmte Zeit voraus in Form einer Bahnkurve anzeigt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es möglich, eine Anordnung aufzubauen, die mit dem Einleiten eines Manövers durch Verstellung der Lenkorgane die Auswirkung ohne Zeityerzug dynamisch richtig durch Verbiegung der Bahnkurve anzeigt. Die Führung des betreffenden Fahrzeuges -erkennt daher, in jedem Augenblick die Wirkung der eingeleiteten Manöver für die Zukunft so daß sie noch während des Einleitens evtl. notwendige Korrekturen vornehmen kann. Als Anzeigevorrichtung kann dabei ein großflächiges Taglicht-Display benutzt werden, was den Vorteil hat, daß die jeweiligen Situationen klar und übersichtlich erkannt werden können.

—4— 509826/0401

Es ist zweckmäßig, mit dem Sensorsystem die Bewegungsparameter des Fahrzeuges zu erfassen, vorzugsweise Größe und Richtung der Geschwindigkeit, Stärke und Richtung des Windes, Stellung der Lenkorgane und/oder Stand der Antriebsaggregate. Weiterhin ist es von Vorteil, dem Anfangspunkt der dargestellten Bahnkurve die augenblickliche Position des Fahrzeuges zuzuordnen und dem Endpunkt diejenige Position, die das Fahrzeug unter Berücksichtigung eines eingeleiteten Manövers und der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte nach einem bestimmten einstellbaren Zeitraum einnehmen wird.

Bei einer besonderen Ausführungsforra der erfindungsgeraäßen Anordnung kann im mathematischen Modell des Rechners zusätzlich ein Satz gültiger Verkehrsregeln gespeichert sein, so daß der Rechner bei Verstößen gegen diese Regeln, insbesondere zur Vermeidung von Kollisionen Ausgangssignale erzeugt, die zur Anzeige von Korrekturmanövern und/oder zur Warnung der Schiffsführung benutzt werden können.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgeraäßen Anordnung, die für den Einsatz in einem Wasserfahrzeug, insbesondere in einem Seeschiff, vorgesehen ist. Die Anordnung besteht aus einem Radargerät 1, wofür ein vorhandenes Gerät benutzt werden kann und einem Sensorsystem 2, das sämtliche für die Anordnung wichtigen Informationen erfaßt. Im einzelnen enthält dieses Sensorsystem Dopplersensoren 3 zur Ermittlung der Schiffsgeschwindigkeit, Sensoren 4 zur Ermittlung der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit, Sensoren 5 zur Erfassung des Maschinenstandes sowie Sensoren 6 zur Erfassung der Ruderstellung. Weiterhin sind noch Sensoren 7ι 8» 9 vorgesehen und zwar, um die Werte eines Kreiselkompasses, eines Lagekreisels

-5-

509826/0401

und eines Wendekreisels zu erfassen. Die von den Sensoren dieses Sensorsysteras 2 erfaßten Informationen sind einem Steuergerät 10 zugeführt, das diese Informationen zur Verarbeitung über entsprechende Interfacestufen 11 einem Rechnersystem 12 zuleitet. Das Rechnersystem 12 besteht aus dem eigentlichen Digitalrechner 13 und einem mathematischen Modell 14» durch das das Verhalten des eigenen Schiffes berechnet wird. Zur Verarbeitung der Informationssignale erhält der Rechner 12 über die Interfacestufe 11 und ein-Filter 15 weiterhin die Signale zugeleitet, die das Radargerät 1 ermittelt hat. ·

Im Rechner 12 werden diese Informationen mit Hilfe der Informationen des mathematischen Modells 14 verarbeitet und Ausgangssignale erzeugt, die über die Interfacestufe 11 dem Steuergerät 10 zugeführt sind. Das Steuergerät 10 steuert seinerseits ein großflächiges Tageslichtdisplay 16, so daß hieraus die Eigenposi— tion und auch die .Umgebungssituation entnehmbar ist. Die 'augenblickliche Position des eigenen Schiffes wird hierbei durch den Anfangspunkt 17 einer Bahnkurve 18 markiert, während die Position, die das Schiff nach einem bestimmten einstellbaren Zeitraum ein—. nimmt, durch den Endpunkt 19 der Bahnkurve 18 bestimmt ist. Aus der in der Zeichnung angedeuteten Bahnkurve 18 kann man z.B. erkennen, daß die Schiffsruder aus der Nörmalstellung zur Einleitung eines Manövers in Richtung Steuerbord verstellt wurden. Außerdem sind auf dem Tageslichtdisplay 1-6 einige Punkte angedeutet, welche mit Hilfe des Radargerätes erfaßte Ziele darstellen, die die Ursache für die Kursänderung waren. Vom Steuergerät 10 können, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, weiterhin eine Digitalanzeige— vorrichtung 20 und eine Plottervorrichtung 21 angesteuert werden. Mit Hilfe der Digitalanzeigevorrichtung 20 ist es möglich, in ,bestimmten kritischen Situationen der Schiffsführung die zweckmäßigsten Manöver anzuzeigen, um z.B. Kollisionen zu verhindern, während die- Plottervorrichtung 21 es gestattet, lanzeitig den

-6-

509826/0 40 1

Kurs des eigenen Schiffes auf einer entsprechenden Seekarte aufzuzeichnen.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den großen Vorteil, daß alle für eine sichere und optimale Führung notwendigen Informationen derart verarbeitet werden, daß die Gesaratsituation des eigenen Schiffes inbezug auf alle Radarziele vorausschauend, übersichtlich und genau auf einer Anzeigevorrichtung darstellbar ist. Hierzu liefert der_ Rechner 12 die berechneten Informationen über das Bewegungsverhalten des eigenen Schiffes, die mit den kontinuierlich erfaßten Informationen des Sensorsysteras im als Prozeßrechner aufgebauten Digitalrechner 13 verarbeitet werden. Die im Digitalrechner 13 dabei ermittelten Ausgangs— signale steuern über das Steuergerät 10 das Tageslichtdyplay an, so daß dieses eine sehr 'genaue dynamisch richtige Schiffs— bewegung über Wasser oder über Grund in Form der Bahnkurve 18 für eine bestimmte einstellbare Zeit im voraus, auch bei sich ändernden Umweltbedingungen, anzeigt. Der Einsatz des mathematischen Modells ermöglicht schon während des Einleitens eines Manövers, die Reaktion des Schiffes unter allen denkbaren Umständen voraus zu berechnen, so daß die Schiffsführung auf dem Tages— lichtdisplay sofort den Erfolg eines Manövers erkennen und möglicherweise Korrekturen vornehmen kann.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der Rechner 12 zusätzlich mit einem Satz gültiger Verkehrsregeln ausgerüstet sein, so daß der Digitalrechner 13 in Abhängigkeit der vorliegenden Informationen bei Verstößen gegen diese Verkehrsregeln Ausgangssignale erzeugt, die z.B. auf der Digital— anzeigevorrichtung 20 als Befehle angezeigt werden können. Damit ist es möglich, Kurskorrekturen zur Vermeidung von Kollisionen anzuzeigen und/oder Warnsignale auszulösen und die Schiffsführung auf eine bestimmte kritische Situation aufraeifeara zu machen. Der Rechner 12 kann auch einen weiteren Satz von Regeln, insbe-

-7-

5 09 8 26/0401

sondere zur Vermeidung des Nahbereichs eines anderen Wasserfahrzeuges, aufweisen und mit Hilfe der ermittelten Informationen Äusgangssignale zur Anzeige bestimmter Ausweichmanöver errechnen, wenn die Gefahr des Eindringens in ein Nahbereieh. eines anderen Wasserfahrzeuges besteht. Der zuvor erläuterte Satz von Regeln zur Vermeidung des Nahbereichs eines anderen. Fahrzeuges kann auch mit Regeln erweitert sein, die für zugelassene Manöver innerhalb eines derartigen Nahbereichs gelten« Der Rechner errechnet dann mit Hilfe der Informationssignale und der Radarinformationen Ausgangssignale zur Anzeige bestimmter einzuleitender Maschinenmanöver, da nach den gültigen Verkehrsregeln innerhalb eines Nahbereiehs nur Maschinenmanöver zugelassen sind.

— Patentansprüche —

50982670401

Claims (5)

1. Patentansprüche

   l.)| Anordnung zur Aufnahme und Darstellung der inbezug auf die jeweilige Umgebung eingenommene Position und Eigenbewe— gung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wasserfahrzeuges - mit einem zur Erfassung bestimmter Parameter dienenden Sensorsystem und einer Radaranlage, dadurch gekennzeichnet , daß die mit Sensorsystem (2) und der Radaranlage (l) ermittelten Informationen einem mit einem mathematischen Modell (14) zur Simulation des Fahrzeugverhaltens ausgerüsteten Rechner (12) zugeführt sind und daß die im Rechner (12) durch Verarbeitung der Informationen erzeugten Ausgangssignale eine Anzeigevorrichtung (l6) derart ansteuern, daß diese auf ihrem Bildschirm neben der Umgebungssituation die augenblickliche Position des eigenen Fahrzeuges und den Verlauf der künftigen Fahrzeugbewegung für eine bestimmte Zeit voraus in Form einer Bahnkurve (l8) anzeigt.
2. 2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangspunkt (17) der Bahnkurve,(18) die augenblickliche Position des Fahrzeugs angibt und daß der Endpunkt (19) der Bahnkurve (l8) die Position des Fahrzeugs anzeigt, die es unter Berücksichtigung der mit dem Sensorsystem (2) erfaßten Parameter und seines Verhaltens nach einem bestimmten einstellbaren Zeitraum einnimmt.

   -9-

   509826/040 1

   _ -Q —
3. 3·) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Sensorsystem (2) die Bewegungs— * parameter des Fahrzeugs erfaßt, vorzugsweise Größe und Richtung der Geschwindigkeit, Stärke und Richtung des Windes, Stellung der Lenkorgane und/oder Stand der Antriebsaggregate..
4. 4·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e — kennzeichnet, daß für den Rechner (12) ein Prozeßrechner (l"3) mit Interfacestufen (ll) für die Infor— mationssignale und die Ausgärigssignale vorgesehen ist.

   5·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzeigevorrichtung (l6) aus einem durch ein Steuergerät (lö) angesteuertes großflächigen Taglichtdxsplay besteht.

   6.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1, bis 5» dadurch g e — kennzeichnet , daß im Rechner (12) ein Satz gültiger Verkehrsregeln gespeichert ist und daß der Rechner (l2) bei Verstößen gegen diese Verkehrsregeln, insbesondere zur Vermeidung von Kollisionen Ausgangssignale zur Korrektur der Fahrzeugbewegung und/oder Warnung der Schiffsführung erzeugt» .

   7·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e — kennzeichnet, daß im Rechner (12) ein Satz von Regeln zur Vermeidung des Nahbereichs eines anderen Fahr-zeuges gespeichert ist und daß der Rechner (12) bei einer derartigen Gefahr mit Hilfe der Infonnationssignale und der Radarinformationen Ausgangssignale zur Anzeige bestimmter einzuleitender Manöver ermittelt.

   -10-

   5098 26/OAOl

   - ίο --

   8.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der im Rechner (Ϊ2) gespeicherte Satz von Regeln zur Vermeidung eines Nahbereichs zusätzlich mit Regeln für Manöver, die innerhalb eines Nahbereichs zugelassen sind, ausgerüstet ist und daß der Rechner (12) in einem derartigen Fall mit Hilfe der Informationen und. der Radarsignale Ausgangssignale zur Anzeige bestimmter einzuleitender Maschinenmanöver ermittelt. -
5. 5 0 9826/0401