DE3307123A1 - Autonomous locating system for land vehicles - Google Patents

Autonomous locating system for land vehicles

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DE3307123A1 DE19833307123 DE3307123A DE3307123A1 DE 3307123 A1 DE3307123 A1 DE 3307123A1 DE 19833307123 DE19833307123 DE 19833307123 DE 3307123 A DE3307123 A DE 3307123A DE 3307123 A1 DE3307123 A1 DE 3307123A1
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Abstract

In an autonomous locating system for land vehicles, an information source containing an item of information relating to the respective position of the vehicle and/or driving direction is present on the carriageway or in the vicinity of the carriageway, the vehicle having an arrangement which receives the information and from the information determines the respective vehicle position and/or driving direction.

Description

Autonomes Orientierungssystem für La-ndfahrzeuge Autonomous orientation system for land vehicles

In der Kraftfahrzeugtechnik befaßt man sich seit einiger Zeit mit Orientierungssystemen, die die jeweilige-Fahrzeugposition sowie die Richtung angeben, in der ein Kraftfahrer fahren muß, um ein vorgegebenes Ziel zu erreichen. Bei den Orientierungssystemen unterscheidet man zwischen zentralgesteuerten und autonomen Orientierungssystemen. Zentralgeführte Orientierungssysteme wie z.B. LISA sind relativ teuer, da eine komplizierte Infrastruktur wie z.B. Induktionsschleifen an Kreuzungen sowie zentrale Computersysteme benötigt werden. Dagegen können autonome Orientierungssysteme preisgünstig realisiert werden.Automotive engineering has been concerned with for some time Orientation systems that indicate the respective vehicle position and direction, in which a driver has to drive in order to reach a given destination. Both Orientation systems are differentiated between centrally controlled and autonomous Orientation systems. Centrally guided orientation systems such as LISA are relative expensive because of a complicated infrastructure such as induction loops at intersections as well as central computer systems are required. On the other hand, autonomous orientation systems can be implemented inexpensively.

Ein autonome Orientierungssystem ermittelt im wesentlichen zwei Meßgrößen, und zwar die zurückgelegte Wegstrecke sowie die momentane Fahrtrichtung. Die zurückgelegte Wegstrecke läßt sich in einem Fahrzeug relativ leicht durch Zählen der Umdrehungen der Fahrzeugräder ermitteln. Die Wegmessung durch Ermitteln der Radumdrehungen hat allerdings nur dann eine ausreichende Genauigkeit, wenn ein konstanter Reifendruck stets eingehalten wird und wenn die Reifenqualität stets einwandfrei ist. Eine Bestimmung der momentanen Fahrtrichtung läßt sich auf verschiedene Weise realisieren.An autonomous orientation system essentially determines two measured variables, namely the distance covered and the current direction of travel. The one covered Distance can be measured relatively easily in a vehicle by counting the revolutions determine the vehicle wheels. The distance measurement by determining the wheel revolutions has However, only sufficient accuracy if the tire pressure is constant is always adhered to and if the tire quality is always impeccable. A determination the current direction of travel can be implemented in various ways.

So kann die Fahrtrichtung eines Fahrzeuges beispielsweise durch Messen der Umdrehungsdifferenz zwischen kurven innern und kurvenäußeren Rädern, durch Messen des Lenkwinkels, mittels eines mechanischen Kreiselgerätes, mittels eines Faserkreisels (bei dem die Meßgröße Drehgeschwindigkeit durch Integration auf die gesuchte Fahrtrichtung umgerechnet werden muß), mit Hilfe einer möglichst reibungsfrei gelagerten trägen Masse oder mittels Kompaß ermittelt werden. Bei bekanntem Ausgangspunkt läßt sich mit Hilfe der beiden Meßgrößen zu jedem beliebigem Zeitpunkt der augenblickliche Standort des Fahrzeugs bestimmen.For example, the direction of travel of a vehicle can be measured the difference in rotation between the wheels on the inside and outside of the curve, by measuring the steering angle, by means of a mechanical gyroscope, by means of a fiber optic gyro (in which the measured variable rotational speed is integrated into the sought Direction of travel must be converted), with the help of an inertial bearing that is as frictionless as possible Mass or can be determined by means of a compass. If the starting point is known, with the help of the two measured quantities, the instantaneous one at any given point in time Determine the location of the vehicle.

Ein gewisses Problem stellt jedoch die Fahrtrichtungsbestimmung dar. Die aufgeführten Meßverfahren zur Ermittlung der Fahrtrichtung sind nämlich entweder zu teuer (Kreiselgeräte) oder nicht genau genug. Schließt man die zu teuren Meßmethoden aus und behilft man sich mit den ungenaueren Verfahren, dann sind in jedem Fall Stützungsmaßnahmen zur Korrektur aufgetretener Meßfehler in bestimmten Zeit- oder Wegabständen erforderlich.However, determining the direction of travel poses a certain problem. The measurement methods listed for determining the direction of travel are either too expensive (gyroscope) or not accurate enough. If one excludes the measuring methods that are too expensive and if you make do with the more imprecise procedures, then you are in any case Support measures to correct measurement errors that have occurred in certain time or Distances required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein autonomes Orientierungssystem anzugeben, welches in relativ einfacher Weise eine genaue Ermittlung der Fahrzeugposition sowie der Fahrtrichtung ermöglicht und die Möglichkeit bietet, auf andere Weise ermittelte Positions- und Fahrzeugrichtungswerte zu stützen bzw. zu korrigieren. Diese Aufgabe wird bei einem autonomen Orientierungssystem für Landfahrzeuge nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der Fahrbahn oder in der Umgebung der Fahrbahn eine Informationsquelle mit einer Information über die jeweilige Position des Fahrzeugs und/oder Fahrtrichtung vorhanden ist und daß das Fahrzeug eine Anordnung aufweist, die die Information aufnimmt und aus der Information die jeweilige Fahrzeugposition und/oder Fahrtrichtung ermittelt.The invention is based on the object of an autonomous orientation system indicate which in a relatively simple manner an accurate determination of the vehicle position as well as the direction of travel and offers the possibility in other ways to support or correct determined position and vehicle direction values. This task is based on an autonomous orientation system for land vehicles the invention solved that on the road or in the vicinity of the road an information source with information about the current position of the vehicle and / or the direction of travel is present and that the vehicle has an arrangement which receives the information and from the information the respective vehicle position and / or direction of travel determined.

Als Informationsquelle können beispielsweise Peilsender und Baken verwendet werden. Die einfachste Informationsquelle sind jedoch Landmarkierungen, die vom Fahrzeug selbsttätig beim Vorbei- oder überfahren abgelesen werden. Diese Methode hat den Vorteil, daß neben der Fahrtrichtungsinfomation auch eine sehr qenaue Standordinformation beim Passieren der Landmarken in das Fahrzeug übertragen werden kdnn. Eine Markierung weist vorzugsweise einen Strichcode auf, wobei beispielsweise jeder Strich ein Bit repräsentiert. Durch den Strichcode sind vorzugsweise die Nord-Süd-Koordinate und die Ost-West-Koordinate sowie der Fahrtrichtungswinkel (Richtung der Fahrbahn) an der Meßstelle codiert.Tracking transmitters and beacons, for example, can be used as sources of information be used. However, the simplest source of information is land markings, which are read automatically by the vehicle when passing or driving over it. These Method has the advantage that, in addition to the direction of travel information, there is also a very precise Location information can be transferred to the vehicle when passing the landmarks. A mark preferably has a bar code, for example each bar being a bit represents. The barcode means that the north-south coordinates and are preferred the east-west coordinate and the direction of travel angle (direction of the road) of the measuring point coded.

Die Fahrbahnmarkierung ist beispielsweise mittels Farbe auf die Straßenoberfläche aufgebracht oder in Streifenform in die Fahrbahnoberfläche eingelassen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Fahrbahn markierung aus ausgelegten oder in die Fahrbahnoberfläche eingelassen, elektrisch leitenden und/oder ferromagnetischen Drähten, Streifen oder Bändern besteht.The lane marking is for example by means of paint on the road surface applied or embedded in the form of strips in the road surface. Another The possibility is that the lane marking is laid out or in the Sunken road surface, electrically conductive and / or ferromagnetic Consists of wires, strips or ribbons.

Das Ablesen des Codes beim überfahren der Markierung erfolgt beispielsweise mittels optischer oder elek--tronischer Mittel. Zum Ablesen des Codes eignet sich beispielsweise das Prinzip der Reflexschranke. Das Ablesen des Codes kan beispielsweise auch mittels einer kapazitiven oder induktiven Sonde, mittels eines Differentialtransformators oder mittels eines Näherungsschalters erfolgen.Reading the code when driving over the marking takes place, for example by optical or electronic means. To read the code is suitable for example the principle of the reflex barrier. Reading the code can, for example also by means of a capacitive or inductive probe, by means of a differential transformer or by means of a proximity switch.

Entspricht der Winkel, der beim Passieren des Strichcodes eingelesen wird, nur dann der Fahrtrichtung, wenn das Fahrzeugs parallel zur Fahrbahnachse fährt, so kann mittels einer Doppeleinlsung - beispielsweise mittels zweier Sensoren - aus dem zeitlichen Verzug der beiden Signal e auf die Winkelabweichung von der Fahrbahnachse geschlossen und die wahre Fahrtrichtung ermittelt werden.Corresponds to the angle that is read in when the barcode is passed only the direction of travel when the vehicle is parallel to the lane axis drives, so can by means of a double solution - for example by means of two sensors - from the time delay of the two signals e to the angular deviation from the The lane axis is closed and the true direction of travel can be determined.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.

Die Figur 1 zeigt eine Fahrbahn 1, die} gemäß der Erfindung eine Fahrbahnmarkierung 2 aufweist. Die Fahrbahnmarkierung besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Strichcode, bei dem senkrecht zur Fahrtrichtung geradlinige Fahrbahnmarkierungen angebracht sind. Jeder Strich repräsentiert ein Bit. Mit Hilfe des Strichcodes werden - und zwar unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit - Informationen über die kartesischen Koordinaten der Fahrzeugposition (Standort) in Bezug auf eine entsprechend eingeteilte Landkarte (vorzugsweise in Nord-Süd- bzw. Ost-West-Richtung ausgerichtet) sowie die augenblickliche Fahrtrichtung (Fahrtrichtungswinkel P in Figur 1) übertragen. In diesem Fall müssen durch den Strichcode somit die Nord-Süd-Koordinate, die Ost-West-Koordinate und der Fahrbahn-Fahrtrichtungswinkel codiert sein. Die beiden Koordinaten sollten mit einer Auflösung bzw. Genauigkeit von ca. + 10 m und der Fahrtrichtungswinkel mit einer Genauigkeit von ca. + 0,50 codiert sein.FIG. 1 shows a roadway 1, the} according to the invention, a roadway marking 2 has. In the exemplary embodiment, the lane marking consists of a barcode, where straight lane markings are attached perpendicular to the direction of travel are. Each line represents one bit. With the help of the barcode - and although regardless of the vehicle speed - information about the Cartesian Coordinates of the vehicle position (location) in relation to a correspondingly classified Map (preferably oriented in north-south or east-west direction) and transmit the current direction of travel (angle of travel direction P in FIG. 1). In this case, the north-south coordinate and the east-west coordinate must be indicated by the barcode and the lane direction of travel angle must be coded. The two coordinates should with a resolution or accuracy of approx. + 10 m and the angle of travel be coded with an accuracy of approx. +0.50.

Bezogen auf die Bundesrepublik Deutschland mit einer Nord-Süd-Erstreckung von ca. 1'm und einer Ost-West-Erstreckung von ca. 0'5 m werden beispielsweise 45 Bit für die angegebenen Genauigkeiten bzw. Auflösungen benötigt. Diese ergeben sich wie folgt: 17 Bit - 131 072 (=217) x 10 m = 1'31072 m 16 Bit - 65 563 (=216) x 10 m = 0'65563 m 10 Bit - 1 024, d.h. 1 Bit = 0,351560 2 Bit für Kontrollzwecke.In relation to the Federal Republic of Germany with a north-south extension 1'm and an east-west extension of about 0'5 m are 45 Bit required for the specified accuracies or resolutions. These arise as follows: 17 bit - 131 072 (= 217) x 10 m = 1'31072 m 16 bit - 65 563 (= 216) x 10 m = 0'65563 m 10 bits - 1 024, i.e. 1 bit = 0.351560 2 bits for control purposes.

Bei einem Rastermaß von 10 cm für die Codestriche kommt man so zu einer codierten Wegstrecke von 4,5 m. Die Landmarken werden beispielsweise auf geraden Straßenstücken in Abständen von ca. 10 bis 50 km angebracht.With a grid dimension of 10 cm for the code lines you get to a coded distance of 4.5 m. The landmarks are, for example, on straight lines Road sections attached at intervals of approx. 10 to 50 km.

In Ballungs- und Stadtgebieten wird die Markierung entsprechend enger angebracht.In metropolitan areas and urban areas, the marking is correspondingly narrower appropriate.

Mit Hilfe der Erfindung ist eine laufende Standordbestimmung eines Fahrzeugs ohne Zutun des Felhrers möglich. Gibt der Fahrer außerdem die Koordinaten seines Zielortes ein, so ist es ohne weiteres möglich, durch ein Display (z.B. LCD-Display), beispielsweise einen Richtungspfeil zur Anzeige zu bringen, der dem Fahrer zeigt, in welcher Richtung und in welcher Entfernung sein Zielort sich befindet. Dazu ist es nicht erforderlich, Landkarten oder Stadtpläne in das autonome Orientierungssysteme einzugeben.With the help of the invention, an ongoing location determination is one Vehicle possible without the assistance of the driver. The driver also gives the coordinates its destination, it is easily possible through a display (e.g. LCD display), For example, to display a directional arrow that shows the driver in which direction and in which distance its destination is located. Is to it does not require maps or city plans in the autonomous orientation systems to enter.

Mittels des autonomen Orientierungssystems nach der Erfindung ist es auch möglich, eine permanente Selbstkorrektur von im Fahrzeug befindlichen Meßsystemen, die unabhängig vom autonomen Orientierungssystem nach der Erfindung die Fahrzeugposition und Fahrtrichtung ermitteln, vorzunehmen. Zu diesem Zweck werden die nach der Erfindung beim Überfahren der Markierung ermittelten sehr genaue Fahrzeugpositions- und Richtungswerte mit den über gesonderte Wegstrecken- und Fahrtrichtungsmessungen ermittelten Werten verglichen. Ergibt dieser Vergleich die Notwendigkeit einer Korrektur, so wird eine entsprechende Korrektur der nicht korrekten Meßwerte vorgenommen. Weicht beispielsweise die aus den Radumdrehungen durch Zählen ermittelte Wegstrecke ständig um einen bestimmten Prozentsatz ab, dann wird eine Radurdrehung mit einer um denselben Prozentsatz gekürzten oder verlängerten Wegstrecke interpretiert.By means of the autonomous orientation system according to the invention it is also possible to have a permanent self-correction of the measuring systems in the vehicle, the vehicle position independently of the autonomous orientation system according to the invention and determine the direction of travel. For this purpose, according to the invention very precise vehicle position and direction values were determined when the marking was crossed with the values determined via separate distance and direction measurements compared. If this comparison shows the need for a correction, a Corrected the incorrect measured values accordingly. For example, gives way the distance determined from the wheel revolutions by counting constantly by a certain one Percentage, then a wheel turn is reduced by the same percentage or interpreted as an extended distance.

Analoges gilt für die Fahrtrich-tungsmessung.The same applies to measuring the direction of travel.

Die Figur 2 befaßt sich mit dem Fall, daß der wahrt richtungswinkel, der beim Passieren des Strichcodes eingelesen wird, nur dann der fahrtrichtung entspricht, wenn das Fahrzeug 4 parallel zur Fahrbahnachse 3 fährt.Figure 2 deals with the case that the true direction angle, which is read in when the barcode is passed, only corresponds to the direction of travel when the vehicle 4 is traveling parallel to the lane axis 3.

Um auch dann eine gendue Fahrtrichtung des Fahrzeugs 4 zu erhalten, wenn das Fahrzeug nicht parallel zur Fahrbahnachse 3 fährt, sind gemäß der Figur 2 zur Erzielung einer Doppeleinlesung zwei Sensoren 5 und 6 vorgesehen, die zwei seitlich verzögerte Signale liefern. Aus dem zeitlichen Verzug der beiden Signale kann auf die Winkelabweichung des Fahrzeugs 4 von der Fahrbahnachse 3 geschlossen und die wahre Fahrtrichtung a = # + # des Fahrzeugs ermittelt werden. Wie bereits aus den vorangegangenen Ausführungen hervorgeht, istcG die wahre Fahrtrichtung des Fahrzeugs,? die Winkelabweichung der Fahrbahnachse 3 von einer bestimmten Bezugskoordinate undßdie Winkelabweichung des Fahrzeugs 4 von der Fahrbahn 3.In order to get a gendue direction of travel of the vehicle 4, if the vehicle is not traveling parallel to the lane axis 3, are according to the figure 2 two sensors 5 and 6 are provided to achieve a double reading, the two deliver laterally delayed signals. From the time lag between the two signals can deduce the angular deviation of the vehicle 4 from the lane axis 3 and the true direction of travel a = # + # of the vehicle can be determined. As already from the preceding explanations, cG is the true direction of travel of the Vehicle? the angular deviation of the roadway axis 3 from a specific reference coordinate and ß the angular deviation of the vehicle 4 from the roadway 3.

Die Figur 3 zeigt die zeitlich verzögerten Signale, die, von den beiden Sensoren 5 und 6 geliefert werden.Figure 3 shows the time-delayed signals that, from the two Sensors 5 and 6 can be supplied.

Claims (14)

Patentansprüche Autonomes Orientierungssystem für Landfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Fahrbahn oder in der Umgebung der Fahrbahn eine Informationsquelle mit einer Information über die jeweilige Position des Fahrzeugs und/oder Fahrtrichtung vohanden ist und daß das Fahrzeug eine Anordnung aufweist, die die Infomation aufnimmt und aus der Information die jeweilige Fahrzeugposition und/oder Fahrtrichtung ermittelt. Claims autonomous orientation system for land vehicles, characterized in that one on the road or in the vicinity of the road Information source with information about the current position of the vehicle and / or the direction of travel is present and that the vehicle has an arrangement which receives the information and from the information the respective vehicle position and / or direction of travel determined. 2> Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationsquelle eine Landmarkierung auf der Fahrbahn oder in der Umgebung der Fahrbahn vorgesehen ist. 2> Autonomous orientation system according to claim 1, characterized in that that as a source of information, a land marker on the roadway or in the vicinity the roadway is provided. 3) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung einen Strichcode aufweist. 3) Autonomous orientation system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the marking has a bar code. 4) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strich ein Bit repräsentiert. 4) Autonomous orientation system according to claim 3, characterized in that that each bar represents one bit. 5) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch -den Strichcode die Nord-Süd-Koordinate und die Ost-West-Koordinate codiert sind. 5) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bar code and the north-south coordinate East-West coordinates are coded. 6) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Strichcode der Fahrtrichtungswinkel codiert ist.6) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the angle of travel is coded by the bar code is. 7) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnmarkierung mittels Farbe auf die Fahrbahnoberfläche aufgebracht oder in Streifenform in die Fahrbahnoberfläche eingelassen ist.7) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the road marking is applied to the road surface by means of paint applied or embedded in the form of strips in the road surface. 8) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnmarkierung aus ausgelegten oder in die Fahrbahnoberfläche eingelassenen, elektrisch leitenden und/oder ferromagnetischen Drähten, Streifen oder Bändern besteht.8) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lane marking is laid out or in the road surface embedded, electrically conductive and / or ferromagnetic wires, strips or ligaments. 9) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesen des Codes beim überfahren mittels optischer oder elektronischer Mittel erfolgt.9) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reading of the code when driven over by means of optical or electronic means. 10) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesen des Codes nach dem Prinzip der Reflexlichtschranke erfolgt.10) Autonomous orientation system according to claim 9, characterized in that that the reading of the code takes place according to the principle of the reflex light barrier. 11) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesen des Codes mittels einer kapazitiven oder induktiven Sonde, mittels eines Differentialtransformators oder mittels eines Näherungsschalters erfolgt.11) Autonomous orientation system according to claim 9, characterized in, that the reading of the code by means of a capacitive or inductive probe, by means of a differential transformer or by means of a proximity switch. 12) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug zwei im Abstand angeordnete Sensoren aufweist und daß mittels einer Doppeleinlesung aus dem zeitlichen Verzug der beiden Sensorsignale auf eine Winkelabweichung des Fahrzeugs von der Fahrbahnachse geschlossen und die wahre Fahrtrichtung des Fahrzeugs ermittelt wird.12) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the vehicle has two sensors arranged at a distance and that by means of a double reading from the time delay of the two sensor signals on an angular deviation of the vehicle from the lane axis and the true direction of travel of the vehicle is determined. 13) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verarbeitungselektronik mit Display vorhanden ist, welches bei einer Eingabe der Koordinaten des Zielortes die Richtung und/oder Entfernung des Zielortes ermittelt und anzeigt.13) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 12, characterized in that processing electronics with a display are available, which, when entering the coordinates of the destination, the direction and / or distance of the destination is determined and displayed. 14) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Stützung von Fahrtpositionsmessungen dient, die im Fahrzeug ohne Zuhilfenahme der Informationsmarkierung ermittelt werden.14) Autonomous orientation system according to one of claims 1 to 13, characterized in that it serves to support travel position measurements that can be determined in the vehicle without the aid of the information marking.
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