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Die Erfindung betrifft Zielführungs- und
Streckenauswahlsy-Sterne für Kraftfahrzeuge.
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Solche Zielführungs- und Streckenauswahlsysteme für
Kraftfahrzeuge weisen gewöhnlich einen Rechner mit einer optischen
Anzeigeeinheit und einer Tastatur in dem Fahrzeug auf, so daß
der Fahrer zu Beginn einer Fahrt in den Rechner seinen
beabsichtigten Zielort eintippt und der Rechner aus den
Informationen über das Straßennetz, die in dem Rechner gespeichert
sind oder dem Rechner von einem externen System übertragen
werden, die Strecke auswählt, die von dem Fahrzeug genommen
werden sollte, und während der Fahrt an der optischen
Anzeigeeinheit in Intervallen geeignete Anweisungen anzeigt. Ein
Beispiel für ein solches System ist in der Druckschrift
Funkschau, Band 28, Nr. 22, Oktober 1986, S. 99-102 unter dem
Titel"Auto-Navigation: Elektronische Lotsen" offenbart.
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Bekannte Zielführungs- und Streckenauswahlsystem für
Kraftfahrzeuge lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen,
nämlich autonome Systeme und Systeme auf Basis einer
Infrastruktur. Bei autonomen Systemen trägt eine
Massenspeichereinrichtung wie eine in dem Fahrzeug befindliche CD eine
komplette Straßenkarte in digitaler Form. So kann beispielsweise
eine 500 MByte-CD eine detaillierte Straßenkarte des gesamten
Gebietes des Vereinigten Königreiches bei einer Auflösung bis
zur Ebene von Straßen aufnehmen. Der Rechner in dem Fahrzeug
arbeitet aus den vom Fahrer eingetippten Zielort eine
vorgeschlagene Strecke aus, die von dem Fahrzeug genommene Strecke
wird mit Hilfe eines von dem Fahrzeug mitgeführten
Kilometerzählers und eines elektronischen Magnetkompasses automatisch
verfolgt, und es werden Entscheidungen darüber getroffen,
welche Richtung das Fahrzeug bei der nächsten Kreuzung
einschlagen sollte. Ein Problem liegt bei einer solchen
Vorrichtung darin, daß die Massenspeichervorrichtung für jedes
Fahrzeug einen relativ kostspieligen Posten darstellt und es
darüberhinaus nicht möglich ist, die gespeicherte Landkarte in
häufigen Intervallen zu aktualisieren, um Straßenarbeiten,
Unfälle, Eis und Schnee usw. zu berücksichtigen.
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Bei Systemen auf der Basis einer Infrastruktur führen
Einzelfahrzeuge keine Massenspeichereinrichtungen, sondern
lediglich einen Bordrechner mit sich. Eine zentrale Rechnerstation
ist für das Straßennetz vorgesehen, die über ein
Datenübertragungsnetzwerk mit Baken in Verbindung steht, die in
Intervallen über das Straßennetz vorgesehen sind, so an Ampeln
usw. Diese Baken tragen Infrarot-Sende-Empfänger, die es
ermöglichen, daß sie mit in jedem das System benutzenden
Fahrzeug angebrachten Infrarot-Sende-Empfängern in Verbindung
stehen.
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Der Zentralrechner weist gewöhnlich eine komplette Landkarte
der Hauptstraßen (Autobahnen, Bundesstraßen) des gesamten von
dem System bedienten Gebiet auf. Der Zentralrechner berechnet
in häufigen Intervallen einen Satz von Leitwegbäumen, die
optimale Strecken zwischen Streckenknotenpunkten (d.h. der
Kreuzung zweier oder mehr Straßen) in dem System aufweisen.
Diese Leitwegbäume werden über das Datennetzwerk und in den
einzelnen Baken gespeicherte, geeignete Sätze dieser Bäume
verteilt. Die Baken strahlen ihren jeweiligen Satz von
Leitwegbäumen als Informationen an vorbeifahrende Fahrzeuge aus,
aus denen der Bordrechner des Fahrzeugs die geeignete
einzuschlagende Strecke auswählt, um es dem Fahrer zu ermöglichen,
zu der nächsten Bake an der Strecke zu navigieren, wo ein
neuer Leitwegbaum bereitgestellt werden kann. Der
Fahrzeugrechner wird aus dem Leitwegebaumsatz, dem vom Fahrer
eingetippten, beabsichtigten Zielort, der von dem elektronischen
Kompaß angegebenen Richtung des Fahrzeugs und der vom
Kilometerzähler angegebenen, gefahrenen Entfernung die Strecke
auswählen. Eine hohe Anzahl von Knotenpunkten zwischen
benachbarten
Baken kann vorhanden sein, an denen Entscheidungen
erforderlich sind.
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Die Vorteile eines solchen Systems liegen darin, daß der
Zentralrechner aktuelle Informationen über Straßenarbeiten,
Verkehrsaufkomrnen, eisige Straßenbedingungen, Unfälle usw.
erwerben und verwenden kann, so daß er die
Streckenbaumberechnungen in häufigen Intervallen, z.B. fünf Minuten
überarbeiten kann. Da der Rechner in jedem Fahrzeug außerdem keinen
Massenspeicher benötigt, stellt dies eine beträchtliche
Kostenverminderung in jeder Fahrzeugeinheit dar.
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Ein solches System ist zwar beim Führen von Fahrzeugen über
Fernstraßensysteme effizient, aber ein bedeutender Nachteil
liegt darin, daß es bei der lokalen Zielführung, also auf der
Basis einer Stadt oder von Straße zu Straße ineffizient ist.
Dies liegt daran, daß die Baken spärlich verteilt sind und es
in Hinblick auf die Rechenzeit unpraktisch ist, Leitwegbäume
für mehr als die Knotenpunkte des Hauptstreckensystems zu
berechnen. Die Anzahl der zur Beschreibung des kompletten
Straßensystems bis hinunter zu den lokalen Straßen würde
unpraktisch lange Berechnungen ergeben.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Zielführungs- und
Streckenauswahlsystem für Kraftfahrezeuge vor, das die
Vorteile der beiden oben beschriebenen System kombiniert, indem
eine Straßenkartendatenbank verwendet wird, die rasch
aktualisiert werden kann und zusätzlich eine Zielführung auf einer
lokalen Basis bereitstellen kann, ohne daß in jedem Fahrzeug
übermäßige Rechen- oder Speicherfähigkeiten erforderlich
werden.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Zielführungs- und
Streckenauswahlsystern für Kraftfahrzeuge mit einem Netz aus
Baken vorgesehen, die an ausgewählten Punkten über ein
festgelegtes Straßensystem verteilt sind, wobei jede Bake einen
Sender umfaßt, um vorbeifahrenden Fahrzeugen Informationen zu
Hauptstrecken des Straßensystems sowie eine detaillierte
Straßenkarte eines lokalen Bereichs um die Bake in digitaler
Form zu senden, und mit einer Anzahl von Fahrzeugen, von
denen jedes einen Empfänger zum Empfang von Informationen von
Baken an der Strecke, einen Speicher, der zum Speichern der
empfangenen Informationen angekoppelt ist, eine
Recheneinrichtung, die einen Streckenauffindungsalgorithmus sowie
Mittel zur Bereitstellung von Positionsinformationen des
Fahrzeugs aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Recheneinrichtung des Fahrzeugs bei der Verwendung des Systems so
arbeitet, daß sie aus den empfangenen Informationen über die
Hauptstraßen des Straßensystems eine geeignete Strecke
auswählt, und daß dann, wenn sich das Fahrzeug seinem Zielort
nähert, die Fahrzeugrecheneinheit so arbeitet, daß sie auf
die empfangene Landkarte des lokalen Gebiets zugreift und
mittels der Landkarte des lokalen Gebiets, des
Streckenauffindungsalgorithmus und der Positionsinformationen des
Fahrzeugs Zielführungsinformationen bis zu dem beabsichtigten
Zielort bereitstellt.
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Macht sich also erfindungsgemäß ein Fahrer eines Fahrzeugs zu
einem bestimmten Zielort auf, dann tippt er den Zielort in
das Bordrechnersystem ein. Nähert sich das Fahrzeug der
ersten Bake an der Strecke, die sich beispielsweise in einer
Ampel befindet, dann sendet die Bake dem Fahrzeug einen Satz
von Leitwegbäumen, wodurch es dem Fahrzeug ermöglicht wird,
geeignete Richtungen zu der nächsten Bake in einer optimalen
Strecke zu dem beabsichtigten Bestimmungsort zu berechnen.
Normalerweise werden sich solche Baken an Hauptstraßen
befinden und so arbeiten, daß das Fahrzeug über das
Hauptstraßennetz geleitet wird. Nähert sich das Fahrzeug seinem Zielort,
dann erkennt der Bordrechner, daß die von der Bake
übertragene, digitalisierte, detaillierte Landkarte des lokalen
Gebiets den Zielort enthält. Daraufhin berechnet der
Bordrechner aus der Landkarte und den von dem Fahrzeug
bereitgestellten Positionsinformationen einen Satz Anweisungen, die es dem
Fahrer ermöglichen, seinen Zielort, z.B. den Parkplatz eines
Hotels oder einen Industriestandort zu erreichen.
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Man wird bemerken, daß ein bedeutender Vorteil dieses Systems
dann zutagetritt, wenn ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine
falsche Strecke nimmt, da der Fahrzeugrechner unmittelbar auf
die zugehörige Landkarte des lokalen Gebiets zugreif en und
aus dieser Landkarte überarbeitete Anweisungen vorbereiten
kann, bis der Fahrer wieder auf die richtige Strecke stößt.
Dies kann mit bekannten Streckenauffindungsalgorithmen
durchgeführt werden.
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Die detaillierte Straßenkarte kann in jeder Bake in einem ROM
gespeichert und nach Bedarf durch den physischen Austausch
eines ROM-Chips aktualisiert werden. Die detaillierte
Straßenkarte kann alternativ in einem RAM gespeichert und in
Intervallen, z.B. zweimal jährlich, durch Datenübertragungen
von dem Zentralrechner aktualisiert erden.
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Wie oben festgestellt, sendet der Zentralrechner Sätze von
Leitwegebäumen zu den Baken. Bei alternativen Ausgestaltungen
kann der Zentralrechner die Hauptstreckenkarte oder
ausgewählte Teile zusammen mit den Hauptstraßen und Knotenpunkten
zu den Baken senden. Daraufhin strahlen die Baken die
Hauptstreckenkarte aus, und der Fahrzeugrechner interpretiert die
Straßenkarte zur Auswahl einer Strecke.
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In der Praxis wird es zwar normalerweise erforderlich sein,
daß die Baken einfach Informationen ausstrahlen; in
bestimmten Situationen kann es jedoch möglich sein, daß die
Fahrzeuge und die Baken in einem Duplexmodus arbeiten, wobei eine
bestimmte Informationsverarbeitung in der Bake stattfindet.
Der Fahrzeugrechner kann beispielsweise die Bake auffordern,
nur ausgewählte Teile ihres Informationsspeichers zu senden,
z.B. nur die Landkarte des lokalen Gebiets oder nur
ausgewählte Teile einer Hauptstreckenkarte.
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Es kann unter bestimmten Umständen möglich sein, zusätzlich
ausgestrahlte Informationen, z.B. in Seitenbändern von
FMRadiosendungen übertragene Informationen (d.h. derzeit
erhältliche RDS-Systeme) zu empfangen und diese Informationen
zur Modifizierung der in dem Bordrechner enthaltenen
Streckeninformationen zu verwenden. Beispielsweise kann die
Information, daß eine bestimmte Hauptstrecke blockiert ist,
zur optischen Anzeige z.B. auf einem LCD-Bildschirm
ausgestrahlt werden. Ein Fahrer kann diese Information in seinen
Bordrechner eintasten, um die blockierte Strecke aus den
Überlegungen zum Auffinden der Strecke zu entfernen. Falls
die Information geeignet formatiert und codiert ist, kann sie
alternativ direkt von dem FM-Empfänger in den Rechner
eingegeben werden.
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Die Mittel zum Bereitstellen von Positionsinformationen des
Fahrzeugs können einen von dem Fahrzeug mitgeführten,
elektronischen Kompaß und einen Kilometerzähler aufweisen. Als
Alternative zu dem Kilometerzähler kann ein Sensor für die
Drehzahl des Fahrzeugrades vorgesehen sein, von dem die von
dem Fahrzeug zurückgelegte Entfernung berechnet werden kann.
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Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen
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Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Zielführungs- und
Streckenauswahlsystems für Kraftfahrzeuge nach der Erfindung;
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Fig. 2 eine schematische Ansicht eines zu dem System
gehörenden Kraftfahrzeugs im einzelnen; und
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Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Teils der zu dem Kraftfahrzeug
und der Bake des Systems von Fig. 1 gehörigen elektrischen
Verschaltung.
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Unter Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine
schematische Ansicht eines Zielführungs- und Streckenauswahlsystems
für Kraftfahrzeuge mit einem zentralen Rechnerzentrum 2, das
ein großes Rechnersystem mit zugehörigen Speicherfähigkeiten
enthält und Daten bezüglich des Straßensystems für ein
bestimmtes Gebiet, z.B. das Vereinigte Königreich in allen
Einzelheiten, bis zu einer Auflösung in dem lokalen Gebiet auf
einer Basis von Straße zu Straße speichert. Das
Rechnerzentrum empfängt über Datenfernübertragungsverbindungen
kontinuierlich Daten von Automobilorganisationen, Polizei- und
Verwaltungsbehörden zu aktuellen Vorfällen, die sich
möglicherweise auf das Straßensystem auswirken, z.B. Straßenarbeiten,
Straßenunfälle oder Eis- oder Nebelbedingungen, die bestimmte
Strecken unpassierbar machen. Die von dem Rechnerzentrum
gespeicherten Informationen können so auf einer sehr
kurzfristigen Basis aktualisiert werden. Das Rechnerzentrum arbeitet
so, daß es einen Satz von Leitwegbäumen zwischen
Knotenpunkten (normalerweise Straßenkreuzungen> für die Hauptstrecken
des Systems, nämlich Autobahnen, Bundesstraßen und einige
Hauptlandstraßen berechnet, so daß für die Gebiete um jede
Bake in dem System (etwa 15000) zwischen den Knotenpunkten
und den angrenzenden Knotenpunkten in dem System optimale
Strecken bereitgestellt werden. Die Leitwegbäume definieren
Strecken als mögliche Strecken von einem ersten ausgewählten
Knotenpunkt bis zu einer Gruppe von nahegelegenen
Knotenpunkten und dann als mögliche Strecken von jedem Knotenpunkt
dieser Gruppe bis zu einer zweiten Gruppen der nächstliegenden
Knotenpunkte usw., usw. Diese Leitwegbäume werden in etwa
alle fünf Minuten neu berechnet und berücksichtigen die
aktuellen Informationen.
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Die Baken sind in relativ spärlichen Intervallen über das
Straßensystem verteilt, und es sind weit weniger Baken als
Knotenpunkte vorhanden. Deshalb ist es erforderlich, daß das
Rechnerzentrum Streckenanweisungen entwickelt, so daß dem
Fahrzeug an jedem Knotenpunkt geeignete Hinweise gegeben
werden, damit es zu dem nächsten Knotenpunkt navigieren kann.
Das Rechenzentrum steht mit den Baken über ein
Datenfernübertragungsnetzwerk 4 in Verbindung, das jedes geeignete
Datennetzwerk sein kann, z.B. das öffentliche
Fernübertragungsnetzwerk, Satellitenverbindungen oder optische
Faserverbindungen. Die Baken des Systems sind mit 6 angegeben und
befinden sich an wichtigen Straßen, z.B. an Verkehrskreuzungen und
können physisch in einer Verkehrsampel angeordnet sein.
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Wie dies im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist, weist jede Bake
6 einen Sende-Empfänger 10 auf, der eine elektromagnetische
Strahlung bevorzugt im Infrarotbereich emittiert, gewöhnlich
etwa 950 Nanometer. Da sich der Sende-Empfänger an einer
Verkehrsampel befindet, ist er als eine an der Ampel mit Bolzen
zu befestigende Einheit konstruiert, so als ob er ein
weiteres Licht im Verkehrsampelsystem wäre. Der Sende-Empfänger
wird auf ankommende Fahrer gerichtet, aber er wird nicht
sichtbare Infrarotstrahlung übertragen. Der Sende-Empfänger
weist ein Sendeelement 12 auf, das mit einer Senderschaltung
14 gekoppelt sein kann, die als integrierte Schaltung
konstruiert sein kann und zu dem Element 12 digitale
Modulationssignale zur Pulscode-Modulation der Infrarotstrahung in
einer geeigneten Modulationsform liefert, z.B. dem
Manchester- oder NRZ-Code. Ein gegenüber der von einem
ankommenden Fahrzeug ges endeten Infrarotstrahlung empfindliches
Empfangselement 16 ist mit einem Empfänger 18 gekoppelt, der die
Informationen in dem hereinkommenden Signal demoduliert und
sie zu einem Mikroprozessor 20 sendet, der die Informationen
verarbeitet. Der Mikroprozessor 20 ist mit einem Speicher 22
gekoppelt, der einen ersten Bereich 24 zum Speichern eines
Satzes von Leitwegbäumen sowie einen zweiten Bereich 26 zum
Speichern einer detaillierten Landkarte des lokalen Gebiets
aufweist. Das Gebiet der lokalen Landkarte kann zwischen
einem kleinen Gebiet wie 1 km² für dicht besiedelte Wohngebiete
in Städten und großen Gebieten wie 400 km² in ländlichen
Gebieten schwanken. Ein Gateway 28 verbindet den Mikroprozessor
20 mit dem Datenübertragungsnetzwerk 4.
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Das Fahrzeug weist einen Infrarot-Sende-Empfänger 30 (Fig. 2
und 3) mit einer mit dem Sende-Empfänger 10 identischen
Konstruktion auf, und gleiche Teile werden mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. Der Sende-Empfänger 30 ist hinter der
Fahrerwindschutzscheibe angebracht, um die von der Bake 6
gesendeten Informationen zu empfangen. Der Infrarot-Sende-
Empfänger 30 ist mit einem Mikroprozessorsystem 32 gekoppelt,
das auch Dateneingabesignale von einer Tastatur 34, einem
elektromagnetischen Kompaß 36 und einem Sensor 38 für die
Drehzahl des Fahrzeugrades empfängt. Das Mikroprozessorsystem
32 arbeitet so, daß es geeignete Anzeigesignale zu einer
optischen Anzeigeeinheit 40 liefert. Zusätzlich speichert der
Mikroprozessor 20 in dem Festwertspeicher einen
Streckenauffindungsalgorithmus zum Auffinden einer geeigneten Strecke
aus der detaillierten Landkarte des lokalen Gebiets. Das
Mikroprozessorsystem besitzt unter Bezug auf Fig. 3 einen RAM-
Speicher 42, der integrierte Schaltungschips aufweist, die
einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff mit einer Größe von
zwischen 10 KByte und 250 KByte, bevorzugt 32 KByte, bilden.
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Die einzelnen Elemente im Fahrzeug sind zum einfacheren
Einbau bevorzugt als Einzeleinheiten zum Anbringen am
Armaturenbrett des Fahrzeugs und zum Anschluß an die
Fahrzeugbatterieversorgung konstruiert. Der elektronische Kompaß ist
bevorzugt von einem Typ, wie er in unserer gleichzeitig
anhängigen, britischen Patentanmeldung 8729415 (F20267) beschrieben
ist. Der Fahrzeugdrehzahlsensor ist von einem Typ, wie er in
unserer gleichzeitig anhängigen, britischen Patentanmeldung
8818136 (F20268) beschrieben ist, und basiert auf der
Erfassung von Magnetfeldanomalien bei einem Kraftfahrzeugrad
herkömmlicher Konstruktion. Die optische Anzeigeeinheit 40 wird
einen kleinen Bildschirm zur Anzeige von Pfeilzeichen
bezüglich der Richtung aufweisen, die der Fahrer einschlagen
sollte, Straßennummernbezeichnungen, Straßennamen sowie von
anderen wichtigen und leicht abzulesenden Informationen.
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Die Übertragungen zwischen den Sende-Empfängern 10 und 30
finden in einem geeigneten HDLC-Format statt, das für
Startcodes, Synchronisationscodes, Fehlerausgleichsverfahren und
die Übertragung von Daten in Paketen vorbestimmter Länge
sorgt.
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Im Betrieb arbeitet das zentrale Rechensystem also ständig,
um auf der Basis aktueller Informationen Sätze von
Leitwegbäumen für jede Bake 6 zu erzeugen. Diese Leitwegbäume werden
über das Übertragungsnetzwerk 4 in geeigneten Intervallen zu
jeder Bake 6 übertragen und wie bei 24 gespeichert.
Zusätzlich
werden Landkarten lokaler Gebiete zu jeder Bake
übertragen und in einem getrennten Bereich des Speichers 26
gespeichert. Nach dem Empfang dieser Informationen strahlt jede
Bake 6 diese Informationen kontinuierlich als eine Reihe von
Datenpaketen aus.
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Wünscht ein Fahrer eines Fahrzeugs, auf das System
zuzugreifen, dann folgt er dem folgenden Verfahren. Er tippt über die
Tastatur den beabsichtigten Zielort des die Fahrt beginnenden
Fahrzeugs in ein vorbestimmtes Protokoll ein. Nähert sich das
Fahrzeug der ersten Bake an der Strecke, die sich in einem
Verkehrsampelsystein oder an anderer Stelle befindet, dann
empf ängt der Sende-Empfänger in dem Fahrzeug die von der Bake
als eine Serie von Paketen ausgestrahlten Informationen, die
in dem Rechner 32 zusammengesetzt und in dem RAM 22
gespeichert werden. Die gespeicherten Informationen stellen damit
einen Satz von Leitwegbäumen von der Bake und eine
detaillierte Landkarte des lokalen Gebiets dar. Der Fahrzeugrechner
32 arbeitet so, daß er den Zielort an die in dem RAM 42
gespeicherten Leitwegbäume assimiliert und aus diesen
Leitwegbäumen die optimale Strecke für das Fahrzeug auswählt.
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Die Auswahl einer geeigneten Strecke aus den Bäumen ist eine
wohlbekannte Prozedur und wird nicht im einzelnen
beschrieben. Nach der Auswahl einer Strecke und unter Kenntnis der
Position der Bake in bezug zu dem ersten Knotenpunkt der
gewählten Strecke wird der Fahrzeugrechner die Fahrzeugrichtung
durch den Kompaß 36 und die zurückgelegte Fahrstrecke durch
den Tachometer 38 überwachen. Dies ermöglicht es dem Rechner
zu beurteilen, wann sich das Fahrzeug dem ersten Knotenpunkt
an der Strecke nähert; zu diesem Zeitpunkt liefert er auf der
Anzeige 40 geeignete Anweisungen in Form von Richtungspfeilen
und Streckennummern, um es dem Fahrzeug zu ermöglichen, den
richtigen Ausgang aus dem Knotenpunkt einzuschlagen. Es kann
erforderlich sein, daß die Bake zusätzlich zu dem Leitwegbaum
Informationen sendet, um es dem Fahrzeug zu ermöglichen,
zwischen
bestimmten Knotenpunkten weiterzufahren, und dies wird
berücksichtigt, wenn der Fahrzeugrechner geeignete Hinweise
bereitstellt.
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Das Fahrzeug wird also von Knotenpunkt zu Knotenpunkt bis in
die Nähe der nächsten Bake an der Strecke weiterfahren, wo es
aktualisierte Informationen erhält, die überarbeitete
Leitwegbäume, Hinweise und für die an die Bake und an eine neue
Landkarte eines lokalen Gebiets angrenzenden Strecken
zwischen Knotenpunkten spezifische Informationen aufweisen
können. Das Fahrzeug wird an der Bake vorbei und durch den
nächsten Knotenpunkt geleitet, wobei Informationen von der
vorhergehenden Bake in Hinblick auf die von dem Fahrzeug
benötigte Zeit zur Aufnahme von Informationen von einer Bake
verwendet werden.
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Es versteht sich, daß sich die von jeder Bake gespeicherten
Leitwegbäume auf die Knotenpunkte innerhalb einer
vorbestimmten Zone um die Bake herum beziehen, angenommen 25 km, und
daß durch die Aufnahme von Informationen von der Bake durch
das Fahrzeug die Anweisungen für eine neue Zone
bereitgestellt werden, wodurch es dem Fahrzeug ermöglicht wird, auf
seiner gewünschten Strecke weiterzufahren.
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Nähert sich das Fahrzeug seinem beabsichtigten Zielort, dann
erkennt der Mikroprozessor des Fahrzeugs, daß die zu ihm
gesendete Landkarte des lokalen Gebiets den beabsichtigten
Zielort enthält und verläßt sich dann nicht auf die
Leitwegbäume, sondern erstellt mittels der Landkarte des lokalen
Gebiets mit hoher Auflösung geeignete Hinweise, damit das
Fahrzeug auf der Basis von Straße zu Straße weiterfahren
kann.
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Das Mikroprozessorsystem 32 des Fahrzeugs enthält in dem
residenten ROM einen Streckenauffindungsalgorithmus zum
Interpretieren der digital codierten Landkarte des lokalen
Gebiets. Solche Algorithmen arbeiten über die Bestimmung des
kürzesten Pfades zwischen verschiedenen Punkten in einem
Transportsystem mittels eines Verfahrens, das allgemein als
"Aufbaubäume" bekannt ist. Mehrere
Standard-Baumaufbaualgorithmen werden allgemein verwendet, wie die nach Moore
(1957), Dijkstra (1959) und D'Esopo (1960): vgl. Van Vleit,
D. "Improved Shortest Path Algorithms For Transport
Networks", Transportation Research, Vol. 12, S. 7, 1978.
Algorithmen wie diese können leicht so codiert werden, daß sie
effizient auf kostengünstigen Mikrocomputern laufen, die zur
Verwendung bei einer elektronischen Navigationsanlage im
Fahrzeug geeignet sind.
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Man wird bemerken, daß ein bedeutender Vorteil dieses Systems
darin liegt, daß dann, wenn der Fahrer an der Strecke einen
Fehler machen sollte, indem er nicht den Rechneranweisungen
folgt, der Fahrzeugrechner in der Lage ist, auf die Landkarte
des lokalen Gebiets zuzugreifen und aus seinem
Streckenauffindungsalgorithmus überarbeitete Anweisungen zu erzeugen,
damit der Fahrer entweder an einem geeigneten Punkt wieder zu
der richtigen Strecke gelangen kann oder, als Alternative,
damit er zu der nächsten Bake an der Strecke geleitet wird,
von wo ein neuer Leitwegbaum empfangen wird.
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Zur Zusammenfassung der vorliegenden Offenbarung, lassen sich
früher beschriebene Fahrzeugstreckenführungssystem in zwei
grobe Kategorien unterteilen: Autonome Systeme und Systeme
auf der Basis einer Infrastruktur oder einer Bake. Autonome
Systeme verwenden eine in dem Fahrzeug befindliche
Massenspeichereinrichtung, die eine komplette, detaillierte,
digitale Straßenkarte des gesamten bedienten Gebietes (z.B. des
Vereinigten Königreichs) mit sich führt. Zum Speichern der
Landkarten kann die CD-Technik mit einer Datenkapazität von
bis zu 500 MByte verwendet werden. Die optimale Strecke vom
Startpunkt des Fahrzeugs bis zu dem gewünschten Zielort wird
durch einen zugehörigen Mikrorechner berechnet. In dem
Fahrzeug wird auch eine Koppelnavigationsanlage auf der Basis
eines elektronischen Magnetkompasses mitgeführt. So ist das
Fahrzeug prinzipiell in der Lage, ohne Bezugnahme auf
irgendeine andere Informationsquelle seinen Weg zu jedem
gewünschten Zielort zu finden.
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Systeme auf der Basis einer Infrastruktur unterscheiden sich
wesentlich darin von autonomen Systemen, daß sie nicht eine
komplette digitale Landkarte in dem Fahrzeug mit sich führen
und auch nicht optimale Strecken in dem Fahrzeug berechnen.
Da Systeme auf der Basis einer Infrastruktur keine komplette
Landkarte mit sich führen, wird keine
Massenspeichereinrichtung in dem Fahrzeug erforderlich. Systeme auf der Basis
einer Infrastruktur halten den periodischen Kontakt zwischen
dem Fahrzeug und einem Zentralrechner mittels eines Netzes
aus Bakeneinheiten an der Straße aufrecht. Die Bakeneinheiten
stehen mit der Fahrzeugeinheit mittels elektromagnetischer
Wellen wie Funk-, Mikrowellen- oder Infrarotwellen in
Verbindung. Der Zentralrechner speichert eine digitale Landkarte
des gesamten bedienten Gebiets (z.B. des Vereinigten
Königreichs) in seiner Datenbank. Der Zentralrechner berechnet
auch optimale Strecken von jedem Knotenpunkt im Netz zu jedem
anderen Knoten im Netz. Die Ergebnisse dieser Berechnungen
sind als "Leitwegbäume" bekannt. Diese Leitwegbäume werden an
die Baken durch eine Einrichtung wie ein Datennetzwerk
verteilt. Ist in einer Bake ihr Satz von Leitwegbäumen geladen,
dann wird sie zu einem elektronischen "Verkehrszeichen", das
in der Lage ist, vorbeifahrende Fahrzeuge über die richtige,
einzuschlagende Ausfahrt von der von dieser Bake bedienten
Kreuzung oder den Kreuzungen zu informieren, um jeden Zielort
in dem von dem System bedienten Gebiet (z.B. dem Vereinigten
Königreich) über die optimale Strecke zu erreichen.
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Das Fahrzeug behält immer ausreichende, von der letzten Bake
empfangene Informationen, der es begegnet ist, um entlang
eines Abschnitts der vorgeschriebenen Strecke zu dem
gewünschten Zielort zu navigieren. Die Dichte und Anordnung der
Baken sind so gewählt, daß die von einer Bake empfangenen
Streckenführungsanweisungen das Fahrzeug hinreichend entlang
seiner optimalen Strecke bis zu der nächsten Bake führen
können,
usw. Die Fahrzeugeinheit berechnet nicht die optimalen
Strecken, sie wählt nur aus einer ihr von der Bake gesendeten
Liste vorberechneter Strecken aus. Das Fahrzeug ist auch mit
einer Koppelnavigationsanlage ausgestattet, die auf einem
elektronischen Magnetkompaß basiert.
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Da das autonome System keine Infrastruktur aus Baken
erfordert, weist es den Vorteil auf, daß es keine mit der
Bereitstellung einer solchen Infrastruktur verbundenen Kosten gibt.
Ein weiterer Vorteil des auf der CD-Technik basierenden,
autonomen Systems liegt darin, daß eine ausreichende
Datenspeicherkapazität vorhanden ist, um eine äußerst detaillierte
Landkarte des bedienten Gebiets (z.B. jede Straße im
Vereinigten Königreich) mitzuführen. Diese ermöglicht es, daß
die Auflösung der Streckenführungsanlage sehr fein ist (z.B.
genau das Gebäude oder der Parkplatz, die erreicht werden
sollen). Ein weiterer Vorteil dieses Systemtyps liegt darin,
daß die Folge davon, daß man nicht einer zugeratenen Richtung
folgt, gering ist. In diesem Fall gibt das System dem Fahrer
lediglich die beste Strecke ab dem Ort an, wo auch immer sich
das Fahrzeug zu dem Zeitpunkt zufällig befindet. Da digitale
Landkarteninformationen in dem Fahrzeug gespeichert sind, ist
es auch möglich, dem Fahrer die Landkarte oder Abschnitte der
Landkarte anzuzeigen, falls er dies wünschen sollte.
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Ein bedeutender Nachteil des autonomen Systems liegt darin,
daß es mit veralteten Landkarteninformationen arbeitet. Die
Daten sind zumindest so alt wie der Veröffentlichtungstag der
CD, auf der die Landkarte gespeichert ist. So weist das
autonome System wenig Raum zur Anpassung von Strecken in Reaktion
auf dynamische Bedingungen wie Straßenarbeiten, Staus im
Stoßverkehr, Unfälle usw. Eine weiterer Nachteil des
Autonomen Systems liegt darin, daß die Fahrzeugeinheiten eine
Massenspeichereinrichtung wie eine Lesevorrichtung für die CD
umfassen müssen, was sich kostenerhöhend auswirkt.
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Was die Systeme auf der Basis einer Infrastruktur angeht, so
liegt ihr Vorteil darin, daß die dem Fahrer gebotene
Streckenführungsinformationen auf aktuellen Informationen
basieren können. Prinzipiell ist es möglich, daß der
Zentralrechner Informationen zu aktuellen Straßenzuständen auf einer
laufenden Basis sammelt. Darüberhinaus kann er die
Leitwegbäume periodisch (z.B. alle 5 Minuten) neu berechnen und die
von den Baken gehaltenen Informationen auf einer regelmäßigen
Basis aktualisieren. So ist es möglich, das Fahrzeug um
Störungspunkte herum zu führen, falls eine geeignete
Alternativstrecke vorhanden ist. Dieses Merkmal der Infrastruktur kann
passend als "Echtzeitfähigkeit" bezeichnet werden. Ein
weiterer Vorteil des Systems auf der Basis einer Infrastruktur
liegt darin, daß dem Fahrer von dem Zentralrechner auch
Gefahrenwarninformationen (z.B. Nebel!, Eis!, Unfall!)
mitgeteilt werden können. Die Fahrzeugeinheit des Systems auf der
Basis einer Infrastruktur weist einen Kostenvorteil gegenüber
dem Autonomen System auf, da es keine
Massenspeichereinrichtung aufweisen muß.
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Ein bedeutender Nachteil des Systems auf der Basis einer
Infrastruktur liegt in seiner mangelhaften Fähigkeit zur
lokalen Führung. Die lokale Führungsleistung ist durch die von
dem Zentralrechner zur Durchführung der
Leitwegbaumberechnungen für sehr große Netze in Anspruch genommene Zeit begrenzt.
Die Verarbeitungszeit zur Erzeugung eines kompletten Satzes
von Leitwegbäumen für ein Netz mit 5000 Knotenpunkten kann
über 600 Sekunden liegen (ein Netz mit 5000 Knotenpunkten
kommt etwa dem Hauptstraßennetz des Vereinigten Königreichs
gleich). Man sieht also, daß schon die Aufgabe, alle 5 Min.
die Leitwegbäume neu zu berechnen, selbst für ein relativ
grobes Netz eine beträchtliche ist. Schätzt man, daß es die
Art des Netzes erfordert, eine Zielführung bis zu einem
speziellen Gebäude oder einem Parkplatz im Vereinigten
Königreich (d.h. innerhalb 0,1 km), dann würde die Zahl der
erforderlichen Knotenpunkte in der Größenordnung von 20 000 000
liegen. In diesem Fall können die Leitwegbäume mit
herkömmlichen Mitteln nicht berechnet werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann die Echtzeitfähigkeit des
Systems auf der Basis einer Infrastruktur erreicht werden
kann, während gleichzeitig die mit dem Autonomen System
verbundene Fähigkeit zur lokalen Führung bei hoher Auflösung
erhalten bleibt. Das Verfahren, wodurch dies erreicht wird,
basiert auf einem Ansatz, der einen Zentralrechner und ein
Bakennetz, das dem oben erwähnten ähnlich ist, in Verbindung
mit einer Fahrzeugeinheit verwendet, die einen Teil der
Berechnung der optimalen Strecke durchführt.
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Bei der vorliegenden Erfindung hält der Zentralrechner eine
digitale Landkarte des Hauptstraßennetzes und berechnet auf
einer interurbanen Basis optimale Strecken. Da die Anzahl der
zur Beschreibung des Hauptstraßennetzes eines typischen
bedienten Gebiets (z.B. des Vereinigte Königreichs)
erforderlichen Knotenpunkte in der Größenordnung von 5 000 liegt,
können die Leitwegbäume häufig (alle 5 bis 10 Min.) neu
berechnet werden. Der Zentralrechner (oder der Rechner des lokalen
Gebiets) hält digitale Landkarten auf der Basis eines lokalen
Gebiets (z.B. Bournemouth) mit hoher Auflösung. Kopien von
Abschnitten dieser digitalen Landkarten der lokalen Gebiete
sind in die geeigneten Baken zusätzlich zu den interurbanen
Leitwegbäumen geladen, die von dem Zentralrechner berechnet
worden sind.
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Während der Anfangsphasen einer interurbanen Fahrt wird das
Fahrzeug normalerweise von den Baken vorberechnete
interurbane Führungsanweisungen erhalten, an denen es vorbeifährt.
Beim Erreichen der näheren Umgebung des gewünschten Zielorts
(z.B. innerhalb 1 km) empfängt die Fahrzeugeinheit von der
letzten bei der Annäherung an den Zielort getroffenen Bake
eine komplette digitale Landkarte des lokalen Gebiets. Hat
die Fahrzeugeinheit die digitale Landkarte des lokalen
Gebiets empf angen, dann berechnet der Rechner der
Fahrzeugeinheit die optimale Strecke von der dann aktuellen Position zu
dem endgültigen Zielort. Da die Fahrzeugeinheit nur eine
digitale Landkarte mit hoher Auflösung zu speichern braucht,
die sich auf ein vergleichsweise kleines Gebiet bezieht (z.B.
1 km2), ist es nicht erforderlich, daß als Teil der
Fahrzeugeinheit eine Massenspeichereinrichtung aufgenommen wird. Da
darüberhinaus nur eine begrenzte Datenmenge von der Bake zu
den Fahrzeugeinheiten weitergegeben werden muß, steht
reichlich Zeit zur Verfügung, um diese Datenübertragung
durchzuführen, während sich die Fahrzeugeinheit innerhalb des
Bereichs der Bakeneinheit befindet.
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Diese Technik kann auch dazu verwendet werden, die begrenzten
Möglichkeiten des oben beschriebenen Systems auf der Basis
einer Infrastruktur für den Fall zu umgehen, in dem der
Fahrer versehentlich einem Hinweis nicht folgt. Nimmt die
Fahrzeugeinheit beim Passieren jeder Bake stets die lokalen
Führungsinformationen sowie die interurbanen
Streckeninformationen auf, dann verfügt die Fahrzeugeinheit stets über
ausreichend detaillierte Informationen bezüglich ihrer
unmittelbaren Umgebung, so daß sie in die Lage versetzt wird, mit
Fehlern des Fahrers auf elegante Weise umzugehen.