DE4411125A1 - Informationssystem - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Informationssystem, bestehend aus mehreren entlang einer Strecke anbringbaren, passiven Transpondern, in denen jeweils ei­ ne Nachricht gespeichert ist, und aus mindestens einem Sende- und Empfangsge­ rät (SE-Gerät) zur Aktivierung des Transponders und zur Aufnahme der Nachrich­ ten, wobei das SE-Gerät in einem Fahrzeug anbringbar ist, das sich entlang der Strecke bewegt.
Ein Informationssystem dieser Art für ein Straßennetz ist aus der DE 41 38 050 A1 bekannt. Fahrzeuge werden mit aktiven Transpondern ausgestattet, die Abfrage­ signale aussenden und von am Straßenrand angeordneten passiven Transpon­ dern reflektierte Signale aufnehmen können. Die passiven Transponder können lediglich bei Aufnahme eines Abfragesignals ein Informationssignal zurücksen­ den. Bei dem bekannten System handelt es sich um ein Verkehrsinformationssy­ stem, bei dem sowohl statische als auch dynamische Informationen an das Fahr­ zeug bzw. den Fahrer vermittelt werden können. Hierzu sind passive Transpon­ der notwendig, deren Informationsgehalt zu jeder Zeit verändert werden kann. Dieses erfordert jedoch eine Vernetzung der passiven Transponder mit Stationen, Sensoren oder ähnlichem, was einen hohen, technischen und finanziellen Auf­ wand benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu entwickeln, das eine wesentliche Vereinfachung gegenüber dem bekann­ ten System darstellt und universell anwendbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch Anwendung von batterielosen Transpondern ist ein sehr einfaches Infor­ mationssystem geschaffen, bei dem, ähnlich wie bei Streckenschildern, die Trans­ ponder nur am Rand oder entlang einer Strecke angebracht zu werden brauchen und keine Vernetzung für Strom- und Informationsversorgung benötigen. Als Strecken werden sowohl Straßen als auch Schienen, Flüsse, Gänge in Fabrikhal­ len, etc. verstanden.
Batterielose Transponder zur Übertragung von gespeicherten Meßdaten bzw. Nachrichten an einen als Abfragegerät bestehenden Empfangs- und Sendeteil sind zwar beispielsweise aus DE 39 20 666 und 40 04 196 bekannt. Diese werden jedoch zur Identifizierung von Tieren verwendet. Die Tiere werden mit den Trans­ pondern ausgestattet, die sie als Ohrenmarken oder dergleichen tragen. Ein ent­ sprechend installiertes Abfragegerät sendet zum Abrufen der gespeicherten Meßdaten einen HF-Abfrageimpuls aus, wodurch der Transponder mit einer Ver­ sorgungsspannung geladen wird und damit die Nachrichtsignale aussenden kann. Es handelt sich hierbei aber um kleine Datenmengen und um geringe Reichweiten, wobei außerdem kaum Relativbewegungen zwischen Transponder und Abfragegerät zu verzeichnen sind.
Beim Anmeldungsgegenstand geht es dagegen um ein universell einsetzbares System, das in Fällen, wie beim Straßennetz zur Überwindung von Strecken von mehreren Metern ausgelegt sein muß, die gekennzeichnet sind durch die Abstän­ de vom Fahrzeug, das sich beispielsweise auf einer Überholspur befindet, und den am Straßenrand vorgesehenen Transpondern. Bei dieser Reichweite wird das Sende-Empfangsgerät, das während der Fahrt durchgehend Strahlenenergie aus­ sendet, aufgrund diffuser Reflexion - verursacht durch Zäune, Büsche, Bauten, die als Signale aller Art auch empfangen werden -, untauglich gemacht.
Dem wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch begegnet, daß die passiven Transponder so ausgelegt werden, daß sie eine empfangene, polarisier­ te Strahlungsenergie, moduliert und/oder gedreht und/oder codiert, zurück­ strahlen, so daß eine eindeutige Erkennung bzw. Selektion der empfangenen Strahlen nach angebrachter Demodulation und Decodierung möglich ist.
Bei diesem Verfahren erhält der Transponder vom SE-Gerät beispielsweise verti­ kal polarisierte Strahlungsenergie bestimmter Frequenz. Der Tansponder ist vor­ zugsweise so ausgelegt, daß er zumindest einen Teil dieser Energie horizontal po­ larisiert, moduliert und codiert zum SE-Gerät zurückstrahlt.
Es ist aber auch möglich, durch Modulation und Codierung der Rückstrahlung al­ leine ebenfalls eine Selektion der Rückstrahlung vom Transponder gegenüber Rückstrahlungen von der Umgebung zu erreichen. Vorzugsweise ist die Rück­ strahlung codiert, moduliert und polarisiert, vorzugsweise horizontal polarisiert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden passive Transponder mit über 50 Bit, vorzugsweise über 100 oder gar mit 250 bis 500 Bits Speicherkapazität ver­ wendet. Damit können die Transponder vielseitige Informationsträger für Fahr­ zeuge aller Art sein, die nicht nur Anzeigecharakter haben, sondern auch weiter­ verarbeitbare Informationen über einen Streckenverlauf, z. B. vollständige Anga­ be von Kurven, Steigungen, Querneigungen etc. liefern. Damit ist die Verwer­ tung von Informationen über das erfindungsgemäße Informationssystem in ei­ nem Antriebsmanagement des Fahrzeugs möglich, wodurch eine energieopti­ mierte Fahrweise durch elektronische Steuerungen möglich ist. In dieser Hinsicht können auch Richtgeschwindigkeiten oder Geschwindigkeitsbegrenzungen ver­ arbeitet werden, die von Transpondern induziert werden.
Damit das mit dem Fahrzeug sich bewegende SE-Gerät die Information vom Transponder noch erhält, die aufgrund der Energieausstrahlung reflektiert wur­ de, ist das SE-Gerät so ausgestattet, daß es ein Strahlungsfeld (z. B. in der Form ei­ ner Keule) erzeugt. Das Strahlungsfeld sollte so gestaltet sein, daß es eine Ge­ nauigkeit der Positionierung von ±1 m ermöglicht.
Die in den Transpondern gespeicherten Nachrichten können Streckenbeschrei­ bungen sein, z. B. eine Kurve, eine Neigung mit entsprechendem Winkel, die Ent­ fernung zu einem Objekt oder die Durchfahrtshöhe eines Tunnels, etc. Weitere Daten können sich auf den jeweiligen Standort beziehen, was für elektronische Streckenführgeräte geeignet ist, die z. B. dem Fahrer den Weg zu einem be­ stimmten Ziel angeben oder die nächste Stationsanzeige in einem Zug automa­ tisch auslöst. Ferner ist es möglich, den Nachrichtengehalt eines optischen Ver­ kehrsschildes in den Transponder einzuspeichern, so daß durch elektronische An­ steuerung das Fahrzeug sich automatisch auf den Inhalt des Schildes einstellt oder anderweitig auf den Antriebsstrang einwirkt. Damit können den Anforde­ rungen von schienen- oder trassengebundenen Fahrzeugen (Züge, Schiffe etc.) sowohl als auch den höchsten Anforderungen für Straßenfahrzeuge Genüge ge­ leistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das aus Empfangs- und Sendeteil gebildete Abfragegerät (SE-Gerät) mit einem Bordcomputer verbun­ den, über den die aufgenommene Nachricht nach verschiedenen Kriterien verar­ beitet werden kann, z. B. zur Anzeige auf einem Display, zur Steuerung des An­ triebssystems des Fahrzeugs, zur Ansteuerung einer Durchsage.
Es können ferner Bedienungsmittel vorgesehen werden, mit denen der Fahrer auch zeitlich zurückliegend empfangene Streckeninformationen abrufen kann, die dann auf einem Display angezeigt werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1. In einem Verkehrssystem, bestehend aus Strecken 10, Fahrzeugen 11 und am Streckenrand befindlichen Verkehrschildern 12 und Streckenpfosten 13 ist ein Informationssystem vorgesehen, das mehrere Transponder 14 und Sende- und Empfangs-(SE) Geräte 15 enthält. Die Transponder 14 sind am Streckenrand, ent­ weder an bestehenden Verkehrsschildern 12 und/oder an den Streckenpfosten 13, oder Landschaftskomponenten, wie Felsen, Häuser, Bäume usw. oder auf dem Streckenboden angebracht. Die Transponder 14 sind passive Rücksender, die we­ der an einem Stromnetz angeschlossen sind, noch mit einer Batterie betrieben werden. Zur Ausstrahlung einer Information 16 erhält der Transponder 14 eine Strahlungsenergie 17 in Form von hochfrequenten Impulsen, die vom Sendeteil des SE-Gerätes 15 ausgesandt werden. Das Empfangsteil des SE-Gerätes 15 empfängt die rückgestrahlte Information 16, die dann in einem Computer 18 ver­ arbeitet wird.
Die eine Strecke 10 säumenden Transponder 14 enthalten vorprogrammierte, sta­ tische Informationen, die in der Regel von Transponder 14 zu Transponder 14 un­ terschiedlich sein werden. Ein großer Teil dieser zu übertragenden Daten zwi­ schen Transponder 14 und Fahrzeug 11 besteht aus Informationen, die unmittel­ bar in der Nähe des betreffenden Transponders 14 ihre Gültigkeit haben. Es kön­ nen verschiedene Informationsgruppen eingespeichert werden.
Es wird beispielsweise ein Tunnel 20 mit einem Dateninhalt angegeben, der eine Aussage z. B. über die Breite b, die Höhe h und die Länge l des Tunnels erfaßt und gegebenenfalls auch über Kurven und Neigungen, wenn diese im Tunnel vor­ kommen. Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines derartigen Tunnels.
Eine Querneigung der Strecke 10 kann mit dem Neigungswinkel ±α (Fig. 3) und die Längsneigung mit einem Neigungswinkel ±β (Fig. 4) beschrieben werden.
Weitere Streckenverlaufsbeschreibungen sind beispielsweise Kurvenbeschreibun­ gen, (Fig. 5), die durch Radien r1-r6 und Bogenlängen L1, L2 beschrieben werden, Angaben über Kreuzungen, etc.
Der Inhaltsgehalt von bisherigen Straßenschildern bei Straßennetzen kann als weiterer Informationssatz in die Transponder 14 eingebracht werden, wie z. B. Geschwindigkeitsbeschränkungen, Stoppanweisungen, Vorfahrtsanordnungen usw.
Sinnvoll ist ferner ein Informationssatz, der zur Identifizierung des Transponders und zur Ortsermittlung des Fahrzeugs dient. Diese Information beinhaltet die Auskunft über die Strecke und die Position des Fahrzeugs bzw. des Transponders auf der Strecke.
Die Transponder 14 können so ausgelegt werden, daß sie jeweils zumindest eine Information aus jedem Informationssatz enthalten.
Auch die Nutzung der von Transpondern aufgenommenen Informationen kann vielseitig sein. Sie können zur Warnung vor einer Brücke, vor einem Tunnel, einer Höhenbeschränkung, einer Streckenneigung dienen. Die Information kann ande­ rerseits für die Ansteuerung eines automatisierten Antriebsmanagements be­ nutzt werden, indem Kurven, Streckenneigungen, Geschwindigkeitsbeschrän­ kungen zur Optimierung der Gangschaltung und des Kraftstoffverbrauches elek­ tronisch verarbeitet werden. Ferner dient das Informationssystem für Fahrten­ schreiber, automatische Leitsysteme, zur Kenntnisnahme für den Fahrer, zur An­ gabe von Entfernungen und Auslösen von Ansagen sowie zur Ortung des Fahr­ zeugs bei Unfällen.
Um die vorgenannten Informationen in Transponder einspeichern zu können, ist es erforderlich, daß diese eine ausreichende Speicherkapazität haben. Diese rich­ tet sich nach den Informationen, die einem Fahrzeug übertragen werden sollen. Für die Überwachung des dynamischen Zustands des Fahrzeugs wie auch für die Regelung eines automatischen Antriebsstrangs, insbesondere für Autos und Nutz­ fahrzeuge, ist die Information über den Streckenverlauf eine sehr wichtige Kom­ ponente. Diese bestehen in Neigungen ±α, ±β, Kurven 21, 22, Streckenbelag, etc.
Es können in einem Streckenabschnitt mehrere dieser Eigenschaften zusammen­ treffen, so daß die Informationen darüber von einem einzigen Transponder 14 übermittelt werden müssen. So könnte beispielsweise in einem Streckennetz eine S-Kurve 21, 22 bestehen, bei der ein besonderer Streckenbelag und Streckennei­ gungen im Bereich der Kurven sowie zusätzliche Streckenverkehrsinformationen berücksichtigt werden müssen. Es werden deshalb Transponder 14 bevorzugt, die eine Kapazität bis zu 500 Bits haben, um eine Vielzahl von Informationen aufneh­ men zu können.
Es ist natürlich auch möglich, Informationen zu teilen, z. B. bei einer S-Kurve, wird die erste Kurve mit einem ersten Transponder 14 und die zweite Kurve mit einem zweiten Transponder 14 angezeigt.
Ein weiterer Aspekt für die Realisierung des erfindungsgemäßen Informationssy­ stems ist die Auslegung von Transpondern derart, daß die zurückgestrahlten Sig­ nale besondere Charakteristik aufweisen, um eine Erkennung dieser Strahlen von Rückstrahlungen aus der Umgebung zu ermöglichen. Eine Modulierung und eine Codierung der Rückstrahlung 16 würde beispielsweise eine ausreichende Unter­ scheidungskraft gegenüber der von der Umwelt reflektierten Strahlung bewir­ ken. Im SE-Gerät 15 werden diese Signale dann decodiert und demoduliert. Auch die Verdrehung einer polarisierten Strahlung dient zur Identifizierung. Wenn beispielsweise der Transponder 14 vom Fahrzeug 11 bzw. vom SE-Gerät 15 verti­ kal polarisierte Strahlungsenergie 17 erhält, strahlt er einen kleinen Teil dieser Energie horizontal polarisiert 16 zum Fahrzeug 11 zurück.
Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wurden in Verbindung mit einem Straßennetz und Straßenfahrzeugen ausgeführt, weil ein Straßennetz aufgrund der Freibeweglichkeit eines Autos oder Nutzfahrzeuges die schwierig­ sten Anforderungen an ein Informationssystem stellt. Die Erfindung ist aber nicht auf ein Straßennetz eingeschränkt, sie ist vielmehr ebenso auf schienen- oder trassengebundene Fahrzeuge, auf Schiffahrt in Kanälen sowie auf solche Fahr­ zeugsysteme anwendbar, die relativ großräumigen Bewegungsbereich, wie in Fa­ brikhallen, Flughäfen etc., haben.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine mit Lkw′s belegte, dreispurige Strecke 10. Die im Fahrzeug angebrachten SE-Geräte 15 sind so ausgelegt, daß sie ein Strahlungs­ feld 23, z. B. in Form einer Keule aussenden, dessen Reichweite ca. 10 Meter be­ trägt und dessen weitester Durchmesser 24 so groß ist, daß beim Vorbeistreifen des Strahlungsfeldes 23 der Transponder 14 über die Mindestkommunikations­ zeit vom Strahlungsfeld 23 überflutet wird, das heißt, daß die Wirkstrecke 25 zwi­ schen Eintauchen und Heraustreten des Transponders 14 aus dem Strahlungsfeld 23 ausreicht, damit das SE-Gerät 18 die Rückstrahlung 16 vom Transponder 14 noch erhält. Auf der anderen Seite sollte das Strahlungsfeld 23 (das übrigens auch andere Konfigurationen haben kann) eine Ausdehnung haben oder so ausgelegt sein, daß die Positionsgenauigkeit (zwischen Fahrzeug 11 und Transponder 14 in Fahrtrichtung) etwa ±1 m ist. Die Rückstrahlung 16 sollte das Fahrzeug 11 so erreichen, daß der Abstand d in Fahrtrichtung zwischen SE-Gerät 15 und dem Transponder 14 die ±1 m nicht übersteigt. Bei einem wie in Fig. 6 dargestellten keulenförmigen Strahlungsfeld 23 würde das bedeuten, daß der Durchmesser 24 des Strahlungsfeldes 23 höchstens 2 m betragen darf, wenn er senkrecht von der Fahrzeugachse ausgestrahlt wird.
Für das SE-Gerät 15 wird ein Frequenzband um 5,8 GHz für zweckmäßig gehalten. Niedere Frequenzen führen zu voluminösen Anlagen und höhere Frequenzen bringen eine für die Energiezufuhr zu hohe Dämpfung mit sich.

Claims (10)

1. Informationssystem, bestehend aus mehreren entlang einer Strecke ange­ ordneten passiven Transpondern, in denen jeweils eine Nachricht gespei­ chert ist, und aus mindestens einem Sende- und Empfangsgerät (SE-Gerät) zur Aktivierung des Transponders und zur Aufnahme der Nachrichten, die in Fahrzeugen angebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die im Streckennetz (10) vorgesehenen Transponder batterielose Transponder (14) sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder (14) so ausgelegt sind, daß die von einem SE-Gerät empfangene polarisierte Strahlungsenergie (17) gedreht und/oder moduliert zurückgestrahlt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transpon­ der (14) so ausgelegt sind, daß in der Rückstrahlung (16) codierte Informa­ tion enthalten ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß Transponder (14) mit über 50 Bit, vorzugsweise 500 Bit-Speicher­ kapazität vorgesehen sind.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß ein dem Transponder (14) zugeordnetes SE-Gerät (15) mit einer Lei­ stung ausgelegt ist, die ausreicht, um eine Sendestrahlungslänge (l) von mehreren Metern zu bestreiten.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das SE-Gerät (15) zur Demodulation und Decodierung des vom Transponder (14) ausgesandten Rückstrahlung (16) ausgelegt ist.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das SE-Gerät (15) ein Strahlungsfeld (23) aufweist, das den Empfang der Rückstrahlung (16) in einem Bereich ermöglicht, bei dem der Abstand (d) zwischen SE-Gerät (15) und dem Transponder (14) in Fahrtrich­ tung höchstens ±1 m beträgt.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß ein mit dem SE-Gerät (15) verbundener Bordcomputer (18) zur Be­ arbeitung der empfangenen Informationen (16) vorgesehen ist.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bordcompu­ ter (18) mit einem Display zur Anzeige der empfangenen Informatio­ nen (16) ausgestattet und mit Bedienungsmitteln versehen ist, mit denen der Fahrer die Information abrufen kann.
10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bordcom­ puter (18) zur Beeinflussung oder Steuerung des Fahrzeug-Antriebsstrangs in Abhängigkeit der empfangenen Informationen (16) ausgelegt ist.
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