DE4411125C2 - Informationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Informationssystem, bestehend aus mehreren ent­ lang einer Strecke anbringbaren, passiven Transpondern, in denen jeweils eine Nach­ richt gespeichert ist, und aus mindestens einem Sende- und Empfangsgerät (SE-Gerät) zur Aktivierung des Transponders und zur Aufnahme der Nachrichten, wobei das SE-Gerät in einem Fahrzeug anbringbar ist, das sich entlang der Strecke bewegt.

Ein Identifikationssystem dieser Art für ein Straßennetz ist aus der DE 41 38 050 A1 bekannt. Fahrzeuge werden mit aktiven Transpondern ausgestattet, die Energiesignale aussenden und von am Straßenrand angeordneten passiven Transpondern aufbe­ reitete Signale aufnehmen können. Die passiven Transponder können lediglich bei Aufnahme eines Abfragesignals ein Informationssignal, das Identifikationscharakter und damit wenig Informationsgehalt hat, zurücksenden.

Aus der Zusatzanmeldung DE 41 42 091 A1 zur DE 41 38 050 A1 geht hervor, daß zur Erweiterung der Informationskapazität, das von einem passiven Transponder abge­ sandte Signal von einem in einem Hauptspeicher des Kraftfahrzeuges vorgesehenen Bordcomputer gespeicherte Daten auslesbar macht. Es sind also nur die Daten, die im Bordcomputer gespeichert sind, auslesbar. Wenn nun eine Änderung der Information erfolgt, weil z. B. ein weiterer passiver Transponder aufgestellt wurde, so müssen alle vorhandenen Bordcomputer in allen Fahrzeugen auf diesen neuen Stand gebracht werden. Abgesehen von den Kosten, wäre die Akzeptanz bei den Kunden für dieses System nicht gegeben.

Ein weiteres Informationssystem ist aus der DE 43 10 531 A1 bekannt. Bei dieser Ein­ richtung werden von einem in die Fahrbahn eingebauten Transponder, der über Ra­ diowellen, die von einer unter dem Fahrzeug angebrachten Antenne seine Energie be­ zieht, und einer Sende-/Empfangseinheit, die im Fahrzeug untergebracht ist, Informa­ tionen übertragen. Das System ist sehr teuer, da für jede Fahrspur Transponder in die Fahrbahn eingebaut werden müssen. Werden Änderungen in der Information gewün­ scht, so müssen entsprechend viele Transponder die veränderte Information erhalten. Bei einer Reparatur an der Straße oder Straßenoberfläche, z. B. Abfräsen der Oberflä­ che, müssen die Transponder entfernt und nach Fertigstellung der Straßenoberfläche wieder eingebaut werden. Ein Anbau der passiven Transponder an z. B. Trägern von Verkehrsschildern oder an entsprechende Baken am Straßenrand ist bei diesem Sy­ stem nicht möglich, da, wie in der DE 43 10 531 A1 beschrieben ist, die Anten­ nen-/Transponderanordnung bewußt so gewählt wurde, damit keine störenden Re­ flexionen des Sendesignals an Gebäuden oder anderen Gegenständen, beispielsweise von auf der Gegenfahrbahn vorbeifahrenden Fahrzeugen oder an Leitplanken, entste­ hen.

Das Identifikationssystem Tiris (Prospekt der Firma Texas Instruments über das System TIRIS, 1991, S. 2-7, 11-13) ist ähnlich aufgebaut wie der Erfindungsgegenstand der DE 41 38 050 A1. Allerdings ist der passive Transponder z. B. an einem Fahrzeug an­ gebracht. Durch einen starken Sendeimpuls aus dem "Reader", der z. B. von einem stationären Sendemast aus sendet und mit Strom versorgt ist, erhält der passive Transponder u. a. auch Energie für die Rücksendung von entsprechenden "einfachen" Signalen, womit z. B. ein Fahrzeug oder Container identifizierbar ist, ohne daß der Transponder mit Energie versorgt werden muß. Wollte man aus diesem Identifikations­ system ein Informationssystem machen, so müßten die "Reader" in Fahrzeugen einge­ baut sein und die passiven Transponder z. B. an den Straßenrändern stehen. Dieses System würde entweder infolge der geringen Information oder an der Vielzahl von passiven Transpondern, die man benötigen würde, scheitern. Außerdem ist, wie in der DE 43 10 531 A1 beschrieben, wegen sich ständig ändernder Stör-Reflexionen, die an Häuserfronten u. ä. entstehen, das System nicht brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu entwickeln, das eine wesentliche Vereinfachung gegenüber dem bekannten System darstellt und universell anwendbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch Anwendung von batterielosen Transpondern ist ein sehr einfaches Informations­ system geschaffen, bei dem, ähnlich wie bei Streckenschildern, die Transponder nur am Rand oder entlang einer Strecke angebracht zu werden brauchen und keine Ver­ netzung für Strom- und Informationsversorgung benötigen. Als Strecken werden sowohl Straßen als auch Schienen, Flüsse, Gänge in Fabrikhallen, etc. verstanden.

Batterielose Transponder zur Übertragung von gespeicherten Meßdaten bzw. Nach­ richten an einen als Abfragegerät bestehenden Empfangs- und Sendeteil sind zwar beispielsweise aus DE 39 20 666 A1 und 40 04 196 C1 bekannt. Diese werden jedoch zur Identifizierung von Tieren verwendet. Die Tiere werden mit den Transpondern aus­ gestattet, die sie als Ohrenmarken oder dergleichen tragen. Ein entsprechend instal­ liertes Abfragegerät sendet zum Abrufen der gespeicherten Meßdaten einen HF-Ab­ frageimpuls aus, wodurch der Transponder mit einer Versorgungsspannung geladen wird und damit die Nachrichtsignale aussenden kann. Es handelt sich hierbei aber um kleinste Datenmengen. Außerdem sind nur geringe Relativbewegungen zwischen Transponder und Abfragegerät zu verzeichnen.

Beim Anmeldungsgegenstand geht es dagegen um ein universell einsetzbares Infor­ mationssystem, insbesondere für den Straßenverkehr. Ein herkömmliches Sende- Empfangsgerät, das während der Fahrt durchgehend Strahlenenergie aussendet, ist aufgrund diffuser Reflexion - verursacht durch Zäune, Büsche, Bauten, die als Signale auch empfangen werden - untauglich.

Dem wird gemäß der Erfindung dadurch begegnet, daß die passiven Transponder so ausgelegt sind, daß sie nur polarisierte Strahlungsenergie empfangen und dazu ver­ wenden, daß sie Informationen bzw. Nachrichten in Form von polarisierten Radiowellen, moduliert und/oder gedreht und/oder codiert, absenden. Damit ist eine eindeutige Erkennung bzw. Selektion der empfangenen Strahlen im SE-Gerät nach durchgeführter Demodulation und Decodierung möglich.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden passive Transponder mit über 50 Bit, vorzugsweise über 100 oder gar mit 250 bis 500 Bits Speicherkapazität verwendet. Damit können die Transponder vielseitige Informationsträger für Fahrzeuge aller Art sein, die nicht nur Anzeigecharakter haben, sondern auch weiterverarbeitbare Infor­ mationen über einen Streckenverlauf, z. B. vollständige Angabe von Kurven, Stei­ gungen, Querneigungen etc. liefern. Damit ist die Verwertung von Informationen über das erfindungsgemäße Informationssystem in einem Antriebsmanagement des Fahr­ zeugs möglich, wodurch eine energieoptimierte Fahrweise durch elektronische Steue­ rungen möglich ist. In dieser Hinsicht können auch Richtgeschwindigkeiten oder Ge­ schwindigkeitsbegrenzungen verarbeitet werden, die von Transpondern induziert wer­ den.

Damit das mit dem Fahrzeug sich bewegende SE-Gerät die Information vom Transpon­ der noch erhält, die aufgrund der Energieausstrahlung reflektiert wurde, ist das SE-Gerät so ausgestattet, daß es ein Strahlungsfeld (z. B. in der Form einer Keule) er­ zeugt. Das Strahlungsfeld sollte so gestaltet sein, daß es eine Genauigkeit der Posi­ tionierung von ± 1 m ermöglicht.

Die in den Transpondern gespeicherten Nachrichten können Streckenbeschreibungen sein, z. B. eine Kurve, eine Neigung mit entsprechendem Winkel, die Entfernung zu einem Objekt oder die Durchfahrtshöhe eines Tunnels, etc. Weitere Daten können sich auf den jeweiligen Standort beziehen, was für elektronische Streckenführgeräte geeig­ net ist, die z. B. dem Fahrer den Weg zu einem bestimmten Ziel angeben oder die nächste Stationsanzeige in einem Zug automatisch auslöst. Ferner ist es möglich, den Nachrichtengehalt eines optischen Verkehrsschildes in den Transponder einzuspei­ chern, so daß durch elektronische Ansteuerung das Fahrzeug sich automatisch auf den Inhalt des Schildes einstellt oder anderweitig auf den Antriebsstrang einwirkt. Damit können den Anforderungen von schienen- oder trassengebundenen Fahrzeugen (Züge, Schiffe etc.) sowohl als auch den höchsten Anforderungen für Straßenfahrzeu­ ge Genüge geleistet werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das aus Empfangs- und Sende­ teil gebildete Abfragegerät (SE-Gerät) mit einem Bordcomputer verbunden, über den die aufgenommene Nachricht nach verschiedenen Kriterien verarbeitet werden kann, z. B. zur Anzeige auf einem Display, zur Steuerung des Antriebssystems 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 Verkehrsschildern 12 und Streckenpfosten 13 ist ein Infor­ mationssystem vorgesehen, das mehrere Transponder 14 und Sende- und Empfangs- (SE) Geräte 15 enthält. Die Transponder 14 sind am Streckenrand, entweder an beste­ henden Verkehrsschildern 12 und/oder an den Streckenpfosten 13, oder Landschafts­ komponenten, wie Felsen, Häuser, Bäume usw. oder auf dem Streckenboden ange­ bracht. Die Transponder 14 sind passive Rücksender, die weder 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 die direkte Nachricht enthält. Der Bordcomputer 18 wird zur Umsetzung der Informa­ tion, z. B. zur Antriebsstrang-Regelung, eingesetzt. Er dient nicht zur Umsetzung des Signals, das von einem passiven Transponder abgesandt wurde, in eine verwertbare Information. Die eine Strecke 10 säumenden Transponder 14 enthalten vorprogram­ mierte, statische Informationen, die in der Regel von Transponder 14 zu Transponder 14 unterschiedlich sein werden. Ein großer Teil dieser zu übertragenden Daten zwi­ schen Transponder 14 und Fahrzeug 11 besteht aus Informationen, die unmittelbar in der Nähe des betreffenden Transponders 14 ihre Gültigkeit haben. Es können ver­ schiedene 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 vorkommen.

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 Nei­ gungswinkel ±β (Fig. 4) beschrieben werden. Weitere Streckenverlaufsbeschreibungen sind beispielsweise Kurvenbeschreibungen (Fig. 5), die durch Radien r₁-r₆ und Bo­ genlängen L₁, L₂ beschrieben werden, Angaben über Kreuzungen, etc. Der Inhaltsge­ halt von bisherigen Straßenschildern bei Straßennetzen kann als weiterer Informations­ satz in die Transponder 14 eingebracht werden, wie z. B. Geschwindigkeitsbeschrän­ kungen, Stoppanweisungen, Vorfahrtsanordnungen usw. Sinnvoll ist ferner ein Infor­ mationssatz, 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.

Auch die Nutzung der von Transpondern aufgenommenen Informationen kann vielseitig sein. Sie können zur Warnung vor einer Brücke, vor einem Tunnel, einer Höhenbe­ schränkung, einer Streckenneigung dienen. Die Information kann andererseits für die Ansteuerung eines automatisierten Antriebsmanagements benutzt werden, indem Kur­ ven, Streckenneigungen, Geschwindigkeitsbeschränkungen zur Optimierung der Gang­ schaltung und des Kraftstoffverbrauches elektronisch verarbeitet werden. Ferner dient das Informationssystem für Fahrtenschreiber, automatische Leitsysteme, zur Kenntnis­ nahme für den Fahrer, zur Angabe von Entfernungen und Auslösen von Ansagen so­ wie zur Ortung des Fahrzeugs bei Unfällen.

Um die vorgenannten Informationen in Transponder einspeichern zu können, ist es erforderlich, daß diese eine ausreichende Speicherkapazität haben. Diese richtet sich nach den Informationen, die einem Fahrzeug übertragen werden sollen. Insbesondere ist für Nutzfahrzeuge die Überwachung des dynamischen Zustands des Fahrzeugs, die automatische Regelung eines Antriebsstrangs und die Information über den Strecken­ verlauf eine sehr wichtige Komponente. Diese bestehen in Neigungen ±α, ±β, Kurven 21, 22, Streckenbelag, etc.

Es können in einem Streckenabschnitt mehrere dieser Eigenschaften zusammentref­ fen, 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 Streckenneigungen 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 aufnehmen 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 Informationssystems ist die Auslegung von Transpondern derart, daß die zurückgestrahlten Signale polari­ siert sind, um eine Erkennung dieser Strahlen von Rückstrahlungen aus der Umgebung zu ermöglichen. Im SE-Gerät 15 werden diese Signale dann decodiert und demoduliert. Auch die Verdrehung einer polarisierten Strahlung dient zur Identifizierung. Wenn bei­ spielsweise der Transponder 14 vom Fahrzeug 11 bzw. vom SE-Gerät 15 vertikal pola­ risierte Strahlungsenergie 17 erhält, strahlt er einen kleinen Teil dieser Energie hori­ zontal 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 schwierigsten Anforderun­ gen an ein Informationssystem stellt. Die Erfindung ist aber nicht auf ein Straßennetz eingeschränkt, sie ist vielmehr ebenso auf schienen- oder trassengebundene Fahrzeu­ ge, auf Schiffahrt in Kanälen sowie auf solche Fahrzeugsysteme anwendbar, die relativ großräumigen Bewegungsbereich, wie in Fabrikhallen, 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 beträgt und dessen weitester Durchmesser 24 so groß ist, daß beim Vorbeistreifen des Strah­ lungsfeldes 23 der Transponder 14 über die Mindestkommunikationszeit vom Strah­ lungsfeld 23 überflutet wird, das heißt, daß die Wirkstrecke 25 zwischen Eintauchen und Heraustreten des Transponders 14 aus dem Strahlungsfeld 23 ausreicht, damit das SE-Gerät 15 die Rückstrahlung 16 vom Transponder 14 noch erhält. Auf der ande­ ren Seite sollte das Strahlungsfeld 23 (das übrigens auch andere Konfigurationen ha­ ben kann) eine Ausdehnung haben oder so ausgelegt sein, daß die Positionsgenauig­ keit (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 Fahrtrich­ tung 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 bedeu­ ten, 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 (7)

1. Informationssystem, bestehend aus mehreren entlang einer Fahrstrecke ange­ ordneten Transpondern (14), in denen jeweils Nachrichten gespeichert sind, und aus mindestens einem Sende-Empfangsgerät (SE-Gerät) (15), das Teil eines Fahrzeugs (11) ist und zur Aktivierung der Transponder (14) sowie zur Aufnahme der von einem aktivierten Transponder (14) abgesandten Nachrichten (16) dient, dadurch gekennzeichnet, daß das SE-Gerät (15) polarisierte Strahlungsenergie (17) zum Transponder sen­ det, der dann die erhaltene Strahlungsenergie (17) zum Ablesen von Daten aus dem Speicher und Erstellen von modulierten und codierten Nachrichten sowie zum Rücksenden dieser Nachrichten in Form von horizontal oder vertikal polari­ sierten Radiowellen (16) zum SE-Gerät (15) umsetzt.

2. Informationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem SE-Gerät (15) eine eindeutige Erkennung bzw. Selektion der empfangenen Nachrichten von den sonstigen Reflexionen der Radiowellen nach durchgeführter Demodulation und Decodierung durchführbar ist.

3. Informationssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder (14) auf die Absendung von Nachrichten mit über 50 Bit, vorzugsweise 500 Bit Rücksendeinformation ausgelegt sind.

4. Informationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das SE-Gerät (15) auf eine Leistung ausgelegt ist, die aus­ reicht, um eine begrenzte Sendestrahllänge (l) von mehreren Metern sicherzustel­ len.

5. Informationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das SE-Gerät (15) ein Strahlungsfeld (23) aufweist, das den Empfang der Rückstrahlung (16) in einem Bereich ermöglicht, bei dem der Ab­ stand zwischen SE-Gerät (15) und einem Transponder (14) in Fahrtrichtung höch­ stens ± 1 m beträgt.

6. Informationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem SE-Gerät (15) ein Bordcomputer (18) zugeordnet ist, der zur Beeinflussung oder Steuerung des Fahrzeugantriebsstranges in Abhängigkeit der empfangenen Informationen (16) ausgelegt ist.

7. Informationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord­ computer (18) mit einem Display zur Anzeige von Informationen (16) verbunden ist und im Fahrzeug Bedienungsmittel vorgesehen sind, mit denen der Fahrer die vom Bordcomputer aufbereiteten Informationen (16) abrufen kann.