DE602004004591T2

DE602004004591T2 - Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeuges im Bezug auf ein anderes Fahrzeug, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE602004004591T2
Application number: DE602004004591T
Authority: DE
Inventors: c/o C.R.F. Gianfranco Burzio
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: US7149624B2; ES2279335T3; EP1643267B1; ATE353140T1; EP1643267A1; US20060074548A1; DE602004004591D1; EP1643267B9

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen Fahrzeug, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Wie bekannt ist, sind Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen Fahrzeug vorgeschlagen worden, die Techniken eines Radartyps oder eines Satellitenortungstyps verwenden. Die Verwendung von Radar für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich zeigt hohe Kosten und nicht immer eine ausreichende Leistung. Dafür kann eine Satellitenortung, wenn nicht kostspielige Systeme verwendet werden, nicht die erforderliche Genauigkeit für die Anwendungen erreichen, die die Aufgabe der Bestimmung der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen Fahrzeug haben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen Fahrzeug, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das sehr einfach ist und keine komplizierten Techniken für seine Implementierung erfordert.
Die oben erwähnte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, dass sie sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen Fahrzeug bezieht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:

– Berechnen des Abstandes d₀ zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrzeug zu einem Zeitpunkt T₀;
– Messen der Verlagerung des ersten Fahrzeugs relativ zu einem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das erste Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_r1, y_r1, z_r1 des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt T₁;
– Messen der Verlagerung des zweiten Fahrzeugs relativ zu einem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das zweite Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_s1, y_s1, z_s1 des Fahrzeugs zum Zeitpunkt T₁;
– Berechnen des Abstandes d₁ zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₁;
– Messen der Verlagerung des ersten Fahrzeugs relativ zu dem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das erste Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_r2, y_r2, z_r2 des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt T₂;
– Messen der Verlagerung des zweiten Fahrzeugs relativ zu dem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, an dem das zweite Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_s2, y_s2, z_s2 des Fahrzeugs zu dem Zeitpunkt T₂; und
– Berechnen des Abstandes d₂ zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₂ und Verwenden der Informationen bezüglich der Abstände und der Positionen, um die Position eines Fahrzeugs relativ zu dem anderen Fahrzeug zu bestimmen.

Die Erfindung wird nun mit besonderem Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert, die eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung darstellt und in der:
1 eine schematische Veranschaulichung eines Systems zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist, das das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
2a und 2b Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Berechnung der Position eines Fahrzeugs relativ zu dem anderen zwischen zwei Fahrzeugen veranschaulichen;
3 das in der vorliegenden Erfindung für die Berechnung des Abstands zwischen zwei Fahrzeugen verwendete Verfahren veranschaulicht;
4 ein Bezugssystem zeigt, in dem die Größen, die die Verlagerung eines Fahrzeugs beschreiben, gegeben sind; und
5 Betrachtungen einer geometrischen Beschaffenheit veranschaulicht, auf deren Grundlage die Position eines Fahrzeugs relativ zu dem anderen unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung über die Messungen der Abstände und der Verlagerungen berechnet wird.
In 1 ist ein System zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem weiteren Fahrzeug, das das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, als Ganzes mit 1 bezeichnet.
In dem veranschaulichten Beispiel sind zur Einfachheit der Beschreibung zwei Fahrzeuge gezeigt; wobei in jedem Fall klar ist, wie das System mit irgendeiner Anzahl von Fahrzeugen arbeitet.
Insbesondere umfasst das System 1 eine elektronische Einheit 2a, die in einem ersten Fahrzeug 3 (insbesondere einem Kraftfahrzeug) angeordnet ist, und eine elektronische Einheit 2b, die in einem zweiten Fahrzeug 4 (insbesondere einem Kraftfahrzeug) angeordnet ist.
Jede elektronische Einheit 2a, 2b ist mit einem Funkkommunikationssystem 5a, 5b mit kurzer Reichweite (eines bekannten Typs) versehen, das zum Übertragen eines Erkennungssignals eines im Voraus festgelegten Typs ausgelegt ist, und das zum Erkennen des Bezugssignals, wenn es durch ein weiteres Fahrzeug übertragen wird, ausgelegt ist.
Die 2a und 2b veranschaulichen die Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Berechnung der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen.
Zu Beginn sendet die elektronische Einheit 2a des ersten Fahrzeugs ein Kennungssignal (Block 100) mittels des Funkkommunikationssystems 5a mit kurzer Reichweite, das einen geeigneten Kommunikationskanal verwendet und sich gleichzeitig selbst in einen Wartezustand für äquivalente Signale setzt, die in Reaktion darauf von dem Kommunikationssystem mit kurzer Reichweite eines weiteren Fahrzeugs ankommen. Diese Prozedur kann auch gleichzeitig zwischen mehreren Fahrzeugpaaren gestartet werden.
In dem Augenblick, wenn ein zweites Fahrzeug das Kennungssignal (Block 110) empfängt, startet es eine Erkennungsprozedur (Block 120), die vorgesehen ist, um zu überprüfen, ob das erste Fahrzeug bereits zuvor lokalisiert worden ist.
Wenn das Fahrzeug schon erkannt worden ist, wird die Lokalisierungsprozedur unterbrochen. Wenn stattdessen das Fahrzeug noch nicht erkannt worden ist, sendet das zweite Fahrzeug ein Kennungssignal (Block 130) an das erste Fahrzeug, das, falls das Kennungssignal des zweiten Fahrzeugs empfangen worden ist (Block 140), eine Synchronisationsanforderung an das zweite Fahrzeug sendet (Block 150), um eine erste Abstands- und Verlagerungsmessung auszuführen.
Falls das durch das zweite Fahrzeug gesendete Kennungssignal nicht empfangen worden ist, startet das erste Fahrzeug die Erkennungsprozedur erneut (Blöcke 100,140).
Bei Erkennen des Synchronisationssignals seitens des zweiten Fahrzeugs (Block 160), wird anschließend ein Signal übertragen (Ausgang ja von Block 160), das anzeigt, dass eine Synchronisation erfolgt ist, wobei dem Block 160 ein Block 170 folgt, der (mit Modalitäten, die im Nachfolgenden näher erläutert werden) den Abstand d₀ zwischen den zwei Fahrzeugen zum Synchronisationszeitpunkt T₀ berechnet. Der gemessene Wert des Abstands d₀ wird gespeichert.
Falls das Synchronisationssignal nicht erkannt worden ist (Ausgang nein von Block 160) folgt dem Block der Block 150, der den Synchronisierungsversuch wiederholt.
Bei einer Synchronisation beginnt anschließend das erste Fahrzeug (Block 180) das Messen seiner eigenen dreidimensionalen Verlagerung x_r1, y_r1, z_r1 relativ zu einem kartesischen Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das erste Fahrzeug zum Synchronisationszeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, wobei die X-Achse in Richtung Norden orientiert ist und die Y-Achse in Richtung Westen orientiert ist. Wie im Folgenden klarer erläutert wird, ist das Fahrzeug mit einem Kompass, einem Kilometerzähler und einem Neigungsmesser versehen, um die Messung der Verlagerung durchführen zu können. Gleichzeitig mit den Operationen von Block 180 beginnt das zweite Fahrzeug (Block 190), seine eigene dreidimensionale Verlagerung x_s1, y_s1, z_s1 relativ zu einem kartesischen Bezugssystem zu messen, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das zweite Fahrzeug zu dem Synchronisationszeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, wobei die X-Achse in Richtung Norden orientiert ist und die Y-Achse in Richtung Westen orientiert ist.
Außerdem muss in diesem Fall das Fahrzeug mit einem Kompass, einem Kilometerzähler und einem Neigungsmesser versehen sein, um die Messung der Verlagerung durchführen zu können.
Die zwei Bezugssysteme besitzen folglich jeweils X-, Y- und Z-Achsen, die jeweils parallel sind; d. h., die beiden Bezugssysteme weisen die gleiche Orientierung auf.
Die Messung der Verlagerung wird durch die zwei Fahrzeuge für ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall T₁ – T₀ ausgeführt, wobei zum Zeitpunkt T₁ die gemessenen Verlagerungswerte x_r1, y_r1, z_r1 und x_s1, Y_s1, z_s1 gelesen und gespeichert werden. Somit sind die Positionen x_r1, y_r1, z_r1 und x_s1, y_s1, z_s1 der Fahrzeuge zum Zeitpunkt T₁ erfasst.
Am Ende der Operationen der Blöcke 180, 190 sendet das erste Fahrzeug eine zweite Synchronisationsanforderung (Block 200) an das zweite Fahrzeug, um eine zweite Berechnung des Abstands d₁ zum Zeitpunkt T₁ durchführen zu können.
Nachdem es sich mit dem zweiten Fahrzeug synchronisiert hat (Block 210), berechnet das erste Fahrzeug den Abstand d₁ zwischen den Fahrzeugen zum Zeitpunkt T₁ (Block 220). Der gemessene Wert des Abstands d₁ wird gespeichert.
Dem Block 220 folgt ein Block 230, der die Messung der dreidimensionalen Verlagerung x_r2, Y_r2, z_r2 des ersten Fahrzeugs relativ zu dem kartesischen Bezugssystem durchführt, dessen Ursprung sich wiederum an dem Punkt befindet, wo das erste Fahrzeug zum Synchronisationszeitpunkt T₀ lokalisiert wurde.
Gleichzeitig mit den Operationen von Block 230 misst das zweite Fahrzeug (Block 240) seine eigene dreidimensionale Verlagerung x_s2, y_s2, z_s2, relativ zu dem kartesischen Bezugssystem, dessen Ursprung sich wiederum an dem Punkt befindet, wo das zweite Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde.
Die Messung der Verlagerung wird durch die zwei Fahrzeuge für ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall T₂ – T₀ ausgeführt, wobei die zum Zeitpunkt T₂ gemes senen Verlagerungswerte x_r2, y_r2, z_r2 und x_s2, y_s2, z_s2 gelesen und gespeichert werden. Somit sind die Positionen x_r2, y_r2, z_r2 und x_s2, y_s2, z_s2 der Fahrzeuge zum Zeitpunkt T₂ erfasst.
Den Blöcken 230, 240 folgt ein Block 250, der die Berechnung des Abstands d₂ zwischen den zwei Fahrzeugen zum Zeitpunkt T₂ ausführt. Außerdem wird in diesem Fall der berechnete Wert des Abstands d₂ gespeichert.
Dem Block 250 folgt ein Block 260, der das zweite Fahrzeug nach den Ergebnissen der Berechnungen fragt, die in den vorherigen Messungen ausgeführt worden (Block 260), d. h. die Positionen x_s1, Y_s1, z_s1 und x_s2, y_s2, z_s2.
Die Ergebnisse werden durch einen Block 270 übertragen. Nach Empfang der Ergebnisse berechnet ein Block 280 die Position jedes Fahrzeugs relativ zu dem anderen entsprechend den drei gemessenen Abständen d₀, d₁ und d₂ sowie den den Positionen x_r1, y_r1, Z_r1; x_r2, y_r2, z_r2; x_s1, y_s1, z_s1 und x_s2, y_s2, z_s2, die zu den Zeitpunkten T₁ und T₂ ermittelt worden. Insbesondere wird in dem bevorzugten Ausführungsformbeispiel ein Gleichungssystem des folgenden Typs gelöst: x2 + y2 + z2 = d0 2 (x – x1)2 + (y – y1)2 + (z – z1)2 = d1 2 (x – x2)2 + (y – y2)2 + (z – z2)2 = d2 2 wobei
x₁ = x_r1 – x_s1 x₂ = x_r2 – x_s2
y₁ = y_r1 – y_s1 y₂ = y_r2 – y_s2
z₁ = z_r1 – z_s1 z₂ = z_r2 – z_s2
und das im Ergebnis die Werte x, y und z liefert, die im Bezugssystem des ersten Fahrzeugs die Position des zweiten Fahrzeugs relativ zu dem ersten Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ repräsentieren.
Die Lösung des Gleichungssystems (d. h. die Position jedes Fahrzeugs relativ zu dem anderen) wird danach von dem ersten Fahrzeug an das zweite Fahrzeug gesendet (Block 290), das sie nach ihrem Empfang speichert (Block 295).
In 3 sind die Operationen veranschaulicht, die in der vorliegenden Erfindung zur Berechnung des Abstands zwischen zwei Fahrzeugen durchgeführt werden.
Zu Beginn sendet jede elektronische Einheit 2a, 2b (Block 300) ein Zählbeginn-Signal mittels des Funkkommunikationssystems mit kurzer Reichweite (Block 310) und startet zum selben Zeitpunkt einen internen lokalen Zähler (Block 300), der die Zeit Tc zählt, die seit dem Senden des Zählbeginn-Signals verstrichen ist.
Das Zählbeginn-Signal breitet sich mit einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug aus, wobei es dann, wenn es durch das Kommunikationssystem des zweiten Fahrzeugs empfangen wurde, die Aktivierung (Block 320) eines internen lokalen Zählers steuert, der so beschaffen ist, dass er ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall ΔTr zählt.
Am Ende des im Voraus festgelegten Zeitintervalls ΔTr (Block 330) sendet die elektronische Einheit des zweiten Fahrzeugs mittels des Kommunikationssystems mit kurzer Reichweite ein Zählende-Signal (Block 350) an das Fahrzeug, das das Zählbeginn-Signal erzeugt hat. Das Zählende-Signal breitet sich mit einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, zwischen dem zweiten Fahrzeug und dem ersten Fahrzeug aus.
Das Zeitintervall ΔTr hat die Aufgabe einer zeitlichen Trennung der Empfangs- und Übertragungszeitpunkte der Signale für den Beginn und das Ende einer Zählung. Auf diese Weise ist es möglich, eine einfache Vorrichtung zu schaffen, bei der die Übertragungs- und Empfangsschritte des Signals nicht gleichzeitig durchgeführt werden müssen.
Wenn das Zählende-Signal durch die elektronische Einheit des Fahrzeugs, das das Zählbeginn-Signal erzeugt hat, empfangen wurde (Block 340), wird der lokale Zähler angehalten (Block 360), wobei das durch den lokalen Zähler gemessene Zeitintervall Tc erfasst wird, d. h. die zwischen der Erzeugung des Zählbeginn-Signals und dem Empfang des Zählende-Signals verstrichene Zeit.
Das Zeitintervall Tc ist im Wesentlichen gleich dem im Voraus festgelegten Zeitintervall ΔTr, verlängert um die Zeit, die für die Ausbreitung des elektromagnetischen Signals für den Beginn einer Zählung und für das Ende einer Zählung von einem Fahrzeug zum anderen benötigt wird.
An diesem Punkt berechnet die elektronische Einheit (Block 370) die Ausbreitungszeit Tp des elektromagnetischen Signals als die Differenz zwischen dem Zeitintervall Tc (gemessen) und dem im Voraus festgelegten Zeitintervall ΔTr (festgelegt), d. h.: Tp = Tc – ΔTr – Tdwobei Td die Verzögerungen berücksichtigt, die in der elektronischen Einheit 2b und in dem Kommunikationssystem 5b mit kurzer Reichweite erzeugt werden.
Schließlich (Block 380) wird der Abstand D zwischen den zwei Fahrzeugen berechnet als: D = Tp/2Cwobei C die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Signals ist (die gleich der Lichtgeschwindigkeit ist) und Tp die Ausbreitungszeit ist.
Die Ausbreitungszeit Tp wird durch zwei geteilt, um den Hin- und Herweg, den das elektromagnetische Signal (Zählbeginn-Signal/Zählende-Signal) zwischen den zwei Fahrzeugen zurücklegt, zu berücksichtigen.
Mit dem System gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, sehr genaue Uhren in den zwei Fahrzeugen zu verwenden, wobei es jedoch ausreicht, sehr genaue Zähler zu verwenden, z. B. mit Quarzsystemen hergestellte Zähler.
Bei einer Nanosekundengenauigkeit ist es möglich, Messungen mit einem räumlichen Fehler von etwa 15 Zentimetern zu zielen, was für viele Anwendungen ausreichend ist. Je genauer der Zähler ist, desto größer ist die Berechnungsgenauigkeit des Abstands.
Unter Verwendung des Kommunikationssystems mit kurzer Reichweite können beide Fahrzeuge die in dem Ablaufplan von 2 beschriebenen Operationen neutral durchführen, d. h., jedes Fahrzeug kann das Zählbeginn-Signal oder das Zählende-Signal neutral erzeugen.
Der gesamte Prozess kann in sehr kurzen Zeitintervallen, kürzer als ein Zehnmillionstel einer Sekunde, erfolgen. Selbst wenn zwei Fahrzeuge mit sehr hoher Geschwindigkeit einander kreuzen, bewegen sie sich in diesem Zeitintervall nicht mehr als einen Bruchteil eines Millimeters.
Anhand der Beschreibung der Schritte, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung kennzeichnen (2), ist ersichtlich, wie die Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen erhalten wird, wobei es erforderlich ist, Messungen durchzuführen, die zusätzlich zu der Erfassung des Abstands voneinander Daten bezüglich der von den Fahrzeugen ausgeführten Verlagerungen zu aufeinander folgenden Zeitpunkten liefern.
4 zeigt ein kartesisches Bezugssystem, in dem die durch einen Kilometerzähler, einen Kompass und einen Neigungsmesser erfassten Größen vorkommen, die die durch ein Fahrzeug in einem Zeitintervall ausgeführte Verlagerung beschreiben.
In dem Bezugssystem beschreibt die Größe s(t) die Weglänge der Verlagerung des Fahrzeugs als eine Funktion der Zeit; wobei die Größe ϕ(t) der Winkel in der Ebene (X, Y) ist, der die Richtung der durch ein Fahrzeug ausgeführten Verlagerung in Bezug auf die in Richtung Norden orientierte X-Achse repräsentiert, und wobei die Größe θ(t) der Winkel ist, der die Steigerung der durch das Fahrzeug in Richtung der Verlagerung zurückgelegten Strecke in Bezug auf die Z-Achse repräsentiert.
Unter der Annahme, dass für kleine Verlagerungen die Werte von ϕq(t) und θ(t) unverändert bleiben (Linearisierung), ist es möglich, die Verlagerung eines Fahrzeugs zum Zeitpunkt t über folgende Gleichungen zu beschreiten: Δx(t) = (s(t + Δt) – s(t)) sinθ(t)cosϕ(t) Δy(t) = (s(t + Δt) – s(t)) sinθ(t)sinϕ(t) Δz(t) = (s(t + Δt) – s(t)) cosθ(t)
Die Gesamtverlagerung eines Fahrzeugs im Zeitintervall Δt = T₁ – T₀ kann daraufhin durch Summieren der einzelnen Verlagerungen berechnet werden:
wobei N = (T₁ – T₀)/Δt ist.
5 veranschaulicht die Betrachtungen einer geometrischen Eigenschaft, auf deren Grundlage die Position eines Fahrzeugs relativ zu einem anderen mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Messungen der Abstände und der Verlagerungen berechnet wird. In 5 wird die Position eines Fahrzeugs relativ zu dem anderen unter der Annahme erhalten, dass sich das erste Fahrzeug bewegt und dass das zweite Fahrzeug steht. In diesem Fall kann der zum Zeitpunkt T₀ mit dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren berechnete Abstand d₀ zwischen den zwei Fahrzeugen auf die folgende mathematische Gleichung reduziert werden: d0 2 = x2 + y2 + z2
Wird der Punkt, an dem das erste Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, tatsächlich als der Ursprung eines kartesischen Bezugssystems von Koordinaten X, Y, Z festgelegt, gibt es einen geometrischen Ort der Punkte, in denen das zweite Fahrzeug relativ zu dem ersten gefunden werden kann, der genau durch eine Kugel mit einem Radius gegeben ist, der gleich dem zwischen den zwei Fahrzeugen zum Zeitpunkt T₀ berechneten Abstand d₀ ist. Zum Zeitpunkt T₁, der nach einer Verlagerung des ersten Fahrzeugs folgt, ist das zweite Fahrzeug an einem geometrischen Ort der Punkte zu finden, der durch eine zweite Kugel mit einem Radius beschrieben ist, der gleich dem folgenden Abstand ist: d1 2 = (x – x1)2 + (y – y1)2 + (z – z1)2 der zwischen den zwei Fahrzeugen zum Zeitpunkt T₁ berechnet wird. Die erste und die zweite Kugel schneiden sich in zwei verschiedenen Punkten, die zwei mögliche geometrische Orte repräsentieren, an denen das zweite Fahrzeug relativ zu dem ersten Fahrzeug zum Zeitpunkt T₁ gefunden werden kann. Zum Zeitpunkt T₂, der nach einer weiteren Verlagerung des ersten Fahrzeugs folgt, wobei immer noch angenommen wird, dass das zweite Fahrzeug steht, ist es möglich eine dritte Kugel mit einem Radius zu erhalten, der gleich dem folgenden Abstand ist: d2 2 = (x – x2)2 + (y – y2)2 + (z – z2)2 der den geometrischen Ort der Punkte beschreibt, an denen das zweite Fahrzeug zum Zeitpunkt T₂ gefunden werden kann. Wie in 5 veranschaulicht ist, schneiden sich die drei Kugeln in einem einzigen Punkt, der exakt mit der Position des zweiten Fahrzeugs übereinstimmt, das sich zu keinem Zeitpunkt relativ zu dem ersten Fahrzeug bewegt hat. Die Ergebnisse werden aus der Lösung eines Gleichungssystem erhalten, das die Gleichungen der drei oben beschriebenen Kugeln enthält: d0 2 = x2 + y2 + z2 d1 2 = (x – x1)2 + (y – y1)2 + (z – z1)2 d2 2 = (x – x2)2 + (y – y2)2 + (z – z2)2
Ein Gleichungssystem der oben genannten Art ergibt eine einzige Lösung, die genau der Position des zweiten Fahrzeugs relativ zu dem ersten entspricht.
Das Ergebnis kann auch in dem Fall erhalten werden, wo sich zwei Fahrzeuge bewegen, unter der Bedingung, dass die jeweiligen Bezugssysteme, in denen alle Größen gegeben sind, die die durch die Fahrzeuge ausgeführten Verlagerungen beschreiben, und die ihre Ursprünge in verschiedenen Punkten haben, exakt in derselben Weise orientiert sind. Die Einhaltung der Bedingung wird durch die Verwendung des Neigungsmessers und des Kompasses sichergestellt.
In diesem Fall reicht es aus, von den Vektoren, die die absoluten Gesamtverlagerungen beschreiben, die durch das erste Fahrzeug und das zweite Fahrzeug in dem Zeitintervall T₂ – T₀ ausgeführt werden, den Vektor zu subtrahieren, der die absolute Gesamtverlagerung beschreibt, die durch das zweite Fahrzeug in dem Zeitintervall T₂ – T₀ ausgeführt und ausgehend von dem Zeitpunkt T₀ gemessen wird.
Auf diese Weise wird die durch das zweite Fahrzeug ausgeführt Verlagerung aufgehoben, wobei das zweite Fahrzeug als zur Ausgangsposition zurückgekehrt betrachtet werden kann, die dem Zeitpunkt T₀ entspricht, während das erste Fahrzeug an einen fiktiven Punkt von Koordinaten verlagert ist, die aus der Differenz zwischen den zwei Verlagerungsvektoren erhalten werden.
Das Gleichungssystem des folgenden Typs: x2 + ya + z2 = d0 2 (x – x1)2 + (y – y1)2 + (z – z1)2 = d1 2 (x – x2)2 + (y – y2)2 + (z – z2)2 = d2 2 wobei
x1 = x_r1 – x_s1 x₂ = x_r2 – x_s2
y₁ = y_r1 – y_s1 y₂ = y_r2 – y_s2
z₁ = z_r1 – z_s1 z₂ = z_r2 – z_s2
liefert im Ergebnis die Werte x, y und z, die in dem Bezugssystem des ersten Fahrzeugs die Position des zweiten Fahrzeugs relativ zu dem ersten zum Zeitpunkt T₀ repräsentieren.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem weiteres Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Berechnen (170) des Abstandes d₀ zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrzeug zu einem Zeitpunkt T₀; – Messen der Verlagerung (180) des ersten Fahrzeugs relativ zu einem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das erste Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_r1, y_r1, z_r1 des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt T₁; – Messen der Verlagerung (190) des zweiten Fahrzeugs relativ zu einem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Funk befindet, wo das zweite Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_s1, y_s1, z_s1 des Fahrzeugs zum Zeitpunkt T₁; – Berechnen des Abstandes (220) d₁ zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₁; – Messen der Verlagerung (230) des ersten Fahrzeugs relativ zu dem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, wo das erste Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_r2, y_r2, z_r2 des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt T₂; – Messen der Verlagerung (240) des zweiten Fahrzeugs relativ zu dem Bezugssystem, dessen Ursprung sich an dem Punkt befindet, an dem das zweite Fahrzeug zum Zeitpunkt T₀ lokalisiert wurde, durch Erfassen der Position x_s2, y_s2, z_s2 des Fahrzeugs zu dem Zeitpunkt T₂; – Berechnen des Abstandes (250) d₂ zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₂; und – Verwenden (280) der Informationen bezüglich der Abstände und der Positionen, um die Position eines Fahrzeugs relativ zu dem anderen Fahrzeug zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Verwendens (280) der Informationen bezüglich der Abstände und der Positionen für die Bestimmung der Position eines Fahrzeugs relativ zu einem weitere Fahrzeug einen Schritt umfasst, bei dem ein Gleichungssystem gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Gleichungssystem die folgenden Gleichungen umfasst: x2 + y2 + z2 = d0 2 (x – x1)2 + (y – y1)2 + (z – z1)2 = d1 2 (x – x2)2 + (y – y2)2 + (z – z2)2 = d2 2 wobei x₁ = x_r1 – x_s1 x₂ = x_r2 – x_s2 y₁ – y_r1 – y_s1 y₂ = y_r2 – y_s2 z₁ = z_r1 – z_s1 z₂ = z_r2 – z_s2 und wobei x, y, z in dem Bezugssystem des ersten Fahrzeugs die Position des zweiten Fahrzeugs in Bezug auf das erste Fahrzeug zu dem Zeitpunkt T₀ repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bezugssysteme des ersten und des zweiten Fahrzeugs die gleiche Orientierung haben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem darüber hinaus die folgenden Schritte in Betracht gezogen werden: – Erzeugen eines Kennungssignals (100) im ersten Fahrzeug und Übertragen des Signals an das zweite Fahrzeug mittels eines Funkkommunikationssystems mit kurzer Reichweite, das zu dem ersten Fahrzeug gehört; – Empfangen (110) eines ähnlichen Kennungssignals, das in Reaktion darauf von dem zweiten Fahrzeug mittels eines zu dem zweiten Fahrzeug gehörenden Funkkommunikationsystem mit kurzer Reichweite ankommt; – Weiterleiten einer ersten Synchronisationsanforderung (150, 160) zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug, um die Berechnung des Abstandes d₀ auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem darüber hinaus die folgenden Schritte in Betracht gezogen werden: – auf Seiten eines ersten Fahrzeugs Erzeugen der Anforderung (260) von Daten bezüglich der durch das zweite Fahrzeug erfassten Positionen (x_s1, y_s1, z_s1; x_s2, y_s2, z_s2); – auf Seiten des zweiten Fahrzeugs Übertragen (270) der angeforderten Daten; und – Bestimmen der Position (280) zwischen dem ersten Fahrzeug und dem zweiten Fahrzeug anhand der globalen Menge der verfügbaren Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Berechnung des Abstandes die folgenden Schritte umfasst: – Erzeugen (310) eines Zählbeginn-Signals in einem ersten Fahrzeug und Übertragen des Signals an das zweite Fahrzeug mittels eines zu dem ersten Fahrzeug gehörenden Funkkommunikationssystems (130) mit kurzer Reichweite durch gleichzeitiges Aktivieren eines internen lokalen Zählers (300), der so beschaffen ist, dass er die Zeit Tc zählt, die seit dem Beginn des Zählbeginn-Signals verstrichen ist; – Empfangen des Zählbeginn-Signals mittels eines zu dem zweiten Fahrzeug gehörenden Funkkommunikationssystems mit kurzer Reichweite, um einen Aktivierungsbefehl (320) eines internen lokalen Zählers zu senden, der so beschaffen ist, dass er ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall ΔTr zählt; – am Ende der Zählung (160) Erzeugen und Übertragen (350) eines Zählende-Signals (350) an jenes Fahrzeug, das das Zählbeginn-Signal erzeugt hat; – Anhalten des im ersten Fahrzeug vorgesehenen Zählers, wenn das Zählende-Signal empfangen wird, um das Zeitintervall Tc zu erfassen, das zwischen der Erzeugung des Zählbeginn-Signals und dem Empfang des Zählende-Signals verstreicht; wobei das Zeitintervall Tc die Zeit berücksichtigt, die das Zählbeginn-Signal und das Zählende-Signal für die Ausbreitung von einem Fahrzeug zum anderen benötigen; – Berechnen der Ausbreitungszeit Tp des elektromagnetischen Signals als die Differenz zwischen dem Zeitintervall Tc und dem im Voraus festgelegten Zeitintervall ΔTr; und – Berechnen des Abstandes D zwischen den zwei Fahrzeugen in Übereinstimmung mit der Ausbreitungszeit Tp und mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Abstand D folgendermaßen berechnet wird: D = Tp/2Cwobei C die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Signals ist, die gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, und Tp die Ausbreitungszeit ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Ausbreitungszeit Tp folgendermaßen berechnet wird: Tp = Tc – ΔTr – Tdwobei Td die Verzögerungen berücksichtigt, die in einem im zweiten Fahrzeug angeordneten Computersystem erzeugt werden, das so beschaffen ist, dass es das Zählbeginn-Signal empfängt und das Zählende-Signal erzeugt.