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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der
relativen Position zwischen Fahrzeugen.
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Wie
bekannt ist, sind Vorrichtungen zum Bestimmen der relativen Position
zwischen Fahrzeugen vorgeschlagen worden, um für ein Paar von nahe beieinander
befindlichen Fahrzeugen die relative Position in bezug auf die zwischen
den zwei Fahrzeugen bestehende Distanz und in bezug auf den Winkel
zu liefern, der zwischen der die Fahrzeuge verbindenden Geraden
und einer Fahrtrichtung der Fahrzeuge gebildet wird.
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Diese
bekannten Vorrichtungen nutzen Positionsbestimmungstechnologien
vom Radar- oder
Satellitentyp.
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Die
Nutzung von Radar für
Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich bedeutet hohe Kosten und ein Betriebsverhalten,
das nicht immer ausreichend ist. Dagegen erreicht eine Positionsbestimmung
mittels Satellit nicht die Präzision,
die für
Anwendungen erforderlich ist, deren Zweck es ist, die relative Position zwischen
Fahrzeugen zu bestimmen, es sei denn, daß teure GPS-Systeme werden
verwendet.
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Die
US-Patentanmeldung US 2003/0009275 beschreibt eine Vorrichtung zum
Detektieren der relativen Position zwischen zwei Fahrzeugen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum
Bestimmen der relativen Position zwischen Fahrzeugen bereitzustellen,
die außerordentlich
einfach ist und deren Herstellung keine komplexen Technologien erfordert.
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Die
vorstehende Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung mit den beigefügten
Ansprüchen
gelöst.
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Die
numerische Einheit wickelt auch das Codieren der gesendeten Digitalsignale
und das digitale Protokolls ab, dem zu folgen ist, um die Reihenfolge zum
Senden/Empfangen der Vorrichtungen festzulegen.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter besonderer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert,
die ein bevorzugtes nicht einschränkendes Beispiel einer Ausführungsform
derselben zeigen und in denen
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen der Position
zwischen Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, zeigt, die gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten wird; und
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die 2 und 3 Schritte
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigen, die der Berechnung
der relativen Position von zwei Fahrzeugen entsprechen.
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Mit
dem Bezugszeichen 1 in 1 ist eine Gesamtvorrichtung
zum Detektieren der relativen Position zwischen Fahrzeugen bezeichnet,
die gemäß der Erfindung
erhalten wird.
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Die
Vorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, zumindest die relative
Position zwischen mindestens einem ersten Fahrzeug 2a (beispielsweise
einem Kraftfahrzeug) und einem zweiten Fahrzeug 2b (beispielsweise
einem anderen Kraftfahrzeug) zu detektieren, die sich entlang momentanen
Richtungen bewegen, die von Vektoren Da und Db definiert sind.
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Die
relative Position ist durch die Distanz Da,b (Absolutwert, skalare
Größe), die
zwischen den zwei Fahrzeugen 2a und 2b besteht,
und den Winkel φ bestimmt,
den eine Fahrtrichtung (beispielsweise die Richtung Da) mit der
die beiden Fahrzeuge 2a und 2b verbindenden Geraden
bildet.
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Jedes
Fahrzeug 2a, 2b ist mit einer Funk-Transceivereinrichtung 5 versehen,
die mit einer Transceiverantenne 7 verbunden und zweckmäßigerweise
(aber nicht ausschließlich)
an einem oberen Bereich des Fahrzeugs (Dach), beispielsweise einem
Außendachbereich
des Fahrzeugs, angebracht ist.
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Zweckmäßigerweise,
aber nicht ausschließlich,
ist die Transceiverantenne 7 von einer Gruppe von Antennen 10 gebildet,
die längs
einer Kreisbahn C angeordnet sind.
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Die
Distanz zwischen einer Antenne 10 und den ihr benachbarten
Antennen ist geringer als die Wellenlänge des Signals, das von der
Richtantenne 7 empfangen/gesendet wird.
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Die
Anzahl der Antennen 10, welche die Antenne 7 bilden,
hängt von
der verwendeten Frequenz ab. Beispielsweise ist bei der Verwendung
einer Sende-/Empfangsfrequenz im Bandbereich von 5795-5815-MHz,
der für
RTTT (Road Transport and Traffic Telematics) reserviert ist, die
Anzahl der Antennen 10 im Bereich von dreißig. Offensichtlich
ist die Anzahl der verwendeten Antennen 10 auch eine Funktion
der Genauigkeit, die bei der Bestimmung der relativen Position erzielt
werden soll.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Funk-Transceivereinrichtung 5 dazu ausgebildet,
alternativ die folgenden Schritte auszuführen:
- – Senden
eines bekannten Signals, das gegebene spektrale Eigenschaften hat,
d. h. eine bekannte gesendete Leistung Pt (beispielsweise 2 W), eine
gegebene Frequenz fq und eine voreingestellte digitale Modulationsmodalität (beispielsweise
FSK, GFSK usw.); und
- – Identifizieren
und Empfangen des von einem anderen Fahrzeug kommenden bekannten
Signals.
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Zweckmäßigerweise
kommuniziert in dem gezeigten Beispiel jede Antenne 10 mit
einer (schematisch gezeigten) numerischen Verarbeitungseinheit 12 durch
einen Mischer 13 und eine A/D-Wandlereinrichtung 14,
die in Reihe geschaltet sind.
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Der
Mischer 13 kommuniziert außerdem mit einem Synthesizer 15.
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Während der
Schritte des Identifizierens und Empfangens wird dagegen das von
jeder Antenne 10 aufgenommene Signal in einem Digitalformat
der numerischen Verarbeitungseinheit 12 zugeführt, welche die
folgenden Operationen ausführt:
- a) sie wickelt das digitale Übertragungsprotokoll ab,
indem sie mit den anderen Einrichtungen kommuniziert, den Schritt
der Suche nach anderen Einrichtungen ausführt, die Reihenfolge des Sendens
festlegt usw.; und
- b) sie verarbeitet die Signale zur Identifizierung der relativen
Position der anderen Fahrzeuge durch:
– Messen der Empfangsleistung
Pr des ausgewählten
Signals, um die Distanz Da,b der Quelle, die dieses Signal erzeugt
hat, und somit die Distanz zwischen den zwei Fahrzeugen zu identifizieren – die Distanz
Da,b wird auf einfache Weise durch Algorithmen (eines bekannten
Typs) erhalten, welche die Gesetze der Ausbreitung nutzen; und
– Verarbeiten
des von jeder Antenne 10 der Gruppe kommenden ausgewählten Signals
unter Nutzung eines Peilalgorithmus (eines bekannten Typs), der
unter Nutzung von Gewichtungstechniken (beating and weighting techniques)
die Anzeige für
den Winkel φ liefert.
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Was
die vorstehend in b) angegebene Operation angeht, wird darauf hingewiesen,
daß die
Möglichkeit
nicht auszuschließen
ist, daß nicht
zu dem System gehörende
Signale als auswählbare
Signale und somit als von anderen Fahrzeugen kommende Signale erkannt
werden, obwohl Sende-/Empfangs-Frequenzbereiche bevorzugt frei sein
sollten.
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Dazu
wird der gesamte Vorgang mit einem digitalen Protokoll gemanagt,
das die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen abwickelt. Dieses
Protokoll dient dazu, daß die
verschiedenen Einrichtungen (die sämtlich in Abhängigkeit
von dem gleichen Protokoll/der gleichen Codierung senden) einander
erkennen, daß die
Einrichtungen, die einander erkennen, ein Funknetz bilden, daß der Eintritt
in das Netz und das Verlassen desselben gemanagt werden, daß die Reihenfolge
der Kommunikation etabliert wird usw.
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Wenn
in einem gegebenen Bereich nur eine Einrichtung vorhanden ist, bleibt
diese im Suchmodus, d. h. in einem Modus, in dem sie sendet und
auf den Empfang von digitalen Zeichenfolgen wartet, die in Abhängigkeit
von dem betreffenden Protokoll codiert worden sind, um eine andere
Einrichtung zu erkennen, die in den Übertragungsbetriebsbereich
eingetreten sind.
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Wenn
in dem Übertragungsbetriebsbereich mindestens
zwei Einrichtungen vorhanden sind, bilden diese ein Funknetz, in
dem der Reihe nach jede Einrichtung sendet, während die anderen Einrichtungen
empfangen (Netz vom Token-ring-Typ).
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Die
genannten Suchoperationen sind in 2 schematisch
gezeigt.
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Dabei
ist ein erster Block 100 gezeigt, in dem ein voreingestelltes
Suchsignal gesendet wird, um den Start eines Suchmodus zu identifizieren.
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Auf
Block 100 folgt ein Block 110, in dem sich die
Einrichtung selbst in einen Wartezustand setzt und auf ein Antwortsignal
wartet, das die Bestätigung identifiziert
bzw. erkennt, daß das
Suchsignal von der numerischen Einheit 12 eines anderen
Fahrzeugs empfangen worden ist; im Fall einer Bestätigung (das ausgestrahlte
Suchsignal ist von einem anderen Fahrzeug empfangen worden, das
geantwortet hat), folgt auf den Block 110 ein Block 120;
anderenfalls (kein Antwortsignal empfangen) folgt auf den Block 110 ein
Block 128, in dem sich die Einrichtung selbst in einen
Wartezustand setzt und auf Suchsignale wartet, die von anderen Fahrzeugen
kommen.
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Wenn
diese Suchsignale nicht innerhalb eines voreingestellten Zeitintervalls
detektiert werden, so folgt auf den Block 128 der Block 100;
wenn mindestens ein Suchsignal detektiert wird, folgt auf den Block 128 ein
Block 130, in dem ein Signal gesendet wird, das identifiziert,
daß ein
Empfang stattgefunden hat (Suche erfolgreich beendet); dann erfolgt
ein Übergang
in einen Netzmodus (in 3 beschrieben).
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In
Block 120 wird geprüft,
ob das empfangene Antwortsignal den Gebrauch eines Netzmodus durch
die numerische Verarbeitungseinheit 12 identifiziert, die
das Antwortsignal gesendet hat; wenn JA, folgt auf den Block 120 ein
Block 140, der die numerische Einheit 12 in den
Netzmodus setzt; anderenfalls folgt auf den Block 120 ein
Block 150, in dem ein Signal, das eine Zustandsänderung
anfordert, gesendet wird, um das Fahrzeug, das geantwortet hat, aufzufordern,
in den Netzmodus zu gehen.
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3 zeigt
die in dem Netzmodus ausgeführten
Operationen.
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Diese
Operationen weisen einen Anfangsblock 200 auf, in dem die
fahrzeugeigene elektronische Verarbeitungseinheit 12 prüft, ob sie
selbst zum Senden an der Reihe ist.
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Wenn
nicht, folgt auf den Block 200 ein Block 210,
in dem die Einrichtung sich selbst in einen Wartezustand setzt und
auf Signale wartet, die von anderen zu dem Netz gehörenden Einrichtungen
kommen und anzeigen, daß ein
Empfang stattgefunden hat; wenn ein Signal, das anzeigt, daß ein Empfang
stattgefunden hat, empfangen worden ist (Block 210 – Ausgang
JA), folgen auf den Block 210 die Blöcke 220, 230 und 240,
in denen die folgenden Operationen ausgeführt werden:
- – Identifizieren
der Einrichtung, die sendet, durch Erkennen eines identifizierenden
Zahlencodes derselben;
- – Empfangen
des Signals mit bekannter Leistung und Nutzen der Leistung zum Berechnen
der Distanz; und
- – trigonometrisches
Verarbeiten des Signals mit bekannter Leistung, um die relative
Position zwischen den Fahrzeugen zu bestimmen.
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Vom
Block 240 erfolgt ein Rücksprung
der Steuerung zum Block 200.
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Wenn
im Block 210 der Empfang von Signalen, die bezeichnen,
daß ein
Empfang stattgefunden hat, nicht innerhalb eines voreingestellten
Zeitintervalls detektiert wird (Block 210a – Ausgang
JA), dann wird der Suchmodus erneut gewählt (Block 100). Auf den
Block 210a folgt dann der Block 100.
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Wenn
dagegen im Block 200 die elektronische Verarbeitungseinheit 12 detektiert,
daß sie selbst
zum Senden an der Reihe ist, folgen auf den Block 200 in
Abwesenheit anderer Signale, die eine Suche bezeichnen (Block 200a – Ausgang
NEIN), die Blöcke 250, 260 und 270,
in denen die folgenden Operationen ausgeführt werden:
- – Senden
eines Signals, das den bezeichnenden Zahlencode enthält;
- – Senden
des Signals mit bekannter Leistung, das von den anderen Fahrzeugen
genutzt wird, um die Distanz zu berechnen;
- – Übertragen
der Reihenfolge zum Senden an ein anderes Fahrzeug; dazu folgt auf
den Block 270 der Block 200.
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Wenn
in Block 200a die Anwesenheit anderer Signale detektiert
wird, die eine Suche identifizieren, folgt auf den Block 200a ein
Block 280, der das Senden eines den Empfang bestätigenden
Signals an die Einrichtung im Suchmodus bewirkt, so daß letztere
Zugang zum Netz haben kann. Auf den Block 280 folgt dann
der Block 250.
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Auf
diese Weise wird während
des Zeitpunkts zum Senden zunächst
ein Signal gesendet, das die Sendeeinrichtung bezeichnet (und deren "Identifikationscode" enthält, Block 250),
und dann (Block 250) wird ein Nutzsignal an die anderen
Einrichtungen zur Identifizierung der Position der Sendeeinrichtung
gesendet.
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Die
Empfangseinrichtungen nutzen Techniken, die bereits im Zusammenhang
mit dem Bestimmen der Position der Sendeeinrichtung und dem Speichern
derselben und der anschließenden
Abgabe an die Benutzeroberfläche
genannt worden sind.
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Der "Code" jeder Einrichtung,
der nützlich
ist, um sie von anderen Einrichtungen zu unterscheiden bzw. um die
Einrichtungen auseinanderzuhalten, ist ein werksseitiger Code, der
zum Zeitpunkt der Montage zugewiesen wird.
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Der
Eintritt in das so gebildete Netz und das Verlassen desselben finden
in der von dem Algorithmus vorgeschriebenen Weise statt.
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Es
sind also zwei getrennte Schritte verfügbar:
- – ein Suchschritt
(2), wenn eine Einrichtung keine anderen Einrichtungen
in ihrem Betriebsbereich findet (die Leistung des von ihr oder von
den anderen Einrichtungen gesendeten Signals reicht nicht aus, um
die Distanz abzudecken, die sie trennt; 2 W entspricht dabei ungefähr 5 km);
und
- – ein
Schritt der Kommunikation mit den anderen Einrichtungen (3),
wenn mindestens zwei Einrichtungen innerhalb des Betriebsbereichs sind;
dabei findet das Senden der Reihe nach statt, wie es vorstehend
erläutert
worden ist.
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Die
numerische Einheit 12 kommuniziert mit einer Displayeinrichtung 20,
um dem Fahrer des Fahrzeugs die Information über die Distanz Da,b von nahen
Fahrzeugen und über
die Position φ dieser Fahrzeuge
zu liefern; zweckmäßigerweise
kann diese Information von einer grafischen Benutzeroberfläche geliefert
werden. Dem Fahrer könnte
auch Zusatzinformation geliefert werden, wie etwa: die Geschwindigkeit
von nahen Fahrzeugen, Alarmsignale im Fall eines scharfen Abbremsens
usw.
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Für den obengenannten
Zweck kann die numerische Einheit beispielsweise die Zeit verarbeiten, die
ein Fahrzeug braucht, um von einer Position zu einer anderen zu
gelangen, und dann die Geschwindigkeit und Beschleunigung dieses
Fahrzeugs berechnen.
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Auf
diese Weise ist es möglich
zu erkennen, ob ein Fahrzeug, das sich vor einem anderen befindet
und in der gleichen Richtung fährt,
scharf abgebremst wird und somit Gefahrensituationen schafft.
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Gleichermaßen kann
auch ein Fahrzeug, das entlang dem Weg eines anderen Fahrzeugs fährt, erkannt
werden usw.
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Sämtliche
obengenannten gefährlichen
Situation können
in der numerischen Einheit gespeichert werden, und beim Auftreten
einer dieser Situationen kann ein Alarmsignal an den Benutzer (Fahrer)
abgegeben werden.