DE69505136T2

DE69505136T2 - Transportsystem

Info

Publication number: DE69505136T2
Application number: DE69505136T
Authority: DE
Inventors: Reuven 20182 D.N. Misgav Zelinkovsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2015-02-02
Also published as: EP0772806B1; WO1995021405A2; DE69505136D1; IL108549A; CA2180933C; CA2180933A1; ATE171793T1; AU1542395A; AU681491B2; JP3365415B2; WO1995021405A3; EP0772806A2; IL108549A0; US5928294A; JPH09508728A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft automatisierte Transportsysteme im allgemeinen, und insbesondere automatisierte Straßenfahrzeug-Transportsysteme.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt verschiedene mit dem Straßentransport verbundene Probleme. Unter diesen Problemen sind Verkehrsunfälle, die durch menschliche Faktoren verursacht werden, wie z. B. Müdigkeit, Verlust der Kontrolle, langsame Reaktionszeit, eingeschränktes Gesichtsfeld, unzureichende Abschätzung der Distanz zwischen den Fahrzeugen, und Nichtbeachtung von Verkehrszeichen. Ein weiteres mit dem Transport verbundenes. Problem ist der Zeitverlust, z. B. verursacht durch eine geringe Geschwindigkeit aufgrund von Wetterbedingungen, Straßenbedingungen, Sicht und Verkehrsstaus. Das Nichtvertrautsein mit dem Weg kann ebenfalls einen Zeitverlust verursachen.
Abgesehen von Unannehmlichkeiten, die durch irgendeinen der vorstehenden Faktoren verursacht werden können, stellen diese Faktoren auch eine große wirtschaftliche Bürde für die sich entwickelnde Gesellschaft dar. Allein aus diesen Gründen ist es wünschenswert, ein automatisiertes Verkehrssystem bereitzustellen, das die vorstehend genannten Probleme wesentlich verringert.
In jüngster Zeit wurde der Entwicklung automatisierter Verkehrssysteme erhöhte Aufmerksamkeit zugewandt, und es wurden große Bemühungen darauf gerichtet, eine Lösung der Probleme, wie z. B. der vorstehend skizzierten, zu finden.
Zwei Arbeiten mit dem Titel "The intelligent Vehicle-Highway Systems Program in the United States" und "RTI/IVHS on European Highways" erschienen im ITE 1993 Compendium of Technical Papers. Diese Arbeiten geben eine allgemeine Übersicht über Programme, die entwickelt wurden, und das Ziel dieser Programme in den Vereinigten Staaten und Europa.
Diese Programme, die sich auf IVHS (Intelligent Vehicle-Highway Systems) beziehen, betreffen einen weiten Bereich verschiedener Aspekte der Automatisierung, wie z. B. eine automatische Fahrzeugidentifizierung für Zwecke der automatischen Erhebung von Zollgebühren auf Zollstraßen; das Mitteilen von up-to-date- Information an Fahrer, um ihre Fähigkeit zur Entscheidung zu verbessern; und automatische Fahrsysteme.
Unter den verschiedenen Systemen, die entwickelt wurden, sind die folgenden:
Fahrzeug-Satellitennavigationssysteme;
Verkehrsmanagementsysteme auf der Basis lokaler und internationaler integrierter Erfassungs- und Kommunikationssysteme zur Information von Fahrern über Straßen- und Verkehrsverhältnisse, und zur Steuerung von Verkehrsampeln und elektronischen Zeichen;
Zweiwege-Kommunikationssysteme mit Fahrern über Funkfeuer und Transponder, die seitlich von der Straße oder darunter lokalisiert sind - diese Systeme können automatisch Fahrzeuge identifizieren und an sie einen breiten Bereich verschiedener Informationen abgeben, wie z. B. navigatorische Instruktionen, Verkehrsbedingungen und dergleichen; und
automatische Steuerung auf der Basis eines On-board-Computer- Steuersystems, und einer Funkverbindung zwischen Fahrzeugen und Erfassungsvorrichtungen zur Messung der Distanz zwischen den Fahrzeugen, wobei der Verkehr "zugweise" durchgeführt wird, wobei jeder Zug bestimmte Fahr- und Kommunikationsverfahren aufweist. Zug-orientierte Systeme werden in einer Arbeit mit dem Titel "Sketch of an IVHS Systems Architecture", herausgegeben vom Institute of Transportation Studies of the University of California, Berkeley, beschrieben.
Während jedes System seine Vorteile und Nachteile aufweist, gibt kein dem Anmelder bekanntes System eine umfassende Antwort auf alle vorstehend skizzierten Probleme.
Eine Angabe des Standes der Technik wird in der veröffentlichen PCT-Anmeldung PCT/US91/08892, Publikation No. WO 92/09941 mit dem Titel "Downward Compatible AGV System and Methods" gegeben. Diese Veröffentlichung beschreibt ein automatisch geführtes Fahrzeug (AGV)-Steuerungssystem, das in Fahrtrichtung mit existierenden verdrahteten Systemen kompatibel ist, und sowohl eine verdrahtete Navigation und Kommunikation und Führung als auch eine drahtlose Kommunikation zwischen einer zentralen Kontrollstelle und jedem Fahrzeug ermöglicht. Autonome Fahrzeugnavigation umfaßt das Fahren über Wege, die mittels aktualisierter Markierungen, die gut beabstandet sein können, wie z. B. in einem Abstand von 50 Fuß (ca. 16 m), markiert sind.
Überflüssige Meßkapazität, die Eingaben von linearen Fahrkodierungen aus den Antriebsrädern des Fahrzeugs umfassen, Positionsmessungen von aktualisierten Markierungen, und Peilungen mit einer neuen Winkelerfassungsvorrichtung umfassen können, in Kombination mit der Verwendung eines Kalman-Filters, erlauben die Berichtigung der Navigation und von Führungsfehlern, die durch Faktoren, wie z. B. einen Winkelgeschwindigkeitserfassungsdrift (angular rate sensor drift), Abnutzung, Temperaturänderungen, Alterung, und frühere Fehleinstellung während des Fahrzeugbetriebs verursacht wird. Das Steuerungssystem umfaßt Hochfrequenz-Zweiwege- Datenübertragung- und Empfang über verdrahtete und über drahtlose Kommunikation. In beiden Kommunikationssystemen werden die gleichen Datenraten und Botschaften verwendet. Das vorstehend skizzierte System soll zweckgebundene Fahrzeugen, die in Lagerhäusern verwendet werden, dienen. Obwohl einige Gesichtspunkte der automatischen Steuerung von Fahrzeugen angesprochen werden, stellt es deshalb keine Lösung für die verschiedenen transportbezogenen Probleme, wie sie hier besprochen werden, dar. Es sind auch die folgenden Patentveröffentlichungen bekannt: EP 482424, EP 229669, WO 8200122 und EP 367527. Diese Veröffentlichungen beschreiben Systeme zur Steuerung von Fahrzeugen in begrenzten definierten Bereichen, wie z. B. in Fabriksgeschossen, in Fließbandbereichen, Lagerhäusern und dergleichen. Diese Systeme umfassen mehrere Dutzend Fahrzeuge, die auf bestimmte Weise entlang fixierter Routen fahren, mit fixierten Halteplätzen oder Stationen, und die über eine Distanz zwischen mehreren Dutzend Metern und mehreren Kilometern fahren.
Die Betriebsprinzipien des in den vorstehend genannten vier Dokumenten beschriebenen Systems erlauben nicht das Management eines Transportsystems in einen großen, im wesentlichen unbegrenzten Maßstab. Der Hauptgrund dafür, der allen diesen Systemen gemeinsam ist, ist die Tatsache, daß jedes System eine Fahrzeugkommunikations- und Steuerungssystem verwendet, das einen einzigen Zentralcomputer verwendet, der die alle Anwender und die gesamte Kommunikation managt. Nach unserem besten Wissen gibt es keinen einzigen Computer, der dazu fähig ist, eine kontinuierliche Echtzeit-Fahrzeugsteuerung in einem Transportsystem, das möglicherweise viele Millionen Fahrzeuge umfaßt, ermöglicht. Es wird somit offensichtlich, daß keines dieser Systeme dazu bestimmt ist oder die Möglichkeit eröffnet, ein Transportsystem im großen Maßstab zu managen.
Die US-A-4361202 beschreibt ein Transportsystem, das viele Millionen Fahrzeuge umfassen kann, basiert aber auf einem einzigen Zentralcomputer, und weist deshalb, wie vorstehend diskutiert, alle ihm inhärenten Nachteile auf. Außerdem besteht zwischen diesem System und den dadurch "gesteuerten" Fahrzeugen keine kontinuierliche Kommunikation. System-zu-Fahrzeug- Kommunikation wird nur am Anfang einer Fahrt mittels einer Funksprechverbindung zum Kontrollzentrum durch einen Fahrzeuglenker hergestellt, um Details für eine empfohlene Route, einschließlich von Fahrrichtlinien, die im Speicher eines Computers im Fahrzeug gespeichert sind, zu erhalten. Danach findet, außer wenn der Lenker weitere Kommunikation mit dem Kontrollzentrum veranlaßt, keine Kommunikation mehr bis zum Ende der Fahrt statt. Gemäß dem im Computerspeicher gespeicherten Routenplan steuert das Fahrzeug sichselbst und gemäß Information, die entlang der Route von Transpondern bereitgestellt werden, die dem Fahrzeug Information geben, die die Bedingungen und physikalischen Parameter an der Stelle des Transponders betreffen, und nicht zu sehr Information, die sich auf irgendein bestimmtes Fahrzeug, das danach fährt, richtet.
Dieses Betriebsprinzip basiert auf der Annahme, daß keine Veränderungen auftreten (oder erforderlich sind), und daß das Transportsystem sich in der Praxis wie geplant verhält - eine Annahme, bei der zu unterstellen ist, daß sie mit den modernen Fahrbedingungen völlig inkonsistent ist.
Dieses System verwendet ein Feedback von Magnetometern oder Radar zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Art der Fahrzeuge, die entlang verschiedener Routen fahren. Das System ist nicht mit einem Feedback in Bezug auf die Lokalisierung eines bestimmten Fahrzeugs oder in Bezug auf seinen mechanischen/Sicherheitszustand versehen, und ist deshalb nicht in der Lage, Fahrzeuge individuell zu steuern, sondern nur im Hinblick auf Fahrzeuge als Teil einer Masse. Es stellt deshalb keine kontinuierliche und Echtzeit-Steuerung eines spezifischen Fahrzeugs dar.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein automatisiertes Straßen-Fahrzeugtransportsystem bereitgestellt werden, das die Fahrt im Hinblick auf die Geschwindigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit optimiert, wodurch Probleme, die mit und durch nicht automatisierte Straßen-Fahrzeugtransportsysteme verbunden sind, beträchtlich verringert werden.
Mit der vorliegenden Erfindung soll auch ein automatisiertes Straßen-Fahrzeugtransportsystem bereitgestellt werden, mit dem, im Gegensatz zu automatisierten Systemen des Standes der Technik, die nur bestimmte Aspekte von Verkehrsproblemen betreffen, eine umfassende Lösung bekannter Verkehrsprobleme bereitgestellt werden.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Transportsystem bereitgestellt, das umfaßt: ein Netzwerk von sich schneidenden Fahrstrecken, denen ein Netzwerk von Straßen-basierenden Kommunikationseinheiten zugeordnet ist; eine Mehrzahl von Fahrzeugen zum Fahren entlang des Netzwerkes von sich schneidenden Strecken; und ein Steuer- und Kommunikationssystem zum Steuern der Fahrt der Fahrzeuge entlang des Netzwerkes.
Das Netzwerk ist in eine Mehrzahl von aneinander grenzenden Segmenten unterteilt; das Steuer- und Kommunikationssystem ist ein dezentralisiertes hierarchisches modulares System, das eine individualisierte Steuerung jedes Fahrzeugs innerhalb des Netzwerkes, sowie eine Führung zu einem gewählten Fahrziel in Echtzeit ermöglicht, während der Betriebszustand und die Führung von anderen Fahrzeugen, die innerhalb des Netzwerkes fahren, berücksichtigt wird.
Das in dem erfindungsgemäßen Transportsystem verwendet Steuer- und Kommunikationssystem besteht aus mindestens ersten, zweiten und dritten hierarchischen wechselseitig kommunizierenden Ebenen der Steuerung und Kommunikationen, wobei die erste Ebene an einem Fahrzeug montierte (On-board) Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen umfaßt; die zweite Ebene eine Mehrzahl von Straßen-basierenden Einheiten umfaßt, die in einer Reihe entlang jedes Segmentes in der Weise angeordnet sind, daß jede Straßen-basierende Einheit, die entlang einer gewählten Fahrstrecke liegt, in der Weise wirksam ist, daß wiederum eine Zweiwege-Kommunikation mit den On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen jedes hier entlang fahrenden Fahrzeuges aufgebaut wird.
Die On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung ist außerdem zur Benutzung der Zweiwege-Kommunikation in der Weise wirksam, daß eine Position des Fahrzeugs in seitlicher und Längsrichtung relativ zu einer Fahrstrecke ermittelt werden kann.
Die dritte Ebene umfaßt eine Mehrzahl von Steuereinheiten für die wechselseitig kommunizierenden Netzwerksegmente zur Datenverarbeitung und Zweiwege-Kommunikationen mit jeder der Straßen-basierenden Einheiten in einer korrespondierenden Mehrzahl von vorbestimmten Netzwerksegmenten. Jede On-board- Steuer- und Datenaustauscheinrichtung jedes Fahrzeugs ist in der Weise wirksam, daß die Betriebsfunktionen jedes Fahrzeuges selektiv erfaßt und gesteuert werden können um eine automatisierte Führung des Fahrzeuges zu einem gewählten Reiseziel zu ermöglichen. Die Zweiwege-Kommunikationen zwischen jeder On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung und den Straßen-basierenden Einheiten in deren Nähe umfassen mindestens eine Übertragung von gegenseitigen Identifikationsdaten zwischen diesen, sowie eine Übertragung von Fahrzeug- Betriebsdaten von der On-board-Einrichtung zu den Straßenbasierenden Einheiten.
Die On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung jedes Fahrzeuges ist in der Weise wirksam, daß die Zweiwege- Kommunikationen mit mindestens einer Straßen-basierenden Einheit zu jeder Zeit während des Betriebs des Fahrzeugs aufrechterhalten werden. Die von der On-board-Einheit erhaltenen Daten werden durch die Straßeneinheiten verarbeitet, und gemäß dem Betriebszustand der Straßeneinheiten und außerdem gemäß vorgegebenen Parametern an die Segment-Steuereinheit weitergegeben.
Jede Segment-Steuereinheit umfaßt außerdem eine Schnittstelle zum Austausch von mindestens Identifikations- und Betriebsdaten jedes Fahrzeugs, das in einem gewählten Netzwerk-Segment in der Nähe der Anzahl von Straßen-basierenden Einheiten fährt, mit allen Straßen-basierenden Einheiten, die in jedem Netzwerk- Segment liegen; und Einrichtungen zum Ermitteln von optimalen Farbparametern für jedes Fahrzeug.
Die Schnittstelle der Segment-Steuereinheit ist in der Weise wirksam, daß an die Straßen-basierenden Einheiten für jedes in deren Nähe befindliche Fahrzeug in Überstimmung mit den optimalen Farbparametern Fahrzeug-Betriebsbefehle gesendet werden; die Straßen-basierenden Einheiten sind in der Weise wirksam, daß die Fahrzeug-Betriebsbefehle zu den in deren Nähe fahrenden Fahrzeugen gesendet werden; und die Einrichtung zum Ermitteln von optimalen Fahrparametern als Antwort auf den Empfang von Fahrzeug-Betriebsdaten ist in der Weise wirksam, daß die Farbparameter neu ermittelt und die Fahrzeug- Betriebsbefehle in Übereinstimmung damit erneuert werden.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Transportsystem mindestens eine vierte hierarchische Steuer- und Kommunikationsebene auf.
Diese vierte Ebene umfaßt eine Über-Steuereinheit zur Datenverarbeitung und für Zweiwege-Kommunikationen mit einer Mehrzahl von Segment-Steuereinheiten, die zusammen den Betrieb der Fahrzeuge in einem Bereich steuern, der eine vorbestimmte Mehrzahl von aneinander grenzenden Netzwerk-Segmenten enthält.
Jede Segment-Steuereinheit weist ferner eine zusätzliche Schnittstelle zum Austausch von zusätzlichen Fahrzeug-bezogenen Daten zwischen jeder Segment-Steuereinheit und der Über- Steuereinheit über einen parallelen Bus auf, wobei die Daten in Übereinstimmung mit vorbestimmten Kriterien die Ermittlung der Farbparametern von anderen Fahrzeugen, die in einem Teil des Bereichs, der die vorbestimmte Anzahl von aneinander angrenzenden Netzwerk-Segmenten enthält, beeinflüssen können.
Vorzugsweise umfaßt jede Über-Steuereinheit eine Schnittstelle zum Austausch der zusätzlichen Fahrzeug-bezogenen Daten mit der Anzahl von Segment-Steuereinheiten; und Einrichtungen zum Verarbeiten der zusätzlichen Fahrzeug-bezogenen Daten in der Weise, daß weitere Fahrdaten erhalten werden.
Die Schnittstelle der Über-Steuereinheit ist in der Weise wirksam, daß zu der Schnittstelle jeder Segment-Steuereinheit die weiteren Fahrdaten übertragen werden, die für die Ermittlung der optimalen Fahrparameter des Fahrzeugs, das in dem zugeordneten Netzwerk-Segment fährt, relevant sind.
Das vorliegende System weist eine modulare Konstruktion auf, und kann so ausgebildet sein, daß es eine weitere Mehrzahl von hierarchischen Steuerebenen aufweist, von denen jede eine Mehrzahl von Über-Steuereinheiten zum Steuern von Fahrzeugen in einem vorbestimmten Bereich umfassen, der eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden Flächen enthält. Es ist erkennbar, daß in der beschriebenen Konstruktion jede der verschiedenen hierarchischen Ebenen eine in der Hierarchie unmittelbar darunter liegende Ebene steuert.
Jede hierarchische Steuerebene weist typischerweise mindestens eine Kommunikationseinrichtung zur selektiven Kommunikation mit einer Steuerebene auf, die unmittelbar darunter liegt, in Abhängigkeit vom Empfang von Eingangssignale davon; und mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung, die mit der Kommunikationseinrichtung der hierarchischen Steuerebene verbunden ist, zur Verarbeitung von Eingangsdaten, die zu den Eingangssignalen korrespondieren, sowie zum Erzeugen von Ausgangsdaten zum Übertragen mittels der Kommunikationseinrichtung zu der unmittelbar darunter liegenden Steuerebene in Form von Ausgangssignalen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Einrichtung zum Ermitteln von optimalen Fahrparametern zusätzlich so wirksam, daß für eine Mehrzahl von Fahrzeugen Fahrzeug-Betriebsdaten einer Mehrzahl von Straßeneinheiten zugeführt werden, die entlang entsprechender Fahrwege der Anzahl von Fahrzeugen liegen. Jede Straßeneinheit ist in der Weise wirksam, daß die Daten gespeichert werden, und wirkt ferner, als Antwort auf den Empfang einer Identifizierung jedes Fahrzeugs von seiner On-board-Einrichtung, so, daß dieser die Betriebsdaten für das zugeordnete Fahrzeug übermittelt werden.
Außerdem ist gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform jede Straßen-basierende Einheit über eine parallele Kommunikationseinrichtung und einen parallelen Bus mit einer vorbestimmten Segment-Steuereinheit verbunden und umfaßt: eine Sender-Empfänger-Einrichtung, eine Antenne zur Erleichterung von Kommunikationen zwischen den On-board- Einrichtungen und der Sender-Empfänger-Einrichtung. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist mit der Sender-Empfänger- Einrichtung verbunden, und wirkt so, daß sie Daten von und zum Senden von Daten zu den On-board-Einrichtungen empfängt, zum Austausch von Daten mit einer zugeordneten Segment- Steuereinheit über die parallele Kommunikationseinrichtung. Die Datenverarbeitungseinrichtung wirkt außerdem so, daß sie von den On-board-Einheiten und von den zugeordneten Segment- Steuereinheiten erhaltene Daten verarbeitet.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist jede Straßen-basierende Einheit außerdem über eine seriellen Bus mit mindestens einer benachbarten Straßen-basierenden Einheit verbunden, wobei jede der Straßen-basierenden Einheiten auch eine zusätzliche Sender-Empfänger-Einrichtung zum Austausch von Daten zwischen benachbarten Straßen-basierenden Einheiten umfaßt.
Besonders bevorzugt ist es, daß eine Kabelkonstruktion bereitgestellt wird, die mindestens eine Anzahl der Straßen basierenden Einheiten, den dazwischen liegenden seriellen Bus und den parallelen Bus beinhaltet.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann außerdem ein serieller Bus vorgesehen sein, der zwischen vorgewählten Straßen-basierenden Einheiten von benachbarten Segmenten geschaltet ist, wobei eine erste Straßen-basierende Einheit eines ersten Segments in der Weise wirksam ist, daß über den seriellen Bus Daten, die Fahrzeuge betreffen, die vom ersten Segment zum zweiten Segment fahren, mit einer zweiten Straßen-basierenden Einheit eines zweiten Segments ausgetauscht werden können, wodurch eine kontinuierliche Steuerung der Fahrzeuge durch das System erleichtert wird.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind außerdem die On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen und jede Straßen-basierende Einheit selektiv in einer ersten, vollautomatischen Betriebsart oder in einer zweiten, nicht vollautomatischen manuellen Betriebsart, betreibbar.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt jede On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung außerdem:
eine Sender-Empfänger-Einrichtung zur Kommunikation mit jeder der Straßen-basierenden Einheiten nacheinander, während diese passiert werden;
eine Datenverarbeitungseinrichtung, die mit der Sender- Empfänger-Einrichtung verbunden ist; und
eine Steuereinrichtung, die mit der
Datenverarbeitungseinrichtung zur auswählbaren Steuerung und Erfassung einer vorbestimmten Anzahl von Fahrzeug- Betriebsfunktionen als Antwort auf Signale verbunden ist, die durch die Sender-Empfänger-Einrichtung von den Straßenbasierenden Einheiten empfangen werden.
Die Straßen-basierenden Einheiten sind entlang eines vorbestimmten Weges entlang der Fahrstrecke angeordnet und sind in Verbindung mit den On-board-Einrichtungen wirksam, um eine vorbestimmte Positionierung des Fahrzeugs relativ zum vorbestimmten Weg zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Schnittstelle der Segment-Steuereinheit so wirksam, daß zu der Datenverarbeitungseinrichtung jede Straßen-basierenden Einheit, die entlang der Fahrwege einer Mehrzahl von Fahrzeugen liegt, Fahrdaten übertragen werden, die jedes dieser Fahrzeuge betreffen, so daß jede Straßen-basierende Einheit in der Weise wirksam ist, daß die Ankunft der Fahrzeuge mit bekannten Identitäten vorausgesagt werden kann.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform weist die On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung außerdem eine erste Antenne auf, die an einer vorbestimmten Position am Fahrzeug und in Verbindung mit der Datenverarbeitungseinrichtung montiert ist.
Eine der Antennen der On-board-Einheit und der Straßenbasierenden Einheit bildet ein Paar von Antennen, die mit einer vorbestimmten Ausrichtung angeordnet sind und einen Empfänger und einen damit verbundenen Vergleicher aufweisen, um eine Ausgangs-Anzeige der Position des Fahrzeugs relativ zum vorbestimmten Weg auszubilden. Vorzugsweise bilden das Paar von Antennen, der Empfänger und der Vergleicher einen Teil der Onboard-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung am Fahrzeug, und sind mit dessem Datenverarbeitungseinrichtung verbunden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der longitudinale Abstand zwischen benachbarten Straßen-basierenden Einheiten kleiner als die longitudinale Empfangsreichweite der On-board-Steuer- und Datenaustauscheinrichtung, so daß sich die On-board-Einrichtung immer in Kommunikationsreichweite von mindestens einer Straßen-basierenden Einheit entlang ihrer Fahrstrecke befindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung besser verständlich und besser beurteilbar. In den Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Transportsystems, das gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform aufgebaut und betreibbar ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines geographischen Bereichs, in dem das erfindungsgemäße System installiert wurde, und zeigt die hierarchische Natur des Systems;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anzahl verschiedener Arten sich kreuzender Straßen, in denen ein Kommunikations-Netzwerk installiert wurde;
Fig. 4A ein Blockdiagramm einer On-board-Fahrzeug-Steuer- und Datenaustauscheinheit, die gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform konstruiert ist;
Fig. 4B eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug, das so angeordnet ist, daß es auf der longitudinalen Achse einer Straßenspur gemäß der vorliegenden Erfindung zentriert ist;
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform konstruierten Straßen- Einheit;
Fig. 6A ein schematisches Blockdiagramm einer in Fig. 1 dargestellten Segment-Steuereinrichtung gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 6B eine schematische Darstellung von Routine- Kommunikationen zwischen einer Segment-Steuereinrichtung und den damit verbundenen Straßen-Einheiten;
Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm einer in Fig. 1 dargestellten Bereichs-Steuereinrichtung gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 8 ein schematisches Blockdiagramm einer in Fig. 1 dargestellten System-Steuereinrichtung gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer mehrspurigen Autobahn, in der ein erfindungsgemäßes Transportsystem verwendet wird:
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Vierwege-Kreuzung, die die Anordnung der Systemkomponenten darauf zeigt;
Fig. 11 eine Folge von Diagrammen, die das Kommunikationstiming zwischen einem Fahrzeug, das mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h fähr, und einer Reihe von Straßen- Einheiten des erfindungsgemäßen Systems zeigt; und
Fig. 12 ein Fließdiagramm eines Notbremsungsverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Aus der nachfolgenden Beschreibung ist es erkennbar, daß die vorliegende Erfindung ein automatisiertes Straßenfahrzeug- Transportsystem bereitstellt, das das Fahren sowohl im Hinblick auf die Geschwindigkeit, die Sicherheit und die Wirtschaftlichkeit optimiert, wodurch eine umfassende Lösung für viele Probleme, die mit nicht automatisierten Straßen- Transportsystemen verbunden und dadurch verursacht werden, bereitgestellt wird. Das erfindungsgemäße System stellt auch eine Lösung im Hinblick darauf dar, daß es umfassender als irgendeines der im Stand der Technik vorgeschlagenen Systeme ist.
Das erfindungsgemäße System weist die folgenden Möglichkeiten auf:
1. Automatische und optimale Navigation - unter Berücksichtigung von sowohl Fahrzeit als auch Fahrbedingungen auf alternativen Strecken;
2. Vollautomatisches Fahren auf Autobahnen, mehrspurigen Strecken, einspurigen oder engen Strecken und Abzweigungen;
3. Zweiseitige Kommunikationen über ein Kommunikations- Netzwerk, das Fahrer, automatische Fahrsysteme, Erfassungsvorrichtungen und -einrichtungen(Wetter usw.), eine Hierarchie von Transportkontrollzentren, und stationäre Adressen, wie z. B. die Fahrzeugflotteneigner, Individuen und Regierungskörperschaften, verbindet;
4. Echtzeit-Identifizierung und Lokalisierung individueller Fahrzeuge;
5. Automatische Gebührenerhebung.
Es wird außerdem klar, daß auf Strecken, die vom erfindungsgemäßen System umfaßt werden, Verkehrszeichen und - signale überflüssig werden. Wenn Strecken, die nicht vom System umfaßt werden, mit dem System integriert sind, wird in bestimmten Situationen eine System-selektierbare materielle Steuerung beibehalten. Das vorliegende System ist auch so konstruiert, daß es den Zusatz weiterer Steuer- und Kommunikationsmerkmale erlaubt.
Fig. 1 zeigt ein Transportsystem, das gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform konstruiert und betreibbar ist. Das erfindungsgemäße Transportsystem umfaßt ein Steuerungs-Netzwerk, mit einer Anzahl von Straßen-Einheiten 10, die entlang des Fahrzeugweges oder einer Straße, mit 12 bezeichnet, angeordnet sind. Die Straßen-Einheiten 10 werden in Fig. 1 mit den Bezeichnungen "RU" bezeichnet.
Die Straßen-Einheiten sind in Serie entlang eines Mehrkanal- Kommunikationskabels, schematisch bei 13 dargestellt (Fig. 3 und 10), angeordnet, und so betreibbar, daß sie sowohl mit den Fahrzeugen 16, die entlang der Straße 12 fahren, als auch mit den Transport-Steuereinheiten in verschiedenen hierarchischen Ebenen, wie nachfolgend beschrieben, kommunizieren. Die Kommunikation zwischen den Straßen-Einheiten 10 und der Transport-Steuereinheit wird über einen Kommunikations-Bus 15 durchgeführt.
Das Kommunikationskabel 13 enthält in einer einzigen Kabelkonstruktion eine Anzahl von Straßen-Einheiten 10, die über eine serielle Verbindung, mit 14 bezeichnet, zur direkten seriellen Kommunikation zwischen den Straßen-Einheiten 10 verbunden sind. Das Kabel 13 umfaßt außerdem verschiedene parallele Busse, die den Transport-Steuereinheiten an den verschiedenen hierarchischen Ebenen des erfindungsgemäßen Systems dienen.
Die beschriebene Anordnung, wonach jede Straßen-Einheit 10 über eine serielle Verbindung 14 in einer geraden Linie verbunden ist, stellt die schnelle und sofortige Übertragung von Information sowohl in Richtung des Verkehrsflußes als auch in der entgegengesetzten Richtung sicher, und ist so betreibbar, daß sie die lokale Geschwindigkeit der Fahrzeuge, Richtungsänderungen (Veränderungen der Spuren und Verlassen der Straße), Notbremsungen und verschiedene andere Situationen steuern, bei denen eine lokale "Reflex"-Entscheidung erforderlich ist.
Das Steuerungs-Netzwerk wird in verschiedene hierarchische Ebenen unterteilt, wobei jede folgende Ebene ein aufeinanderfolgendes größeres geographisches Gebiet von Straßen oder Strecken umfaßt.
Fig. 2 zeigt, daß jeder geographische Teil ein Teil eines größeren Teiles ist. Es ist somit ersichtlich, daß der größte Teil, mit "S" bezeichnet, die höchste Ebene des Beispiels darstellt, und geographisch das gesamte erfindungsgemäße Transportsystem umfaßt. Teil S wird durch eine System- Steuereinrichtung, in Fig. 1 mit 18 bezeichnet, gesteuert, und wird in Regionen, die mit "R1", "R2".... "Rn" bezeichnet sind, unterteilt, von denen jede durch eine Region-Steuereinrichtung, in Fig. 1 mit 20 bezeichnet, gesteuert wird.
Kommunikationen zwischen jeder Region-Steuereinrichtung 20 und der System-Steuereinrichtung 18 erfolgen über einen geeigneten parallelen Kommunikationskanal, typischerweise ein Bus. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann dies entweder ein System-Bus 22 sein, oder, wenn eine oder mehrere intervenierende Kontrollebenen zwischen den Region-Steuereinrichtungen 20 und der System- Steuereinrichtung 18 geschaltet sind, können sie auch eine oder mehrere intervenierende Kommunikationsbusse sein. Dies wird in Fig. 1 durch den "Überregion-Bus" 24 angezeigt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist jede Region in Bereiche unterteilt, die mit "A1", "A2", "A3"... "An" bezeichnet sind, und von denen jede von einer Bereichs-Steuereinrichtung, in Fig. 1 mit 26 bezeichnet, gesteuert wird. Die Region- Steuereinrichtung 20 kommuniziert mit den entsprechenden Bereich-Steuereinrichtungen 26 über einen "Region"- Kommunikations-Bus 28. Schließlich ist jeder Bereich in Segmente unterteilt, die mit "S1", "S2"... "Sn" bezeichnet sind, und von denen jedes eine Anzahl von Straßen-Einheiten 10 (Fig. 1) umfaßt, die von einer Segment-Steuereinrichtung, in Fig. 1 mit 30 bezeichnet, gesteuert wird. Die Kommunikation zwischen jeder Segment-Steuereinrichtung 30 und Bereichs- Steuereinrichtung 26 geschieht über einen "Bereich"- · Kommunikations-Bus 32. Straßen-Einheiten 10 kommunizieren mit einer zugeordneten Segment-Steuereinrichtung 30 über einen Segment-Kommunikations-Bus 15. Dies geschieht parallel zu inter-Straßen-Einheit-Kommunikationen, die, wie beschrieben, über die serielle Verbindung 14 durchgeführt werden.
Die Steuereinrichtungen an den verschiedenen Ebenen, über die verschiedenen parallelen Kommunikationskanäle oder -Busse, sind für das Management des Systems verantwortlich. Dies umfaßt eine Vielzahl von Funktionen, die z. B. das Planen und Steuern von Fahrzeugrouten, das Planen und das Management der durchschnittlichen Geschwindigkeiten auf verschiedenen Straßen, den Empfang und die Abgabe von Botschaften, das Verarbeiten von Information über Fahrbedingungen (Wetter, Unfälle, Verkehrsstaus usw.), und das Zahlen auf Gebührenstrecken umfassen. Dies Funktionen werden nachfolgend näher veranschaulicht.
Es ist erkennbar, daß die höchste Ebene der Steuerung nicht vom Teil S repräsentiert sein muß, sondern, wenn die Notwendigkeit dafür besteht, und das geographische Ausmaß des Systems erweitert wird, nachfolgende höhere Kontrollebenen angefügt werden können.
Die Verteilung von Straßen-Einheiten 10 entlang verschiedener Arten von Straßen 12 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dies wird nachfolgend näher beschrieben.
Die Funktion jeder Straßen-Einheit 10 ist es, mit den Fahrzeugen 16, wie nachfolgend im Detail beschrieben, zu kommunizieren, und mit einer verbundenen Segment- Steuereinrichtung 30, um damit Daten auszutauschen, wodurch unter anderem auch der Austausch von Daten zwischen dem Steuerungs-Netzwerk und individuellen Fahrzeugen ermöglicht wird. Jede Straßen-Einheit 10 ist außerdem so betreibbar, daß sie mit mindestens zwei Straßen-Einheiten, die benachbart zu ihr angeordnet sind, kommuniziert. Dies wird ebenfalls nachfolgend detailliert beschrieben.
Fig. 4A zeigt ein Fahrzeug 16, das Teil des vorliegenden Systems bildet, und mit einer On-board-Steuer- und Datenaustausch-Einheit, allgemein mit 34 bezeichnet, ausgestattet ist, die betreibbar ist, um mit dem Kommunikationsnetzwerk über die Straßen-Einheiten 10 (Fig. 1) zu kommunizieren und auch, um das Fahrzeug zu navigieren und ganz allgemein zu steuern.
Die Einheit 34 ist über einen An/Aus-Schalter aktivierbar und umfaßt eine Sender-Empfänger-Einrichtung 36 zur Kommunikation mit den Straßen-Einheiten 10 während der Vorbeifahrt, eine Datenverarbeitungseinrichtung 38, die mit der Sender-Empfänger- Einrichtung 36 verbunden ist, und eine Steuer-Einheit 40. Eine Steuer-Einheit oder Schnittstelle 40 ist mit der Datenverarbeitungseinrichtung 38 verbunden, um zwischen der Datenverarbeitungseinrichtung 38 und den verschiedenen Fahrzeug-Betriebs und Erfassungsfunktionen zu koordinieren, wie z. B. der Lenkung, der Bremsung, der Beschleunigung, der Übertragung, der Beleuchtung, der Kraftstoffmenge, der Motortemperatur und dem Öldruck.
Das System ist deshalb dazu fähig, eine Vielzahl von Fahrzeugbetriebsfunktionen unabhängig voneinander und als Antwort auf über die Sender-Empfänger-Einrichtung 36 vom Kommunikations-Netzwerk über die Straßen-Einheiten 10 empfangenen Signalen zu steuern. Die genaue Art und Weise, mit der Fahrzeugfunktionen gesteuert und überwacht werden, kann im wesentlichen die gleiche sein, wie sie in der veröffentlichen PCT-Anmeldung PCT/US91/08892, Publikation No. WO 92/09941, mit dem Titel "Downward Compatible AGV System and Methods", beschrieben wird. Eine Fahrzeug-Funktionssteuerung ist somit aus dem Stand der Technik bekannt, und es ist deshalb nicht erforderlich, diese hier spezifisch zu beschreiben.
Um einen vollständig automatischen und sicheren Betrieb des Fahrzeugs 16 über das Transportsystem zu ermöglichen, müssen jederzeit mehrere Faktoren, einschließlich von, unter anderem, dem Ort, der Geschwindigkeit und der Orientierung des Fahrzeugs, bekannt sein. Nach Fig. 4B wird die Bestimmung der Position des Fahrzeugs auf einer Straße erleichtert, indem man zunächst ein Kommunikationskabel 13 entlang der longitudinalen Achse 42 der Straße 12 oder auf einem Spurteil davon, mit "L" (Fig. 3) bezeichnet, anbringt, und zweitens, indem man das Fahrzeug über das Kommunikationskabel 13 zentriert, wodurch eine entsprechende Zentrierung des Fahrzeuges über der longitudinalen Achse 42 der Straße oder Spur bereitgestellt wird. Vorzugsweise sind die Kabel 13 unterhalb der Asphalt- oder Betonstraßendecke vergraben.
Um das Fahrzeug 16 über dem Kabel 13 zu zentrieren weist eine On-board-Einheit 34 ferner ein Antennenpaar 44 auf, das symmetrisch um die longitudinale Achse 46 (Fig. 4B) des Fahrzeugs 16 angeordnet ist. Die Antennen 44 sind so ausgestaltet, daß sie ein Signal, vorzugsweise ein Funksignal, das von einer Straßen-Einheit 10 abgegeben wird, wenn das Fahrzeug darüber fährt, detektieren. Jede Antenne 42 ist mit einem Vergleicher 48 (Fig. 4A) über einen Empfänger 50 verbunden. Beim Empfangen von Signalen von der Straßen-Einheit 10 über die Antennen 44 und die Empfänger 50 wirkt der Vergleicher 48, der ein Phasen- oder Amplitudenvergleicher sein kann, so, daß er die Signale vergleicht und ein Fehlersignal ausgibt, das an die Datenverarbeitungseinrichtung 38 abgegeben wird. Der Wert des so abgegebenen Fehlersignals zeigt die Position des Fahrzeugs 16 im Hinblick auf das Kommunikationskabel 13 an. Wenn das Fahrzeug richtig zentriert ist, nähern sich die Fehlersignale dem Wert 0.
Wenn ein Fehlersignal auftritt, um anzuzeigen, daß das Fahrzeug nicht richtig zentriert ist, wirkt die Datenverarbeitungseinrichtung 38 so, daß sie die Steuerungsschnittstelle 40 so betreibt, daß das Fahrzeug über eines der Fahrzeug-Steuersysteme, wie z. B. die Lenkung, Bremsen, das Gaspedal, so betrieben wird, daß das Fahrzeug richtig zentriert wird.
Vorzugsweise überlappt die longitudinale Empfangsweite (typischerweise 1,2 m) der zwei Zentrierantennen 44 mit dem Beginn der longitudinalen Empfangsweite der Hauptkommunikations-Antenne 56, wodurch eine Geschwindigkeit, die die Zentrierantenne 4 empfängt, mindestens eine Antwortübertragung von jeder Straßen-Einheit 10 empfangen wird.
Es ist somit erkennbar, daß das Zentrieren über eine Wechselwirkung zwischen der On-board-Einheit 34 und der Straßen-Einheit 10 erfolgt. Das Zentrieren kann somit, wie vorstehend beschrieben, vollautomatisch durchgeführt werden. Alternativ kann das Zentrieren nicht vollautomatisch durch einen manuellen Eingriff durchgeführt werden, wodurch die zur richtigen Zentrierung des Fahrzeugs erforderlichen Fahreinstellungen auf einer visuellen Anzeige-Einheit 52 angezeigt werden und/oder als hörbare Instruktionen über einen Lautsprecher 54 durchgegeben werden, wodurch es der Person, die das Fahrzeug betreibt, möglich wird, die notwendigen Positionseinstellungen durchzuführen. Sowohl die Anzeige- Einheit 52 als auch der Lautsprecher 54 sind, wenn sie vorgesehen sind, mit der Datenverarbeitungseinheit 38 verbunden. Es ist ersichtlich, daß, wenn das Zentrieren in Echtzeit durchgeführt wird, während das Fahrzeug 16 sich entlang der Straße 12 bewegt, die On-board-Einheit 34 ebenfalls im Betrieb ist und hintereinander mit einer Anzahl von Straßen- Einheiten 10 kommuniziert.
Zusätzlich zu der Zwei-Antennen-Anordnung 44, die zur Zentrierung des Fahrzeugs 16 dient, ist auch eine Hauptkommunikationsantenne, mit 56 bezeichnet, vorgesehen. Die Antenne 56 ist mit einer Sender-Einrichtung 36 verbunden und wird so betrieben, daß sie Sondiersignale (wie nachfolgend beschrieben) überträgt, und Daten zwischen der Datenverarbeitungseinrichtung 38 und den Straßen-Einheiten 10 empfängt und überträgt.
Es ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar, daß, obwohl es bevorzugt ist, getrennte Zentner- und Kommunikationsantennen vorzusehen, es gemäß einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform auch möglich ist, diese Funktionen so zu kombinieren, daß ein Antennenpaar bereitgestellt wird, das sowohl zum Zentrieren als auch für andere Kommunikationen dient.
Fig. 5 zeigt eine Straßen-Einheit 10, die gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform konstruiert und betreibbar ist. Jede Straßen-Einheit 10 umfaßt eine Antenne 58, eine Sender-Empfänger-Einheit 60, typischerweise ein Funkgerät, und eine Datenverarbeitungseinrichtung 62. Die Datenverarbeitungseinrichtung 62 ist ebenfalls mit einer Segment-Steuereinrichtung 30 über einen Segment- Kommunikationsbus 15 und einer parallelen Bus-Schnittstelle 64 verbunden, und außerdem mit mindestens zwei benachbarten Straßen-Einheiten über zwei oder mehrere serielle Sender- Empfänger-Einrichtungen 66.
Die Straßen-Einheit 10 überträgt typischerweise keine Signale über die Sender-Empfänger-Einheit 60, wenn sie nicht durch einen von einer On-board-Fahrzeug-Einheit 34 ausgesendeten Suchsignal ausgelöst werden. Eine Detektions-Auslösevorrichtung 65 ist deshalb vorgesehen, die so wirkt, daß sie die Straßen- Einheit 10 aktiviert, um mit der On-board-Einheit 34 zu kommunizieren und um sie zu instruieren, eine der nachfolgend beschriebenen Fahrzeugfunktionen durchzuführen.
In den Fig. 6A, 7 und 8 werden eine Segment- Kontrolleinrichtung 30, eine Bereichs-Kontrolleinrichtung 26 bzw. eine System-Kontrolleinrichtung 18 gezeigt, die im wesentlichen die Kommmunikationsverbindungen in der Hierarchie des Kommunikations-Netzwerkes der vorliegenden Erfindung bilden.
In Fig. 6A weist die Segment-Kontrolleinrichtung 30 eine Datenverarbeitungseinrichtung 68 auf, die mit dem Segment-Bus 15 (auch in Fig. 1 dargestellt) über eine Segment-Bus- Schnittstelle 70 verbunden ist, und außerdem mit dem Bereichs- Bus 32 (ebenfalls in Fig. 1 dargestellt) über eine Bereichs- Bus-Schnittstelle 72.
Fig. 7 zeigt, daß die Bereichs-Steuereinrichtung 26 (ebenfalls in Fig. 1 dargestellt) eine Konstruktion aufweist, die analog ist zu der Segment-Steuereinrichtung 30. Die Bereichs- Steuereinrichtung 26 hat somit eine Datenverarbeitungs- Einrichtung 74, die mit dem Bereichs-Bus 32 (ebenfalls in Fig. 1 dargestellt) über eine Bereichs-Bus-Schnittstelle 76 verbunden ist, und außerdem mit dem Region-Bus 28 (ebenfalls in Fig. 1 dargestellt) über ein Region-Bus-Schnittstelle 78.
Die Struktur der System-Kontrolleinrichtung 18, ist, wie in Fig. 8 dargestellt, im wesentlichen analog mit der der Segment-Steuereinrichtung 30 und der Bereichs-Steuereinrichtung 26, mit einer Datenverarbeitungs-Einrichtung 80, die mit dem System-Bus 22 (ebenfalls in Fig. 1 dargestellt) über eine System-Schnittstelle 82 verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß der System-Bus 22 direkt mit der Region-Steuereinrichtung 20 (Fig. 1) in Verbindung sein kann. Abhängig von den Erfordernissen eines individuellen Systems können jedoch ein oder mehrere intervenierende Kommunikationsbereiche zwischen der System-Steuereinrichtung 18 und der Region- Steuereinrichtung 20 vorhanden sein.
Fig. 8 zeigt auch, daß gegebenenfalls eine inter-Sytem- Kommunikationsverbindung 84 vorhanden sein kann, worin eine Anzahl von Transportsystemen miteinander verbunden sein können, um Information zwischen den Systemen auszutauschen. Dies kann bei sehr großen Bereichen erforderlich sein, wie z. B. eines Kontinentbereichs, in dem ein einziges kontinuierliches Netzwerk von Straßen durch mehrere Systeme, die erfindungsgemäß konstruiert sind, gesteuert werden kann. Obgleich die Kommunikationen zwischen verschiedenen hierarchischen Ebenen typischerweise über Daten-Busse erfolgen, ist die inter-System- Verbindung 84 vorzugsweise ein Datenaustausch über Telekommunikation.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den Fig. 1, 5, 6A und 6B ein Kommunikationsverfahren zwischen der Segment- Steuereinrichtung 30 und den damit verbundenen Straßen- Einheiten 10 beschrieben.
Im allgemeinen kann die Länge eines Segments mehrere 100 Meter und sogar mehrere Kilometer betragen. Die Zahl der Straßen- Einheiten 10 in einem bestimmten Segment kann somit zwischen mehreren Hundert und mehreren Tausend liegen. Um eine rasche Kommunikation zwischen jeder Segment-Kontrolleinrichtung 30 und den damit verbundenen Straßen-Einheiten 10 zu erleichtern, ist ein Kommunikationsnetzwerk zwischen jeder Segment- Steuereinrichtung 30 und den damit verbundenen Straßen- Einheiten 10 vorgesehen, das durch die folgenden Merkmale charakterisiert ist:
Alle Straßen-Einheiten 10 und ihre zugehörigen Segment- Kontrolleinrichtungen 30 sind über geeignete Schnittstellen 64 (Fig. 5) an ein einziges Leiterpaar parallel verbunden, daß den Segment-Bus 15 bildet.
Die Segment-Kontrolleinrichtung 30 ist das zentrale Teil des Segment-Bus 15, und alle Straßen-Einheiten 10 sind untergeordnete Teile, weshalb die meisten Routine- Kommunikationen durch die Segment-Steuereinrichtung 30 gesteuert werden. Mit Ausnahme bestimmter Situationen, wie z. B. einer Notbremsung, wie sie in Verbindung mit Fig. 12 nachfolgend beschrieben ist, und die ein Quasi-Reflex-Verfahren ist, ist es die Funktion der Straßen-Einheiten 10, auf Onboard-Einheiten 34 gemäß den vom der Steuereinrichtung 30 erhaltenen Instruktionen zu antworten.
Die Kommunikation zwischen der Kontrolleinrichtung 30 und den damit assozierten Straßen-Einrichtungen 10 ist notwendigerweise asynchron. Der Grund hierfür sind hauptsächlich verschiedene Laufzeiten zwischen den in verschiedener Entfernung von der Steuereinrichtung befindlichen Straßen-Einheiten, und die Tatsache, daß, damit ein guter Dialog zwischen ihnen besteht, eine bestimmte Straßen-Einheit und die Kontrolleinheit vollständige Botschaften von jeder vorhergehenden empfangen muß.
Eine Übertragung Segment-Steuereinrichtung/Straßen-Einheit umfaßt die folgenden Teile:
A. Einen Segment-Steuereinrichtungs-Identifikationscode.
B. Die Adressierung einer bestimmten Straßen-Einheit oder von Einheiten, an die die Übertragung stattfinden soll. Dies kann eine ausgewählte Gruppe von Straßen-Einheiten aus einer einzigen spezifizierten Straßen-Einheit der Straßen-Einheiten des gesamten Segmentes sein.
C. Eine Botschaft, die Information, Instruktionen und Fragen enthält.
Eine Übertragung Straßen-Einheit/Segment-Kontrolleinrichtung umfaßt die folgenden Teile:
A. Einen Identifikationscode der übertragenden Straßen-Einheit.
B. Einen Identifikationscode eines Fahrzeuges, für das die Übertragung (oder der Bericht) erzeugt wurde. Dies trifft nicht für eine Situation vor, in der eine Übertragung nicht Fahrzeugbezogene Information betrifft, wie z. B. einen Bericht über Fehler, einen Selbstcheck und dergleichen. Jede Art der Information hat ihren eigenen vorbestimmten Code.
C. Eine Botschaft, die Information, Wünsche (vom Fahrer) und Fragen enthält.
Wenn eine Übertragung auf eine oder mehrere Straßen-Einheiten 10 initiiert wird, instruiert die Segment-Kontrolleinrichtung 30 eine bestimmte Straßen-Einheit oder Gruppe von Straßen- Einheiten, was sie tun müssen. Dies kann ein Routinereport über den Fahrzeugverkehr, ein detaillierter Bericht, ein Selbstcheck, eine Veränderung in der Funktion usw. sein.
Nachfolgend wird in Verbindung mit Fig. 6B als Beispiel der Fall einer Instruktion an alle Straßen-Einheiten beschrieben, einen Routinebericht abzugeben. Fig. 6B ist in die Übertragungsdiagramme A bis E unterteilt, worin A ein Diagramm von Kontrolleinrichtung/Straßen-Einheiten-Übertragungen ist, B, C und D Diagramme von Straßen-Einheit-Antwort-Übertragungen sind und E ein kombiniertes Diagramm ist, das alle Übertragungen zwischen der Kontrolleinrichtung und den Straßeneinheiten zeigt. Eine Instruktionsübertragung von der Kontrolleinrichtung zu den Straßen-Einheiten ist in Diagramm A der Zeichnung mit 150 bezeichnet.
Sofort nach Beendigung dieser Instruktionsübertragung 150 beginnt die Segment-Einrichtung 30 Taktpulse 152 zu senken, vorzugsweise mit einer zur Instruktionsübertragung entgegengesetzten Polarität.
Jeder Taktimpuls rückt den Befehlszähler in jeder Straßen- Einheit-Datenverarbeitungseinrichtung 20 weiter.
Jedes Mal, wenn der Befehlszähler einer bestimmten Straßen- Einheit, wie beschrieben, vorrückt, prüft die Straßen-Einheit, ob die durch den Zähler gerade angezeigte Adressierung mit der eigenen Personalidentifikationsnummer übereinstimmt.
Vorzugsweise sind die Straßen-Einheiten im Segment aufeinander folgend numeriert.
Wenn die gerade durch den Zähler angezeigte Adressierung identisch mit seiner persönlichen Identifizierungsnummer ist, prüft die Straßen-Einheit-Datenverarbeitungseinrichtung 62, ob es erforderlich ist, an die Kontrolleinrichtung eine Botschaft zu übermitteln. Wenn dies der Fall ist, sendet sie ihre Antwort, wie dies für die Straßen-Einheiten "l", "m" bzw. "n" bei 154, 156 und 158 gezeigt wird. Wenn nicht, antwortet sie nicht, weil in dem gerade beschriebenen Betriebsmodus keine Notwendigkeit zu einer Übertragung besteht, wenn seit dem letzten Bericht kein Fahrzeug an der Straßen-Einheit vorbeigefahren ist.
Nach jedem Taktpuls 152 wartet die Kontrolleinrichtung auf eine Antwort, wobei es verständlich ist, daß die Wartezeit gemäß der längsten Laufzeit im Segment vorgegeben ist. Wenn ein Antwort vorhanden ist, beendet die Kontrolleinrichtung die Übertragung von Taktpulsen 152 und empfängt die Antwort. Die Antwort hat eine definierte Struktur, wodurch die Kontrolleinrichtung 30 ihr Ende identifizieren kann.
Sofort nach Beendigung der Antwort nimmt die Kontrolleinrichtung wieder die Aussendung der Taktpulse 152 auf.
Es ist einzusehen, daß in dem vorstehend beschriebenen Kommunikationsverfahren alle Straßen-Einheiten im Segment die Option besitzen, zu berichten.
Es ist außerdem festzustellen, daß parallel zu dem vorstehend beschriebenen Kommunikationsverfahren die Steuereinrichtung die von den Straßen-Einheiten empfangene Information verarbeitet und entscheidet, wie fortzusetzen ist.
Es ist deshalb ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Transportsystem auf Kommunikationen (Funk oder andere) zwischen Fahrzeugen 60 (Fig. 1, 4A und 4B) und einem Straßenbasierenden Kommunikations-Netzwerk beruht, wie dies im wesentlichen vorstehend im Verbindung mit Fig. 1 bis 8 beschrieben wurde.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Straßen-Einheiten 10 (Fig. 1, 3, 4A und 4B) kurze Aussendungen nur in Antwort auf ein Auslöse- oder Prüfsignal, das vom Sender-Empfänger 36 (Fig. 4A) einer On-board- Fahrzeugeinheit 34, die über sie hinwegfährt, ausgesendet wird. Wie beschrieben, enthalten die On-board-Einheit 34/Straßen- Einheit 10-Übertragungen Information, und Signale die ein Zentrieren des Fahrzeugs 16 über den Straßen-Einheiten 10 ermöglichen.
Es werden nun typische Betriebsverfahren des erfindungsgemäßen Systems beschrieben, wobei diese aber nur ein Beispiel der Möglichkeiten und Anwendungen des Gegenstandes der Erfindung darstellen.
Vor und während einer Fahrt mit einem Fahrzeug 16, das ein darin installierters On-board-System 34 (Fig. 4A) aufweist, kann eine Bedienungsperson, nachfolgend als "Fahrer" bezeichnet, einen gewünschten Bestimmungsort in die Datenverarbeitungseinrichtung 38 über eine geeignete manuelle Dateneingabeeinrichtung 31 eingeben. Typische Einrichtungen 39 sind ein geeignetes Keyboard, obwohl andere geeignete Arten, wie z. B. Joystick- oder Maus-Vorrichtungen oder eine auf orale Instruktionen ansprechende Vorrichtung, zusätzlich oder alternativ für diesen Zweck verwendet werden können.
Mittels des durch die visuelle Anzeigeeinheit 52 und den Lautsprecher 54 aufgebauten Kommunikationssystems wird der Fahrer mit visuellen oder audiovisuellen Instruktionen versehen, die eine vom System empfohlene Fahrtroute beschreiben, wobei die geographische Kenntnis des Straßensystems, die Topographie, der zur Zeit herrschende Verkehr, Baustellen, und Wetterbedingungen einbezogen werden.
Es ist einzusehen, daß das System auch so programmiert werden kann, daß es viele zusätzliche Faktoren berücksichtigt. Da das System eine ausgedehnte und auf dem neuesten Stand gebrachte Kenntnis der Straßenbedingungen und anderer Variabler, die die Fahrt beeinträchtigen, besitzt, ist es auch dazu fähig, eine Route und optimale Geschwindigkeiten für ein Fahrzeug zu planen, wobei Faktoren, die unter anderem die Sicherheit, Zeit und Kosten umfassen, einbezogen und berücksichtigt werden.
Der Fahrer kann die Vorschläge des Systems annehmen, oder, wenn erwünscht, eine andere Route nehmen. Wenn seine Wahl möglicherweise Fahrbedingungen berücksichtigt, wird dies durch das System bestätigt. Von diesem Moment an kann der Fahrer eine "automatische" Fahrinstruktion über die Dateneingabe- Vorrichtung 39 eingeben, wodurch er das Fahrzeug 16 einer automatischen Steuerung übergibt und es dem System ermöglicht, das Fahrzeug an seine Bestimmung zu steuern.
Der Fahrer kann die Kontrolle über das Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt übernehmen, indem er eine bestimmte "manuelle Steuerungs"-Instruktion eingibt. Dies kann z. B. durch einen manuellen Betrieb irgendeiner der Fahrzeugsteuerungen geschehen.
Fig. 9 zeigt, daß eine typische mehrspurige Autobahn, mit 90 bezeichnet, in drei Spuren unterteilt ist, die mit "Spur 1", "Spur 2" und "Spur 3" bezeichnet sind. In jeder Spur ist entlang der Längsachse, vorzugsweise unterhalb der Oberfläche, ein Kommunikationskabel 13 (auch in den Fig. 3, 4A und 4B dargestellt) installiert. Ein bestimmter Abschnitt des Kommunikationskabels 13 bildet zusammen mit der damit verbundenen Straßen-Einheit 10 ein Segment, wie dies vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist.
Zusätzlich zu den zentral angeordneten Hauptkommunikationskabeln 13 werden an vorbestimmten Stellen Verzweigungskommunikationskabel, mit 13a, 13b, 13c und 13d bezeichnet, vorgesehen. Diese Verzweigungskabel verbinden die Längskabel 13 paralleler Segmente so, daß sie eine Passage automatisch gesteuerter Fahrzeuge 16 (Fig. 1, 4A und 4B) von einer Spur zur anderen, oder, in der Terminologie des Systems, von Segment zu Segment, ermöglichen. Zusätzlich können auch ein oder mehrere Kommunikationskabel 13e entlang der Ausfahrt 92 vorgesehen sein, um eine automatische Einfahrt in/Ausfahrt aus der Autobahn 90 zu ermöglichen.
Wie in den Fig. 1 und 10 dargestellt, können auch serielle inter-Segment-Verbindungen, mit 14' bezeichnet, vorgesehen sein, über die Instruktionen oder Daten von einem Segment zu einem benachbarten Segment übertragen werden können. Dies kann z. B. erforderlich werden, wenn ein Fahrzeug von einer Spur auf die andere navigiert wird, oder wenn es wendet, oder um Straßen-Einheiten 10 und Fahrzeuge in benachbarten Segmenten vor einer Notsituation zu warnen.
Weil praktisch alle Straßen-Einheiten 10 in Serie mit zwei benachbarten (entgegen der Fahrtrichtung oder in Fahrtrichtung) Straßen-Einheiten verbunden sind, sind eine Anzahl von Straßenknoten-Einheiten, mit 10' bezeichnet, zusätzlich mit Straßen-Einheiten in einem benachbarten Verzweigungskommunikationskabel verbunden, wodurch ein Überwechseln von Fahrzeugen 16 von Spur zu Spur möglich wird. Es ist jedoch ersichtlich, daß "End"-Straßen-Einheiten, in Fig. 1 mit 10 " bezeichnet, nur mit einer einzigen Straßen- Einheit verbunden sind.
Normalerweise fahren die Fahrzeuge 16 entlang einer bestimmten Route, die das System gemäß bestimmter Kriterien für sie vorgesehen hat, und die umfassen:
die Maximalgeschwindigkeit jedes Fahrzeugs, die Art oder Klasse des Fahrzeugs (Lastwagen, private Fahrzeuge, öffentliche Fahrzeuge und dergleichen), und vorbestimmte Fahrtänderungen abhängig von der ausgewählten Route.
Fahrtänderungen von einer Spur in einer andere oder zwischen verschiedenen Straßen, wie in Fig. 3 beispielhaft veranschaulicht, sind von den Kontrolleinrichtungen der verschiedenen Systemebenen vorprogrammiert, im wesentlichen wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.
"Fahrtveränderungs"-Instruktionen werden als Verhaltensinstruktionen auf die Straßen-Einheiten 10 über die verschiedenen Systemebenen übertragen und, schließlich über die Segment-Steuerungseinrichtungen 30 (Fig. 1 und 6). Die Durchführung von Fahrtrichtungsänderungen gemäß den Fahrtrichtungsänderungsinstruktionen wird durch die Straßen- Einheiten 10 und Segment-Kontrolleinrichtungen 30 "an Ort und Stelle" ("in the field") durchgeführt. Während der Durchführung von Fahrtrichtungsänderungen berücksichtigen die Straßen- Einheiten 10 und die Segment-Kontrolleinrichtungen 30 die Betriebsbedingungen und die Geschwindigkeit der Fahrzeuge im Nachbarschaft des die Fahrtrichtung verändernden Fahrzeuges, und wie das die Fahrtrichtung verändernde Fahrzeug diese beeinträchtigt.
"Unerwartete" Fahrtrichtungsänderungen oder Halte sind solche, die weder geplant noch vom System durchgeführt werden. Solche Fahrtrichtungsänderungen werden durch die Straßen-Einheiten 10 festgestellt, und das System veranlaßt ein Notverfahren, das den Halt oder die Umleitung anderer Fahrzeuge in der Nachbarschaft umfassen kann. Notverfahren werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 12 beschrieben.
Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung der Systemkomponenten bei einer Vierwege-Abzweigung, die mit 100 bezeichnet wird. Die Abzweigung 100 verbindet zwei Paare sich schneidender Spuren 102, und erlaubt einen nach vorne fließenden Verkehr und rechte und linke Abbiegungen mittels der inneren Verzweigungskabel 104 und der äußeren Verzweigungskabel 106. Die inneren Verzweigungskabel 104 ermöglichen es, daß ein Fahrzeug seine Richtung ändert, während es den entgegenkommenden Verkehrsstrom kreuzt, und äußere Verzweigungskabel 106 ermöglichen es, daß das Fahrzeug die Richtung ändert, wobei es aber nicht erforderlich ist, daß es einen entgegenkommenden Verkehrsstrom kreuzt.
Wie gezeigt, ist jede Straßen-Einheit 10 mit einem Paar entgegen der Fahrtrichtung und in Fahrtrichtung liegender Straßen-Einheiten über das Kommunikationskabel 13 verbunden, während Straßenknoten-Einheiten 10' (auch in Fig. 9 dargestellt) zwischen einem Kommunikationskabel 13 und einem damit assoziierten Verzweigungskabel 113 verbinden. Das Verzweigungskabel 113 weist im wesentlichen die gleiche Konstruktion wie Kabel 13 auf. Jede Straßen-Einheit 10 ist außerdem über den Segment-Bus 15 mit einer assoziierten Segment-Kontrolleinrichtung 30 verbunden, und außerdem ist es ersichtlich, daß jedes Verzweigungskabel auf ähnliche Weise mit einem Segment-Verzweigungs-Bus, mit 15' bezeichnet, verbunden ist, wodurch ein integraler Teil eines bestimmten Segments ausgebildet wird.
Der Rest der Anordnung ist im wesentlichen der gleiche wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben. Die Segment- Kontrolleinrichtungen 30 sind demnach mit einer Bereichs- Kontrolleinrichtung 26 über einen Bereichs-Bus 32 verbunden; die Bereichs-Kontrolleinrichtungen 26 sind (nicht dargestellt) mit Regionen-Kontrolleinrichtungen 20 über einen Regionen-Bus 28 verbunden; und eine Regionen-Kontrolleinrichtung ist schließlich über intervenierende Systemebenen mit einer System- Kontrolleinrichtung 18 verbunden, die wieder mit anderen System-Kontrolleinrichtungen über eine inter-System-Verbindung 84 (siehe auch Fig. 8) verbunden sein kann. Im vorliegenden Beispiel wird die Verbindung 84 als Funksender dargestellt. Typische Systemdaten sind die folgenden:
Maximale Fahrzeuggeschwindigkeit Vmax = 200 km/h Minimale Länge des Fahrzeugs Lmax = 3 m
Länge der elliptischen Hauptkommunikationsantenne 56 (Fig. 4B) Dd = 1,5 m
Longitudinaler Bereich (Fig. 4B) der Fähigkeit zum Senden und Empfangen von Daten zwischen dem Fahrzeug und einer einzelnen Straßen-Einheit Ld = 3 m
Mögliche Zeitspanne für die Datenkommunikation zwischen dem Fahrzeug und einer einzelnen Straßen-Einheit Td = Ld/Vmax = 54 ms
Durchmesser der Zentrierantenne 44 (Fig. 4B) Dc = 1,2 m
Longitudinaler Bereich der Zentrierfähigkeit Lc = 1,2 m
Mögliche Zentrierdauer im Hinblick auf eine einzige Straßen-Einheit Tc = Lc/Vmax = 21,6 m
Typische Übertragungsgrößen von der On-board-Fahrzeugeinheit 34 an eine Straßen-Einheit 10 können die folgenden sein:
Größe eines einzigen Übertragungs-"Wortes" von der On-board-Fahrzeug-Einheit 34 (Fig. 4A) an eine Straßen-Einheit Ctr = 100 bits
Größe eines individuellen Fahrzeugcodes Ctd = 30 bits
Größe der individuellen Fahrtbestimmungen AD = 24 bits
Bericht über physikalische und Betriebs Fahrzeugparameter (Dimensionen, Gewicht, Sensoren) Cs = 10 bits
Größe gemischter Botschaften Cm = 46 bits
Typische Größen von Übertragungen von einer Straßen-Einheit 10 an eine On-board-Fahrzeugeinheit 34 können die folgenden sein:
Größe eines Übertragungs-"Wortes" von der Straßen-Einheit zum Fahrzeug Ltr = 100 bits
Größe eines individuellen Straßen-Einheit-Codes Ltd = 30 bits
Größe einer Instruktion an das Fahrzeug I = 30 bits
Größe gemischter Botschaften Lm = 40 bits
Eine minimale Übertragungsrate "Tr" von der On-board-Fahrzeug- Einheit an eine Straßen-Einheit und umgekehrt wird durch Tr > 2*(Ctr + Ltr)/Tc dargestellt und liegt in der Größenordnung von 24 Kb/s. In der Praxis kann dies mehrere Größenordnungen größer sein.
Die Zeit zur Übertragung einer Botschaft von 100 bits mit einer minimalen Übertragungsrate von ca. 24 Kb/s wird ausgedrückt durch Dt = 100/Tr und beträgt ca. 4 ms.
Es ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar, daß die obigen Werte nur typische Werte sind, die zur Veranschaulichung möglicher geometrischer und Betriebsparameter dienen, die im erfindungsgemäßen System wünschenswert sein könnten. Die obigen Werte sollen jedoch keinesfalls, ausgenommen wo sie als solche spezifisch angegeben sind, betriebliche Beschränkungen darstellen.
Ein "normaler" Kommunikationsmodus zwischen einer On-board- Fahrzeug-Einheit 34 und Straßen-Einheiten 10 wird nachfolgend in Verbindung mit einem in den Fig. 9 und 11 veranschaulichten Beispiel beschrieben. In Fig. 9 ist eine Serie von drei Straßen-Einheiten 10 in Spur 3 der dargestellten Autobahn angegeben. Die drei Straßen-Einheiten werden außerdem für Zwecke des vorliegenden Beispiels durch die Bezugszeichen I, II und III bezeichnet, und die Fahrtrichtung eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) wird von I nach III angenommen, wie dies durch den mit 93 bezeichneten Pfeil angezeigt wird. Fig. 11 zeigt eine Serie von Diagrammen, die ein Kommunikationstiming zwischen einem mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h fahrenden Fahrzeug und Straßen-Einheiten I, II und III zeigen. Die Diagramme in Fig. 11 sind die folgenden:
Diagramm (a) zeigt die tatsächlichen Fahrzeug-tYbertragungen,
Diagramme (b) und (c) zeigen den Kommunikationsbereich bzw. die tatsächlichen Übertragungen auf Straßen-Einheit I,
Diagramme (d) und (d) zeigen den Kommunikationsbereich bzw. die tatsächlichen Übertragungen auf Straßen-Einheit II, und
Diagramme (f) und (g) zeigen den Kommunikationsbereich bzw. die tatsächlichen Übertragungen auf Straßen-Einheit III.
Im vorstehend erwähnten normalen Modus senden die Straßen- Einheiten 10 nur in Antwort auf die Detektion einer Übertragung von der On-board-Einheit 34. Im Betrieb, und bei Abwesenheit von Kommunikationen zwischen der On-board-Einheit 34 und den Straßen-Einheiten 10 sendet die On-board-Einheit 34 "Prüf"- Übertragungen, typischerweise mit einer Länge von ca. 4 ms, jede 9 ms. Dies wird in Diagramm (a) in Fig. 11 gezeigt, worin eine 4 ms-Übertragung bei 0,9 und 18 ms dargestellt wird.
Wenn ein Sender des Fahrzeugs innerhalb des Kommunikationsbereiches einer Straßen-Einheit-Antenne 58 (Fig. 5) oder darüber, wie in Fig. 4B dargestellt, ist, ist die Straßen-Einheit 10 in Betrieb, um eine Prüfübertragung von der On-board-Einheit 34 festzustellen, um dadurch "ausgelöst" zu werden. Als Antwort auf die auf diese Weise erfolgende Auslösung antwortet die Straßen-Einheit 10 mit einer Sendung von ca. 4 ms Dauer, 4 ms nachdem die Aussendung der On-board- Einheit 34 beendet wurde. Dies ist in den Diagrammen (a) und (c) dargestellt, in denen, bei 26 ms-4 ms nach Beendigung der ersten vollen von der Straßen-Einheit festgestellten Übertragung - die Straßen-Einheit 1 eine 4 ms-Übertragung aussendet.
Wenn die Straßen-Einheit 10 eine nicht identifizierte Aussendung (die nicht mit der Struktur der Fahrzeugaussendung kompatibel ist) empfängt, antwortet sie nicht. Dies kann z. B. auftreten, wenn nur ein Teil der Botschaft aufgrund der Tatsache, daß die On-board-Einheit 34 außerhalb des Bereichs der Straßen-Einheit-Antenne beim Start der Übertragung liegt, empfangen wird. Dies wird in den Diagrammen (a) und (b) veranschaulicht, aus denen es ersichtlich ist, daß am Beginn der zweiten Prüfübertragung von der On-board-Einheit 34 bei 9 ms das Fahrzeug noch nicht den Kommunikationsbereich der Straßen-Einheit 1 betreten hat. Da nicht der gesamte 9 bis 13 ms-Puls durch die Straßen-Einheit 1 bestimmt wird, ignoriert sie diese Teilübertragung und antwortet nur auf die nachfolgend 18 bis 22 ms- und 34 bis 38 ms-Übertragungen. Auf ähnliche Weise wird die 50 bis 54 ms-Übertragung nur teilweise durch die Straßen-Einheit 2 empfangen, wie dies in Diagramm (d) dargestellt ist, und deshalb wird eine Antwort davon - bei 67 bis 71 ms (Diagramm (e)) - nur nach Feststellung der nächsten vollständigen Übertragung, bei 59 bis 63 ms, abgegeben.
Wie in Diagramm (a) dargestellt, beendet, wenn die On-board- Einheit 34 die Antwort von der Straßen-Einheit 10 zu empfangen beginnt, diese ihre regulären Übertragungen. Diese Änderung im Übertragungsmuster ist als Antwort auf die Straßen-Einheit I- Übertragung bei 26 bis 30 ms - Diagramm (c), die Straßen- Einheit II-Übertragung bei 67 bis 71 ms - Diagramm (e), und die Straßen-Einheit III-Übertragung 108 bis 112 ms - Diagramm (g), ersichtlich.
In Abwesenheit weiterer Übertragungen von der Straßen-Einheit 4 ms nach Ende einer bestimmten Übertragung, beginnt die Onboard-Einheit 34 wieder mit den Prüfübertragungen. Diese Wiederherstellung eines regulären Prüfübertragungsmusters ist als Antwort auf die Straßen-Einheit I-Übertragung bei 42 bis 46 ms - Diagramm (c), die Straßen-Einheit II-Übertragung bei 83 bis 87 ms - Diagramm (e), und die Straßen-Einheit III- Übertragung bei 124 bis 128 ms - Diagramm (g), ersichtlich.
Im vorstehend beschriebenen "normalen" Betriebsmodus konvertiert jede Straßen-Einheit mit einer On-board-Einheit 34 eines bestimmten Fahrzeugs nur zweimal. Der Grund hierfür sind betriebliche Überlegungen, wie sie z. B. durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Übertragungsrate beeinflußt werden. In bestimmten Fällen können jedoch, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeiten sehr gering sind, oder wenn eine große Menge an das Fahrzeug mit einer erhöhten Übertragungsrate zu übertragender Information vorhanden ist, mehr als zwei Austausche zwischen der On-board-Einheit und jeder Straßen- Einheit auftreten. Die Umstände, bei denen dies zutrifft, werden durch Kontrolleinrichtungen in verschiedenen Systemebenen gemäß vorbestimmter Kriterien bestimmt.
Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Kommunikationsprotokoll sind die folgenden Punkte zu beachten:
A. Da der longitudinale Kommunikationsbereich (3 m) der Hauptantenne 56 der On-board-Einheit 34 größer ist als die Distanz (2,5 m) zwischen den Straßen-Einheiten, wird immer ein Funkkontakt zwischen der On-board-Einheit 34 und der Straßen- Einheit bestehen, und zwar auch dann, wenn das Fahrzeug hält.
B. Das vorstehend beschriebene Verfahren ist ein "Standard"- Verfahren. Zusätzlich können die Straßen-Einheiten gemäß bestimmter Situationen, die auftreten könnten, verschiedene Funktionen erfüllen. Diese Situationen werden durch die Steuereinrichtung in den verschiedenen Ebenen bestimmt, und können umfassen einen Selbsttest, ein Betriebsverfahren, wenn die Fahrzeuge mit geringen Geschwindigkeiten fahren, das Verhalten an Abzweigungen, in Verkehrsstaus, usw. Gemäß den Umständen und dem Empfang einer geeigneten Anweisung von den Steuereinrichtungen schaltet die Straßen-Einheit von einem funktionellen Modus zu einem anderen.
Im folgenden werden typische Arten einer Aktivität, die während des Fahrens durchgeführt werden könnte, angegeben:
A. Einfahren in eine Straße, um einen Kontakt zwischen einem Fahrzeug 16 und den Straßen-Einheiten 10 zu initiieren.
B. Ausfahren aus einer Straße, um den Kontakt zwischen einem Fahrzeug 16 und den Straßen-Einheiten 10 zu beenden.
C. Fahren in einer Spur.
D. Wechseln von einer Spur zu einer anderen auf einer mehrspurigen Straße.
E. Ausfahren aus einer Autobahn über eine Ausfahrt.
F. Einfahren in eine Autobahn über eine Einfahrt, um sich in den Autobahnverkehr einzuordnen.
G. Durchfahren einer Vierwege-Abzweigung von zwei Einzelspur- Straßen, wie in Fig. 10 dargestellt.
H. Durchfahren von Verkehrsstaus.
I. Notbremsen, wie z. B. nach dem Fließschema der Fig. 12.
Eingige der vorstehend angegebenen Arten der Fahraktivität werden nun nachfolgend beispielhaft im Detail beschrieben.

Einfahren in eine Straße

Vor dem Einfahren in eine Straße, die einen Teil des erfindungsgemäßen Systems bildet (die "Straße"), hat die Onboard-Einheit 34 keine (Funk)-Verbindung mit dem System. Das Fahren geschieht deshalb manuell und wird nach regulären Fahrprinzipien durchgeführt.
Unmittelbar vor dem Einfahren in die Straße aktiviert der Fahrer die On-board-Einheit 34 über den Schalter 35 (Fig. 4A). Nach Aktivierung führt die Einheit 34 einen Selbsttest durch und teilt dem Fahrer das Ergebnis des Tests mit. Die Botschaften an den Fahrer werden über eine visuelle Anzeige 52 und gegebenenfalls über den Lautsprecher 54 durchgeführt. Wenn der System-Selbst-Test keine Fehlfunktion anzeigt, wird der Fahrer gebeten, ein Fahrziel über die Dateneingabevorrichtung 39 einzugeben.
Der Fahrer gibt sein Ziel ein (die Namen aller geographischen Orte, die vom System umfaßt sind, sind im Speicher der Onboard-Datenverarbeitungseinrichtung 38). Der Name des Bestimmungsortes wird von der Datenverarbeitungseinrichtung geprüft und dem Fahrer die entsprechende Bestätigung über die Anzeige 52 und/oder den Lautsprecher 54 gegeben.
Der On-board-Einheit 34-Sender beginnt die Übertragung des Übertragungcodewortes oder der Identifizierung des Fahrzeugs über die Hauptantenne 56, die unterhalb des Fahrzeugs installiert ist. Typischerweise ist das Codewort, das auch als wie vorstehend beschriebene Prüfübertragung dient, 100 Bits lang und von einer Dauer von 4 ms. Wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben, wird der Code regelmäßig alle 9 ms gesendet, bis mit dem System ein "Kontakt" hergestellt ist. Der Fahrer lenkt das Fahrzeug auf die Straße manuell, wobei das Zentrum des Fahrzeuges über dem Kommunikationskabel 13 ist. Sobald die Straßen-Einheit 10 den Empfang der Prüfübertragung empfängt, um dadurch ausgelöst zu werden, antwortet sie sofort mit einer Bestätigung. Von diesem Moment an übernimmt das System das Fahren des Fahrzeuges, bis das Fahrzeug entweder eine von dem erfindungsgemäßen System umfaßte Straße verläßt, oder der Fahrer die On-board-Einheit 34 über den Schalter 35 deaktiviert.
Die vom Fahrzeug als erstes überfahrene Straßen-Einheit 10 überträgt den Bestimmungswunsch des Fahrers an die Segment- Kontrolleinrichtung 13 (Fig. 1). Wenn die Bestimmung innerhalb des Segments ist, in dem sich das Fahrzeug zur Zeit des Wunsches befindet ("das Fahrzeug-Segment"), wird der Wunsch direkt von der Segment-Kontrolleinrichtung 30 verarbeitet, die dann eine geeignete Botschaft über geeignete Straßen-Einheiten 10 zurück zur On-board-Einheit 34 sendet.
Wenn die Bestimmung nicht innerhalb des Fahrzeug-Segments ist, sendet die Segment-Kontrolleinrichtung 30 den Bestimmungswunsch über einen Bereich-Bus 32 zu einer Bereichs-Kontrolleinrichtung 26. Wenn die Bestimmung innerhalb des Fahrzeug-Bereiches liegt, wird das Fahrziel von der Bereichs-Kontrolleinrichtung 26 verarbeitet. Wenn das Fahrziel nicht innerhalb des Fahrzeug- Bereichs ist, werden die Fahrziel-Daten zu Kontrolleinrichtungen in nachfolgend höheren Ebenen der Systemhierarchie übertragen, bis die geeignete Ebene der Hierarchie erreicht ist. Dann werden Ausgabedaten, die dem Fahrziel entsprechen, zurück über die verschiedenen Systemebenen übertragen, bis sie von der On-board-Hauptantenne 56 empfangen werden.
Am Ende des Verarbeitungsprozesses erhält der Fahrer deshalb eine Bestätigung. Die Bestätigung umfaßt Information, die die gewählte Strecke betrifft, die erwartete Dauer der Fahrt und andere Botschaften, sofern erforderlich. Der Fahrer kann über die Dateneingabevorrichtung entweder eine Bestätigung abgeben, den Auftrag streichen oder Veränderungen in der Strecke wünschen.
Nach Bestätigung einer bestimmten Fahrstrecke durch den Fahrer übertragen die Kontrolleinrichtungen in den verschiedenen Ebenen den Betrieb betreffende Instruktionen an Straßen- Einheiten, die sich entlang der Strecke befinden. Diese Instruktionen können umfassen den Fahrzeugcode, andere Fahrzeugdaten, die geschätzte Ankunftszeit an jeder Straßen- Einheit, navigatorische Details, und die Fahrgeschwindigkeit, sowie verschiedene Instruktionen an die On-board-Einheit 34 und Botschaften an den Fahrer.
Die Straßen-Einheit 10 in unmittelbarer Nachbarschaft zum Fahrzeug startet dann die Übertragung der den Betrieb betreffenden Instruktionen an die On-board-Einheit 34, und das Fahrzeug beginnt mit der automatischen Fahrt.

Ausfahrt aus einer Straße

Vor dem Erreichen einer bestimmten Ausfahrt aus der Straße, von wo an ein manuelles Verfahren erforderlich wird, empfängt der Fahrer über die Anzeige 52 und/oder den Lautsprecher 54 einen Warnhinweis auf die bevorstehende Ausfahrt. Danach reduziert die On-board-Einheit 34 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bis zum manuellen Fahrniveau.
Wenn das Fahrzeug über der letzten Straßen-Einheit vor der Ausfahrt ist, tauschen sie eine letzte Übertragung aus, die den Status des Fahrzeugs beim Ausfahren bestätigt, und das Fahrzeug geht dann in die manuelle Kontrolle durch den Fahrer über. Der Status des Fahrzeugs beim Ausfahren wird dann an die Segment- Kontrolleinrichtung 30 gesendet, und von dort, wenn erforderlich, an höhere Ebenen im System.

Fahren in einer Spur.

Wenn das Fahrzeug in einer Spur auf einer Straße fährt, wie dies z. B. aus den Fig. 3 und 9 ersichtlich ist, werden die Streckeneinzelheiten des Fahrzeugs von den Kontrolleinrichtungen in den verschiedenen Ebenen an die Straßen-Einheiten 10 übertragen. Jede Straßen-Einheit 10 speichert in ihrem Speicher (Datenverarbeitungseinrichtung 62) die Daten jedes erwarteten Fahrzeugs in der Ordnung der Ankunft (FIFO). Die Größe des Straßen-Einheit-Speichers bestimmt die Zahl der Fahrzeuge, die gespeichert werden können. Wenn erforderlich, können Fahrdaten über die Segment- Kontrolleinrichtung 30 (Fig. 1 und 6) auf den neuesten Stand gebracht werden. Die Daten können unter anderem umfassen die Fahrzeugidentifizierung oder das Codewort, die geschätzte Ankunftszeit, die durchschnittlich erwartete Fahrgeschwindigkeit, navigatorische Instruktionen, sowie irgendwelche weiteren Instruktionen an die On-board-Einheit 34, und verschiedene Botschaften an den Fahrer.
Wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben, sind die Straßen-Einheiten 10 in einem Standby-Modus, bis von einem Fahrzeug eine richtige Übertragung (Übertragungsstruktur, Codiermethode, usw.) empfangen wird. Sobald eine richtige Übertragung von einer On-board-Fahrzeugeinheit 34 empfangen wird, prüft die empfangende Straßen-Einheit die von der Onboard-Einheit 34 empfangenen Daten, einschließlich des Fahrzeug-Codeworts oder der Identifikationsnummer, den Fahrzeugdaten und verschiedenen Botschaften.
Wenn die Identifizierungsnummer nicht richtig, unklar oder nicht die erwartete ist, wartet die Straßen-Einheit auf die zweite Übertragung von der On-board-Einheit 34. Wenn die Identifikationsnummer in der zweiten Übertragung ebenfalls nicht richtig ist, veranlaßt die Straßen-Einheit ein Notbremsungsverfahren. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 12 beschrieben.
Wenn die Identifikationsnummer gültig, klar und richtig ist, verarbeitet die Straßen-Einheit-Datenverarbeitungseinrichtung 62 die Botschaften. Diese Botschaften können umfassen den Wunsch nach einer Streckenänderung, den Wunsch nach spezifischen geographischen, wirtschaftlichen oder anderen allgemeinen Informationsarten, die Übermittlung von Botschaften zu stationären Stationen, wie z. B. eine private oder Geschäftsanschrift. Die Botschaften werden an die Segment- Kontrolleinrichtung 30 übertragen, die diese entweder verarbeitet und direkt beantwortet, oder die Botschaften an eine höhere Systemebene abgibt.
Eine weitere Funktion der Straßen-Einheiten ist es, zu prüfen, ob die tatsächliche Ankunftszeit des Fahrzeuges der erwarteten entspricht. Wenn nicht, berechnet eine Datenverarbeitungseinrichtung 62 eine erforderliche Veränderung in der Geschwindigkeit, und instruiert die On-board- Datenverarbeitungseinrichtung 38 (Fig. 4A) entsprechend, die dann bewirkt, daß die Geschwindigkeit über die Steuerschnittstelle 40 geändert wird. Wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen und der erforderlichen Geschwindigkeit größer als ein Wert ist, der gemäß Kriterien, wie z. B. die Fahrgeschwindigkeit im Segment, die geplanten Distanzen zwischen den Fahrzeugen, Sicherheitsbedingungen im Segment, vorbestimmt wurde, kann das Notbremsungsverfahren ausgelöst werden.
Danach sendet die Straßen-Einheit eine Antwort an die On-board- Fahrzeugeinheit 34. Diese Antwort kann Instruktionen umfassen, die von der Straßen-Einheit ausgegeben werden, wie z. B. die Veränderung der Geschwindigkeit, eine Notbremsung und dergleichen, und Instruktionen und Botschaften von der Segment- Kontrolleinrichtung, wie z. B. die bisherige durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit, navigatorische Instruktionen, und verschiedene Botschaften. Zusätzlich zu den Botschaften einer bestimmten Straßen-Einheit an eine bestimmte On-board-Fahrzeug- Einheit, sendet die Straßen-Einheit auch eine Botschaft über eine serielle Verbindung 14 zur nächsten (in Fahrtrichtung liegenden) Straßen-Einheit in Richtung der Fahrt. Die Botschaft umfaßt u. a. die Identifikationsnummer des Fahrzeugs, das sie als nächstes erreichen wird, und wie lange es bis zur Ankunft dauern wird, oder eine "momentane Ankunftszeit". Die momentane Ankunftszeit basiert auf der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wenn es die übertragende Straßen-Einheit basiert, und irgendwelche Geschwindigkeitsänderungen oder navigatorische Instruktionen, und ist deshalb verschieden von der geschätzten Ankunftszeit gemäß dem Fahrplan, wie er von der Segment- Kontrolleinrichtung an die empfangende Straßen-Einheit übertragen wurde.
Als weitere Sicherheitsvorkehrung prüft die in Fahrtrichtung liegende Straßen-Einheit konstant, ob das Fahrzeug, das gerade die entgegen der Fahrtrichtung liegende Straßen-Einheit verlassen hat, und das die in Fahrtrichtung liegende Straßen- Einheit zu einer bestimmten Zeit erreichen sollte, tatsächlich wie erwartet angekommen ist. Wenn gefunden wird, daß das Fahrzeug nicht innerhalb des erwarteten Zeitraums angekommen ist, veranlaßt die Straßen-Einheit das Notbremsungsverfahren.
Die entgegen der Fahrtrichtung liegende Straßen-Einheit speichert verschiedene vorbestimmte Daten des Fahrzeugs, das passiert hat, in ihrem Speicher. Dazu kann es den gleichen Platz im Speicher verwenden, auf dem die Daten gespeichert sind, die sie an die On-board-Einheit 34 gesendet hat, und die sie nicht mehr länger benötigt.
Jede Straßen-Einheit übertragt Botschaften an ihre Segment- Kontrolleinrichtung 30 über den parallelen Kommunikationsbus 15 (Fig. 1) gemäß einem bestimmten Verfahren. Die Botschaften umfassen einen Bericht über die Passage von Fahrzeugen und mit jedem Fahrzeug verbundene Botschaften; Informationen, die bestimmte Vorkommnisse betreffen, wie z. B. eine Notbremsung; Servicewünsche der Straßen-Einheit selbst, z. B. einen Wunsch nach einer Speicheraktualisierung; Botschaften, die Fehler in der Leitung betreffen; usw.
Es wird nun auf Fig. 12 bezuggenommen, die ein Fließschaubild eines Notbremsungsverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist.
Als Antwort auf eine Anzahl bestimmter nachstehend aufgezählter Bedingungen kann vom System eine Notbremsung eines oder mehrerer Fahrzeuge veranlaßt werden; durch eine oder mehrere Straßen-Einheiten 10 als Reflexreaktion auf verschiedene vorgegebene Situationen, z. B., wenn ein Fahrzeug nicht eine spezifische Straßen-Einheit innerhalb eines erwarteten Zeitraums erreicht, oder wenn festgestellt wird, daß das Fahrzeug nicht richtig funktioniert; oder durch den Fahrer. Wenn der Fahrer anhalten möchte, verursacht die Eingabe einer geeigneten Instruktion an die On-board-Einheit 34, entweder über die Dateneingabevorrichtung 39 oder z. B. durch Niederdrücken des Bremspedal des Fahrzeugs, das das System ein Notbremsungsverfahren einleitet.
Bedingungen, bei denen das System mit einer Notbremsung reagiert, umfassen die folgenden:
eine Abweichung vom Fahrplan, die größer als zulässig ist, eine Abweichung von der Fahrordnung einer Fahrzeuggruppe, Berichte des Fahrers über Notsituationen.
Ein typisches Notbremsungsverfahren ist das folgende:
1. Eine Straßen-Einheit "X", die im Kommunikationsbereich mit einem anzuhaltenden Fahrzeug ist, sendet (Block 110, Zeile 112) eine Anweisung an die On-board-Fahrzeugeinheit 34, das die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs auf V = 0 verringert werden soll. Das anzuhaltende Fahrzeug wird in Fig. 12 mit "Vs" bezeichnet.
2. Die Straßen-Einheit "X" sendet (Block 110, Zeile 114) Botschaft über eine serielle Verbindung 14 an eine benachbarte in Fahrtrichtung liegende Straßen-Einheit (RU) "X + 1" eine Botschaft - wenn die Straßen-Einheit X eine gegen die Fahrtrichtung liegende Knoteneinheit ist (d. h. eine Verzweigung in Fahrtrichtung zur Straßen-Einheit X, dann wird die Botschaft an beide entgegen der Fahrtrichtung liegenden Straßen-Einheiten übertragen. Die Botschaft umfaßt eine Anweisung, das Fahrzeug anzuhalten, wenn es die in Fahrtrichtung liegende Einheit erreicht, zusammen mit der Identifikationsnummer des Fahrzeugs.
Wenn das Anhalten nicht sofort stattfindet, informiert die Einheit X + 1 (Block 116) die nachfolgende in Fahrtrichtung liegende Straßen-Einheit "X + 2", um das Anhalten des Fahrzeugs fortzusetzen. Auf diese Weise informieren nachfolgende in Fahrtrichtung liegende Straßen-Einheiten die vor ihnen liegenden, um das spezifische Fahrzeug anzuhalten, bis es zu einem vollständigen Stillstand gebracht ist. Wenn ein anderes Fahrzeug, das nicht in Verbindung mit der Notbremsung steht, in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug, für das das Anhaltenverfahren eingeleitet wurde, vorhanden ist, wird es normal weiterfahren.
3. Die Straßeneinheit X sendet (Block 110, Zeile 118) eine Botschaft über die serielle Verbindung 14 an die Straßen- Einheit "X - 1", die sich entgegen der Fahrtrichtung unmittelbar dahinter befindet - wenn die Straßen-Einheit X eine in Fahrtrichtung liegende Knoteneinheit ist (d. h. eine Verzweigung die zur Straßen-Einheit X entgegen der Fahrtrichtung liegt), wird die Botschaft an beide benachbarten entgegengesetzt zur Fahrtrichtung liegenden Straßen-Einheiten gesendet.
Die Botschaft umfaßt die folgenden Instruktionen:
a. leite ein Notbremsungsverfahren ein;
b. mein Sicherheitsbereich ist die Distanz L, wobei L in Straßen-Einheiten und Wagenlänge + Bremsdistanz gemessen wird, und wobei die Bremsdistanz durch das System in Übereinstimmung mit den Sicherheitsbedingungen der Straße, auf der das Bremsen durchgeführt wird, bestimmt wird; und
c. die maximale zulässige Fahrgeschwindigkeit über mir (d. h. der Einheit X) ist V, die, beim Beginn des Bremsverfahrens, 0 ist.
4. Die Straßen-Einheit X - 1 - zur Straßen-Einheit X entgegen der Fahrtrichtung - führt dann die folgenden Berechnungen durch:
a. wenn es im Kommunikationsbereich der Einheit X - 1 (Block 120) ein neues Fahrzeug gibt (das von dem früheren verschieden ist), dann ist L = neue Wagenlänge + Bremsdistanz (Block 122);
wenn kein neues Fahrzeug oberhalb der Einheit X - 1 ist, dann ist L = L - 1, bis L 0 erreicht (Block 124).
Wenn L> 0 ist, dann bleibt V unverändert (Block 128);
wenn L = 0 (Block 130), dann ist V = V + dV (Block 132), worin dV ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsinkrement ist, das durch die Kontrolleinrichtungen gemäß Sicherheitsüberlegungen an der bestimmten Straße vorher festgelegt wurde - V kann nicht größer als Vmax sein, die für das gemäß der obigen Überlegungen für die ganz bestimmte Straße definiert wurde.
5. Straßen-Einheit X - 1 sendet (Block 134) das folgende:
a. eine Botschaft an das unmittelbar ober ihr befindliche Fahrzeug, und informiert dieses über die herrschende Geschwindigkeit; und
b. eine Botschaft an die entgegen der Fahrtrichtung unmittelbar daneben liegende Straßen-Einheit "X - 2", die wie folgt lautet:
führe ein Notbremsungsverfahren durch, mein Sicherheitsbereich ist L (gemäß den vorstehenden Berechnungen),
die zulässige Höchstgeschwindigkeit in meiner Nachbarschaft ist V (wie vorstehend definier).
Auf diese Weise wird, wenn zwischen dem ersten Fahrzeug (das anhält) und dem dahinter befindlichen eine Lücke ist, die Stärke des Anhaltens allmählich verringert. Dies wird in der graphischen Darstellung der Zielgeschwindigkeit gegen die Distanz (als Straßen-Einheiten) des Blocks 136 in Fig. 12 angezeigt. Es ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit allmählich verringert wird, wenn aufeinanderfolgende sich entgegen der Fahrtrichtung befindliche Fahrzeuge in Fahrtrichtung gegen die Straßen-Einheit X fahren, die das Bremsverfahren eingeleitet hat.
6. Die dritte und die nachfolgenden entgegen der Fahrtrichtung liegenden Straßen-Einheiten X - 2, ...., X - n, wirken (Block 136) auf ähnliche Weise wie für die Straßen-Einheit X - 1 beschrieben.

Claims

1. Transportsystem mit:

einem Netzwerk von sich schneidenden Fahrstrecken (12), denen ein korrespondierendes Netzwerk von Straßen-basierenden Kommunikationseinheiten (10) zugeordnet ist;

einer Mehrzahl von Fahrzeugen (16) zum Fahren entlang des Netzwerkes von sich schneidenden Strecken; und

einem Steuer- und Kommunikationssystem zum Steuern der Fahrt der Fahrzeuge entlang des Netzwerkes, wobei das Netzwerk in eine Mehrzahl von aneinandergrenzenden Segmenten unterteilt und dadurch gekennzeichnet ist, daß

das Steuer- und Kommunikationssystem ein dezentralisiertes hierarchisches modulares System ist, das eine individualisierte Steuerung jedes Fahrzeugs innerhalb des Netzwerkes sowie eine Führung zu einem gewählten Fahrziel in Echtzeit ermöglicht, während der Betriebszustand und die Führung von anderen Fahrzeugen, die innerhalb des Netzwerkes fahren, berücksichtigt wird, wobei das Steuer- und Kommunikationssystem umfaßt:

mindestens erste, zweite und dritte hierarchische, wechselseitig kommunizierende Ebenen der Steuerung und Kommunikationen, wobei

die erste Ebene an einem Fahrzeug montierte (onboard) Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen (34) umfaßt;

die zweite Ebene eine Mehrzahl von Straßenbasierenden Einheiten umfaßt, die in einer Reihe entlang jedes Segmentes in der Weise angeordnet sind, daß jede Straßen-basierende Einheit, die entlang einer gewählten Fahrstrecke liegt, in der Weise wirksam ist, daß wiederum eine Zweiwege- Kommunikation mit den on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen (34) jedes hier entlang fahrenden Fahrzeugs aufgebaut wird,

die on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen (34) ferner zur Benutzung der Zweiwege- Kommunikation in der Weise wirksam sind, daß eine Position des Fahrzeugs in seitlicher und Längsrichtung relativ zu einer Fahrstrecke ermittelt werden kann; und

die dritte Ebene eine Mehrzahl von Steuereinheiten (30) für die wechselseitig kommunizierenden Netzwerksegmente zur Datenverarbeitung und Zweiwege- Kommunikationen mit jeder der Straßen-basierenden Einheiten in einer korrespondierenden Mehrzahl von vorbestimmten Netzwerksegmenten umfaßt,

wobei jede on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) in der Weise wirksam ist, daß die Betriebsfunktionen jedes Fahrzeugs selektiv erfaßt und gesteuert werden können, um eine automatisierte Führung des Fahrzeugs zu einem gewählten Reiseziel zu ermöglichen, und daß die Zweiwege-Kommunikationen zwischen jeder on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) und den Straßen-basierenden Einheiten in deren Nähe mindestens eine Übertragung von gegenseitigen Identifikationsdaten zwischen diesen, sowie eine Übertragung von Fahrzeug-Betriebsdaten von der on-board Einrichtung (34) zu den Straßen-basierenden Einheiten umfaßt, und wobei die on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) jedes Fahrzeugs in der Weise wirksam ist, daß die Zweiwege-Kommunikationen mit mindestens einer Straßen-basierenden Einheit (10) zu jeder Zeit während des Betriebes des Fahrzeugs aufrechterhalten werden, und

wobei jede Segment-Steuereinheit umfaßt:

eine Schnittstelle (70) zum Austausch von mindestens Identifikations- und Betriebsdaten jedes Fahrzeugs, das in einem gewählten Netzwerk-Segment in der Nähe der Anzahl von Straßen-basierenden Einheiten fährt, mit allen Straßen-basierenden Einheiten, die in jedem Netzwerk-Segment liegen; und

Einrichtungen (68) zum Ermitteln von optimalen Fahrparametern für jedes Fahrzeug,

wobei die Schnittstelle in der Weise wirksam ist, daß an die Straßen-basierenden Einheiten für jedes in deren Nähe befindliche Fahrzeug in Übereinstimmung mit den optimalen Fahrparametern Fahrzeug-Betriebsbefehle gesendet werden,

wobei die Straßen-basierenden Einheiten in der Weise wirksam sind, daß die Fahrzeug- Betriebsbefehle zu den in deren Nähe fahrenden Fahrzeugen gesendet werden und

wobei die Einrichtung zum Ermitteln von optimalen Fahrparametern als Antwort auf den Empfang von Fahrzeug-Betriebsdaten in der Weise wirksam ist, daß die Fahrparameter erneut ermitteln und die Fahrzeug-Betriebsbefehle in Übereinstimmung damit erneuert werden.

2. Transportsystem nach Anspruch 1, mit mindestens einer vierten hierarchischen Steuer- und Kommunikationsebene, die mindestens eine Über-Steuereinheit (26) zur Datenverarbeitung und für Zweiwege-Kommunikationen mit einer Mehrzahl von Segment-Steuereinheiten umfaßt, die zusammen den Betrieb der Fahrzeuge in einem Bereich steuern, der eine vorbestimmte Mehrzahl von aneinander angrenzenden Netzwerk-Segmenten enthält, wobei jede Segment- Steuereinheit ferner eine zusätzliche Schnittstelle (72) zum Austausch von zusätzlichen Fahrzeug-bezogenen Daten zwischen jeder Segment-Steuereinheit (30) und der Über- Steuereinheit (26) über einen parallelen Bus (32) aufweist, wobei die Daten in Übereinstimmung mit vorbestimmten Kriterien die Ermittlung der Fahrparameter von anderen Fahrzeugen, die in einem Teil des Bereiches, der die vorbestimmte Anzahl von aneinander angrenzenden Netzwerk-Segmenten enthält, beeinflussen können, und jede der Über-Steuereinheiten (26) umfaßt:

eine Schnittstelle (76) zum Austausch der zusätzlichen Fahrzeug-bezogenen Daten mit der Anzahl von Segment-Steuereinheiten; und

Einrichtungen (74) zum Verarbeiten der zusätzlichen Fahrzeug-bezogenen Daten in der Weise, daß weitere Fahrdaten erhalten werden,

wobei die Schnittstelle (76) der Über-Steuereinheit in der Weise wirksam ist, daß zu der Schnittstelle (72) jeder Segment-Steuereinheit die weiteren Fahrdaten übertragen werden, die für die Ermittlung der optimalen Fahrparameter des Fahrzeugs, das in dem zugeordneten Netzwerk-Segment fährt, relevant sind.

3. Transportsystem nach Anspruch 2, das eine weitere Mehrzahl von hierarchischen Steuerebenen aufweist, die jeweils eine Mehrzahl von Über-Steuereinheiten zum Steuern von Fahrzeugen in einem vorbestimmten Bereich umfassen, der eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden Flächen enthält, wobei jede Ebene in der Weise wirksam ist, daß eine Steuerebene, die in der Hierarchie unmittelbar darunter liegt, gesteuert werden kann, und jede hierarchische Steuerebene umfaßt:

mindestens eine Kommunikationseinrichtung zur selektiven Kommunikation mit einer Steuerebene, die unmittelbar darunter liegt, in Abhängigkeit von dem Empfang von Eingangssignalen davon; und

mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung, die mit der Kommunikationseinrichtung der hierarchischen Steuerebene verbunden ist, zur Verarbeitung von Eingangsdaten korrespondierend zu den Eingangssignalen, sowie zum Erzeugen von Ausgangsdaten zum Übertragen mittels der Kommunikationseinrichtung zu der unmittelbar darunter liegenden Steuerebene in Form von Ausgangssignalen.

4. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Ermitteln von optimalen Fahrparametern (68) in der Weise wirksam ist, daß für eine Mehrzahl von Fahrzeugen Fahrzeug-Betriebsdaten einer Mehrzahl von Straßeneinheiten (10) zugeführt werden, die entlang entsprechender Fahrwege der Anzahl von Fahrzeugen liegen, und jede Straßeneinheit (10) in der Weise wirksam ist, dag die Daten gespeichert werden und ferner, als Antwort auf den Empfang einer Identifizierung jedes Fahrzeugs von seiner on-board Einrichtung (34), dieser die Betriebsdaten für das zugeordnete Fahrzeug übermittelt werden.

5. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem jede Straßenbasierende Einheit über eine parallele Kommunikationseinrichtung (64) und einen parallelen Bus (15) mit einer vorbestimmten Segment-Steuereinheit (30) verbunden ist und bei dem jede Straßen-basierende Einheit umfaßt:

eine Sender-Empfänger-Einrichtung (60);

eine Antenne (58) zur Erleichterung von Kommunikationen zwischen den on-board Einrichtungen (34) und der Sender-Empfänger-Einrichtung (60); und

einer Datenverarbeitungseinrichtung (62), die mit der Sender-Empfänger-Einrichtung (60) verbunden ist, zum Empfang von Daten von und zum Senden von Daten zu den on-board Einrichtungen (34), zum Austausch von Daten mit einer zugeordneten Segment- Steuereinheit (30) über die parallele Kommunikationseinrichtung (64) und den parallelen Bus (15), sowie zum Verarbeiten der von der on-board Einrichtung (34) und von der zugeordneten Segment- Steuereinheit (30) empfangenen Daten.

6. Transportsystem nach Anspruch 5, bei dem jede Straßenbasierende Einheit ferner über einen seriellen Bus (40) mit mindestens einer benachbarten Straßen-basierenden Einheit verbunden ist, wobei jede der Straßenbasierenden Einheiten auch eine zusätzliche Sender-Empfänger- Einrichtung (66) zum Austausch von Daten zwischen benachbarten Straßen-basierenden Einheiten umfaßt.

7. Transportsystem nach Anspruch 6, mit einer Kabelkonstruktion (13), die mindestens eine Anzahl der Straßenbasierenden Einheiten (10), den dazwischen liegenden seriellen Bus (40) und den parallelen Bus (15, 32) beinhaltet.

8. Transportsystem nach Anspruch 6, mit einem seriellen Bus (14'), der zwischen vorausgewählte straßen-basierende Einheiten von benachbarten Segmenten geschaltet ist, wobei eine erste Straßen-basierende Einheit eines ersten Segmentes in der Weise wirksam ist, daß über den seriellen Bus (14') Daten, die Fahrzeuge betreffen, die von dem ersten Segment zu dem zweiten Segment fahren, mit einer zweiten Straßen-basierenden Einheit eines zweiten Segmentes ausgetauscht werden können, wodurch eine kontinuierliche Steuerung der Fahrzeuge durch das System erleichtert wird.

9. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem die on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtungen (34) und jede Straßen-basierende Einheit auswählbar entweder in einer ersten, vollautomatischen Betriebsart oder in einer zweiten, nicht vollautomatischen manuellen Betriebsart betreibbar sind.

10. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem jede on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) umfaßt:

eine Sender-Empfänger-Einrichtung (36) zur Kommunikation mit jeder der Straßen-basierenden Einheiten (10) nacheinander, während diese passiert werden;

eine Datenverarbeitungseinrichtung (38), die mit der Sender-Empfänger-Einrichtung (36) verbunden ist; und

eine Steuereinrichtung (40), die mit der Datenverarbeitungseinrichtung zur auswählbaren Steuerung und Erfassung einer vorbestimmten Anzahl von Fahrzeug-Betriebsfunktionen als Antwort auf Signale verbunden ist, die durch die Sender- Empfänger-Einrichtung (36) von den Straßenbasierenden Einheiten empfangen werden, wobei die Straßen-basierenden Einheiten entlang eines vorbestimmten Weges entlang der Fahrstrecke angeordnet und in Verbindung mit den on-board Einrichtungen (34) wirksam sind, um eine vorbestimmte Positionierung des Fahrzeugs relativ zu dem vorbestimmten Weg zu ermöglichen.

11. Transportsystem nach Anspruch 9, bei dem die Schnittstelle (70) der Segment-Steuereinheit (30) in der Weise wirksam ist, daß zu der Datenverarbeitungseinrichtung (62) jeder Straßen-basierenden Einheit (10), die entlang der Fahrwege einer Mehrzahl von Fahrzeugen liegt, Fahrdaten übertragen werden, die jedes dieser Fahrzeuge betreffen, so daß jede Straßen-basierende Einheit in der Weise wirksam ist, daß die Ankunft der Fahrzeuge mit bekannten Identitäten vorausgesagt werden kann.

12. Transportsystem nach Anspruch 10, bei dem die on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) eine erste Antenne (44) aufweist, die an einer vorbestimmten Position an dem Fahrzeug und in Verbindung mit der Datenverarbeitungseinrichtung (38) montiert ist, und die Antenne (58) der Straßen-basierenden Einheit die zweite Antenne ist, und

bei dem entsprechend einer Vorbestimmung die erste oder die zweite Antenne ein Paar von Antennen aufweist, die mit einer vorbestimmten Ausrichtung angeordnet sind und einen Empfänger (50) und einen damit verbundenen Vergleicher (48) aufweisen, um eine Ausgangs-Anzeige der Position des Fahrzeugs relativ zu dem vorbestimmten Weg zu erzeugen.

13. Transportsystem nach Anspruch 12, bei dem das Paar von Antennen (44), der Empfänger (50) und der Vergleicher (48) einen Teil der on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) an dem Fahrzeug bilden und mit dessen Datenverarbeitungseinrichtung (38) verbunden sind.

14. Transportsystem nach Anspruch 13, bei dem der longitudinale Abstand zwischen benachbarten Straßen-basierenden Einheiten kleiner ist als die longitudinale Empfangsreichweite der on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34), so daß sich die on-board Einrichtung (34) immer in Kommunikationsreichweite von mindestens einer Straßen-basierenden Einheit entlang ihrer Fahrerstrecke befindet.

15. Transportsystem nach Anspruch 10, bei dem das Paar von Antennen und der Vergleicher in der Weise wirksam sind, daß der Datenverarbeitungseinrichtung Signale übermittelt werden, die den Grad der Abweichung des Fahrzeugs von dem vorbestimmten Weg anzeigen.

16. Transportsystem nach Anspruch 15, bei dem die on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) auch eine Haupt-Kommunikationsantenne (56) aufweist, die mit der Sender-Empfänger-Einrichtung (36) verbunden ist, zum Empfangen und zum Senden von Meldungen zwischen der Datenverarbeitungseinrichtung (38) und den Straßenbasierenden Einheiten.

17. Transportsystem nach Anspruch 16, bei dem die Straßenbasierenden Einheiten (10) in verschiedenen Betriebsarten betreibbar sind und die Datenverarbeitungseinrichtung (68) der Segment-Steuereinheit (30) über die Schnittstelle (70) auch in der Weise wirksam ist, daß die Straßen-basierenden Einheiten (10) selektiv gesteuert werden, um diese zwischen den Betriebsarten umzuschalten.

18. Transportsystem nach Anspruch 10, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung (38) über die Sender-Empfänger- Einrichtung (36) in der Weise wirksam ist, daß den Straßen-basierenden Einheiten Signalausgänge zugeführt werden, die Meldungen umfassen, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind:

Fahrzeug-Identifikationsdaten; Meldungen über Fahrzeug- Betriebsparameter; Meldungen über Eingaben eines Fahrzeugfahrers; und Anfragemeldungen, die von einem Fahrer veranlaßt sind.

19. Transportsystem nach Anspruch 18, bei dem die Straßenbasierenden Einheiten in der Weise betreibbar sind, daß Signalausgänge von der Sender-Empfänger-Einrichtung (36) der on-board Einrichtung (34) empfangen werden und daß weiterhin Daten, die in den empfangenen Signalausgängen enthalten sind, verarbeitet werden und selektiv zumindest ein Teil der Daten zu einer zugeordneten Segment- Steuereinheit (30) übertragen wird, und die Datenverarbeitungseinrichtung (68) der Segment-Steuereinheit in der Weise betreibbar ist, daß diese über die Schnittstelle (70) als Antwort auf von dieser empfangener Eingangssignale selektive mit jeder der straßen-basierenden Einheiten kommunizieren kann; und die Einrichtung (68) zum Ermitteln der Fahrparameter in der Weise betreibbar ist, daß die Fahrzeug-Betriebsbefehle in Form von Ausgangssignalen an die Straßen-basierenden Einheiten übermittelt werden.

20. Transportsystem nach Anspruch 19, bei dem jede Straßenbasierende Einheit als Antwort auf die Erfassung des Durchgangs eines Fahrzeugs in der Weise betreibbar ist, daß ein Ausgangssignal zu mindestens einer unmittelbar benachbarten, in Fahrtrichtung dahinter liegenden Straßen-basierenden Einheit gesendet wird, das eine Fahrt des Fahrzeugs in Richtung auf diese Einheit anzeigt.

21. Transportsystem nach Anspruch 19, bei dem das Netzwerk von Fahrstrecken auch Gabelungen umfaßt, die von Straßen-basierenden Knoten-Einheiten (10') abzweigen, wobei jede Straßen-basierende Knoten-Einheit in im allgemeinen äquidistanter Relation zu einem Paar von unmittelbar benachbarten Straßen-basierenden Einheiten (10) angeordnet ist, die in Fahrtrichtung entlang der abzweigenden Wege liegen, und

bei dem jede Straßen-basierende Knoten-Einheit (10') als Antwort auf die Erfassung eines Durchgangs des Fahrzeugs so betreibbar ist, daß ein Ausgangssignal zu mindestens dem Paar von in Fahrtrichtung unmittelbar benachbarten Straßen-basierenden Einheiten übermittelt wird, das die Fahrt des Fahrzeugs in Richtung auf eine der Einheiten des Paares anzeigt.

22. Transportsystem nach Anspruch 19, bei dem das Netzwerk von Fahrstrecken auch Einmündungen umfaßt und bei dem jedes Fahrzeug durch das Steuer- und Kommunikationssystem durch eine Einmündung geführt wird.

23. Transportsystem nach Anspruch 22, bei dem die Einmündungen Mehrrichtungsverbindungen umfassen, die mindestens drei Zufahrtspuren und mindestens drei Ausfahrtspuren umfassen.

24. Transportsystem nach Anspruch 19, bei dem jede Straßenbasierende Einheit als Antwort auf mindestens einen Fahrzeug-Betriebsparameterwert und Eingabewerte von Fahrzeugfahrern außerhalb einer vorbestimmten Reichweite in der Weise betreibbar ist, daß automatisch an mindestens eine benachbarte Straßen-basierende Einheit direkt ein Notsignal gesendet wird, und

bei dem jede der mindestens eine benachbarte Straßenbasierende Einheit als Antwort auf den Empfang des Notsignals in der Weise betreibbar ist, daß in Übereinstimmung mit dem Notsignal ein Steuersignal zu der Sender- Empfänger-Einrichtung (36) der on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) übermittelt wird.

25. Transportsystem nach Anspruch 24, bei dem die Straßenbasierenden Einheiten, zu denen das Notsignal gesendet wird, in der Weise betreibbar sind, daß Steuersignale zu der Sender-Empfänger-Einrichtung (36) der on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) einer Mehrzahl von Fahrzeugen übermittelt werden, deren Fahrdaten durch das Fahrzeug, dessen Parameterwerte oder Eingangswerte als außerhalb der vorbestimmten Reichweite liegend erkannt werden, beeinflußt werden.

26. Transportsystem nach Anspruch 24, bei dem mindestens eine benachbarte Straßen-basierende Einheit als Antwort auf den Empfang eines Notsignals in der Weise betreibbar ist, daß ein Geschwindigkeitssteuersignal zu der Fahrzeug on-board Einrichtung (34) gesendet wird.

27. Transportsystem nach Anspruch 25, bei dem eine Mehrzahl von entgegen der Fahrtrichtung liegenden Straßenbasierenden Einheiten und eine Mehrzahl von in Fahrtrichtung liegenden Straßen-basierenden Einheiten relativ zu der automatisch sendenden Straßen-basierenden Einheit in der Weise betriebsbereit sind, daß zu dieser unmittelbar benachbarte Straßen-basierende Einheiten aktiviert werden können, so daß Geschwindigkeitssteuersignale zu einer Mehrzahl von on-board Einrichtungen (34) übertragen werden, die sich an der Mehrzahl von Fahrzeugen befinden, deren Fahrdaten durch das Fahrzeug beeinflußt werden, dessen Parameterwerte oder Eingangswerte als außerhalb der vorbestimmten Reichweite liegend erkannt werden.

28. Transportsystem nach Anspruch 10, bei dem die Sender- Empfänger-Einrichtung (36) der on-board Steuer- und Datenaustauscheinrichtung (34) in der Weise betreibbar ist, daß intermittierende Prüfsignale bereitgestellt werden, wenn das Fahrzeug entlang einer Fahrstrecke fährt, und

bei dem die Straßen-basierenden Einheiten Mittel zum Erfassen der Prüfsignale und zum Auslösen der Straßenbasierenden Einheiten als Antwort darauf umfassen.