DE3307123A1

DE3307123A1 - Autonomes orientierungssystem fuer landfahrzeuge

Info

Publication number: DE3307123A1
Application number: DE19833307123
Authority: DE
Inventors: Bertold Dr. 7300 Esslingen Romacker
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1984-09-06
Also published as: DE3307123C2

Description

Autonomes Orientierungssystem für La-ndfahrzeuge
In der Kraftfahrzeugtechnik befaßt man sich seit einiger Zeit mit Orientierungssystemen, die die jeweilige-Fahrzeugposition sowie die Richtung angeben, in der ein Kraftfahrer fahren muß, um ein vorgegebenes Ziel zu erreichen. Bei den Orientierungssystemen unterscheidet man zwischen zentralgesteuerten und autonomen Orientierungssystemen. Zentralgeführte Orientierungssysteme wie z.B. LISA sind relativ teuer, da eine komplizierte Infrastruktur wie z.B. Induktionsschleifen an Kreuzungen sowie zentrale Computersysteme benötigt werden. Dagegen können autonome Orientierungssysteme preisgünstig realisiert werden.
Ein autonome Orientierungssystem ermittelt im wesentlichen zwei Meßgrößen, und zwar die zurückgelegte Wegstrecke sowie die momentane Fahrtrichtung. Die zurückgelegte Wegstrecke läßt sich in einem Fahrzeug relativ leicht durch Zählen der Umdrehungen der Fahrzeugräder ermitteln. Die Wegmessung durch Ermitteln der Radumdrehungen hat allerdings nur dann eine ausreichende Genauigkeit, wenn ein konstanter Reifendruck stets eingehalten wird und wenn die Reifenqualität stets einwandfrei ist. Eine Bestimmung der momentanen Fahrtrichtung läßt sich auf verschiedene Weise realisieren.
So kann die Fahrtrichtung eines Fahrzeuges beispielsweise durch Messen der Umdrehungsdifferenz zwischen kurven innern und kurvenäußeren Rädern, durch Messen des Lenkwinkels, mittels eines mechanischen Kreiselgerätes, mittels eines Faserkreisels (bei dem die Meßgröße Drehgeschwindigkeit durch Integration auf die gesuchte Fahrtrichtung umgerechnet werden muß), mit Hilfe einer möglichst reibungsfrei gelagerten trägen Masse oder mittels Kompaß ermittelt werden. Bei bekanntem Ausgangspunkt läßt sich mit Hilfe der beiden Meßgrößen zu jedem beliebigem Zeitpunkt der augenblickliche Standort des Fahrzeugs bestimmen.
Ein gewisses Problem stellt jedoch die Fahrtrichtungsbestimmung dar. Die aufgeführten Meßverfahren zur Ermittlung der Fahrtrichtung sind nämlich entweder zu teuer (Kreiselgeräte) oder nicht genau genug. Schließt man die zu teuren Meßmethoden aus und behilft man sich mit den ungenaueren Verfahren, dann sind in jedem Fall Stützungsmaßnahmen zur Korrektur aufgetretener Meßfehler in bestimmten Zeit- oder Wegabständen erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein autonomes Orientierungssystem anzugeben, welches in relativ einfacher Weise eine genaue Ermittlung der Fahrzeugposition sowie der Fahrtrichtung ermöglicht und die Möglichkeit bietet, auf andere Weise ermittelte Positions- und Fahrzeugrichtungswerte zu stützen bzw. zu korrigieren. Diese Aufgabe wird bei einem autonomen Orientierungssystem für Landfahrzeuge nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der Fahrbahn oder in der Umgebung der Fahrbahn eine Informationsquelle mit einer Information über die jeweilige Position des Fahrzeugs und/oder Fahrtrichtung vorhanden ist und daß das Fahrzeug eine Anordnung aufweist, die die Information aufnimmt und aus der Information die jeweilige Fahrzeugposition und/oder Fahrtrichtung ermittelt.
Als Informationsquelle können beispielsweise Peilsender und Baken verwendet werden. Die einfachste Informationsquelle sind jedoch Landmarkierungen, die vom Fahrzeug selbsttätig beim Vorbei- oder überfahren abgelesen werden. Diese Methode hat den Vorteil, daß neben der Fahrtrichtungsinfomation auch eine sehr qenaue Standordinformation beim Passieren der Landmarken in das Fahrzeug übertragen werden kdnn. Eine Markierung weist vorzugsweise einen Strichcode auf, wobei beispielsweise jeder Strich ein Bit repräsentiert. Durch den Strichcode sind vorzugsweise die Nord-Süd-Koordinate und die Ost-West-Koordinate sowie der Fahrtrichtungswinkel (Richtung der Fahrbahn) an der Meßstelle codiert.
Die Fahrbahnmarkierung ist beispielsweise mittels Farbe auf die Straßenoberfläche aufgebracht oder in Streifenform in die Fahrbahnoberfläche eingelassen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Fahrbahn markierung aus ausgelegten oder in die Fahrbahnoberfläche eingelassen, elektrisch leitenden und/oder ferromagnetischen Drähten, Streifen oder Bändern besteht.
Das Ablesen des Codes beim überfahren der Markierung erfolgt beispielsweise mittels optischer oder elek--tronischer Mittel. Zum Ablesen des Codes eignet sich beispielsweise das Prinzip der Reflexschranke. Das Ablesen des Codes kan beispielsweise auch mittels einer kapazitiven oder induktiven Sonde, mittels eines Differentialtransformators oder mittels eines Näherungsschalters erfolgen.
Entspricht der Winkel, der beim Passieren des Strichcodes eingelesen wird, nur dann der Fahrtrichtung, wenn das Fahrzeugs parallel zur Fahrbahnachse fährt, so kann mittels einer Doppeleinlsung - beispielsweise mittels zweier Sensoren - aus dem zeitlichen Verzug der beiden Signal e auf die Winkelabweichung von der Fahrbahnachse geschlossen und die wahre Fahrtrichtung ermittelt werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Fahrbahn 1, die} gemäß der Erfindung eine Fahrbahnmarkierung 2 aufweist. Die Fahrbahnmarkierung besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Strichcode, bei dem senkrecht zur Fahrtrichtung geradlinige Fahrbahnmarkierungen angebracht sind. Jeder Strich repräsentiert ein Bit. Mit Hilfe des Strichcodes werden - und zwar unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit - Informationen über die kartesischen Koordinaten der Fahrzeugposition (Standort) in Bezug auf eine entsprechend eingeteilte Landkarte (vorzugsweise in Nord-Süd- bzw. Ost-West-Richtung ausgerichtet) sowie die augenblickliche Fahrtrichtung (Fahrtrichtungswinkel P in Figur 1) übertragen. In diesem Fall müssen durch den Strichcode somit die Nord-Süd-Koordinate, die Ost-West-Koordinate und der Fahrbahn-Fahrtrichtungswinkel codiert sein. Die beiden Koordinaten sollten mit einer Auflösung bzw. Genauigkeit von ca. + 10 m und der Fahrtrichtungswinkel mit einer Genauigkeit von ca. + 0,50 codiert sein.
Bezogen auf die Bundesrepublik Deutschland mit einer Nord-Süd-Erstreckung von ca. 1'm und einer Ost-West-Erstreckung von ca. 0'5 m werden beispielsweise 45 Bit für die angegebenen Genauigkeiten bzw. Auflösungen benötigt. Diese ergeben sich wie folgt: 17 Bit - 131 072 (=217) x 10 m = 1'31072 m 16 Bit - 65 563 (=216) x 10 m = 0'65563 m 10 Bit - 1 024, d.h. 1 Bit = 0,351560 2 Bit für Kontrollzwecke.
Bei einem Rastermaß von 10 cm für die Codestriche kommt man so zu einer codierten Wegstrecke von 4,5 m. Die Landmarken werden beispielsweise auf geraden Straßenstücken in Abständen von ca. 10 bis 50 km angebracht.
In Ballungs- und Stadtgebieten wird die Markierung entsprechend enger angebracht.
Mit Hilfe der Erfindung ist eine laufende Standordbestimmung eines Fahrzeugs ohne Zutun des Felhrers möglich. Gibt der Fahrer außerdem die Koordinaten seines Zielortes ein, so ist es ohne weiteres möglich, durch ein Display (z.B. LCD-Display), beispielsweise einen Richtungspfeil zur Anzeige zu bringen, der dem Fahrer zeigt, in welcher Richtung und in welcher Entfernung sein Zielort sich befindet. Dazu ist es nicht erforderlich, Landkarten oder Stadtpläne in das autonome Orientierungssysteme einzugeben.
Mittels des autonomen Orientierungssystems nach der Erfindung ist es auch möglich, eine permanente Selbstkorrektur von im Fahrzeug befindlichen Meßsystemen, die unabhängig vom autonomen Orientierungssystem nach der Erfindung die Fahrzeugposition und Fahrtrichtung ermitteln, vorzunehmen. Zu diesem Zweck werden die nach der Erfindung beim Überfahren der Markierung ermittelten sehr genaue Fahrzeugpositions- und Richtungswerte mit den über gesonderte Wegstrecken- und Fahrtrichtungsmessungen ermittelten Werten verglichen. Ergibt dieser Vergleich die Notwendigkeit einer Korrektur, so wird eine entsprechende Korrektur der nicht korrekten Meßwerte vorgenommen. Weicht beispielsweise die aus den Radumdrehungen durch Zählen ermittelte Wegstrecke ständig um einen bestimmten Prozentsatz ab, dann wird eine Radurdrehung mit einer um denselben Prozentsatz gekürzten oder verlängerten Wegstrecke interpretiert.
Analoges gilt für die Fahrtrich-tungsmessung.
Die Figur 2 befaßt sich mit dem Fall, daß der wahrt richtungswinkel, der beim Passieren des Strichcodes eingelesen wird, nur dann der fahrtrichtung entspricht, wenn das Fahrzeug 4 parallel zur Fahrbahnachse 3 fährt.
Um auch dann eine gendue Fahrtrichtung des Fahrzeugs 4 zu erhalten, wenn das Fahrzeug nicht parallel zur Fahrbahnachse 3 fährt, sind gemäß der Figur 2 zur Erzielung einer Doppeleinlesung zwei Sensoren 5 und 6 vorgesehen, die zwei seitlich verzögerte Signale liefern. Aus dem zeitlichen Verzug der beiden Signale kann auf die Winkelabweichung des Fahrzeugs 4 von der Fahrbahnachse 3 geschlossen und die wahre Fahrtrichtung a = # + # des Fahrzeugs ermittelt werden. Wie bereits aus den vorangegangenen Ausführungen hervorgeht, istcG die wahre Fahrtrichtung des Fahrzeugs,? die Winkelabweichung der Fahrbahnachse 3 von einer bestimmten Bezugskoordinate undßdie Winkelabweichung des Fahrzeugs 4 von der Fahrbahn 3.
Die Figur 3 zeigt die zeitlich verzögerten Signale, die, von den beiden Sensoren 5 und 6 geliefert werden.

Claims

Patentansprüche Autonomes Orientierungssystem für Landfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Fahrbahn oder in der Umgebung der Fahrbahn eine Informationsquelle mit einer Information über die jeweilige Position des Fahrzeugs und/oder Fahrtrichtung vohanden ist und daß das Fahrzeug eine Anordnung aufweist, die die Infomation aufnimmt und aus der Information die jeweilige Fahrzeugposition und/oder Fahrtrichtung ermittelt.
2> Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationsquelle eine Landmarkierung auf der Fahrbahn oder in der Umgebung der Fahrbahn vorgesehen ist.
3) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung einen Strichcode aufweist.
4) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strich ein Bit repräsentiert.
5) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch -den Strichcode die Nord-Süd-Koordinate und die Ost-West-Koordinate codiert sind.
6) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Strichcode der Fahrtrichtungswinkel codiert ist.
7) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnmarkierung mittels Farbe auf die Fahrbahnoberfläche aufgebracht oder in Streifenform in die Fahrbahnoberfläche eingelassen ist.
8) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnmarkierung aus ausgelegten oder in die Fahrbahnoberfläche eingelassenen, elektrisch leitenden und/oder ferromagnetischen Drähten, Streifen oder Bändern besteht.
9) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesen des Codes beim überfahren mittels optischer oder elektronischer Mittel erfolgt.
10) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesen des Codes nach dem Prinzip der Reflexlichtschranke erfolgt.
11) Autonomes Orientierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesen des Codes mittels einer kapazitiven oder induktiven Sonde, mittels eines Differentialtransformators oder mittels eines Näherungsschalters erfolgt.
12) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug zwei im Abstand angeordnete Sensoren aufweist und daß mittels einer Doppeleinlesung aus dem zeitlichen Verzug der beiden Sensorsignale auf eine Winkelabweichung des Fahrzeugs von der Fahrbahnachse geschlossen und die wahre Fahrtrichtung des Fahrzeugs ermittelt wird.
13) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verarbeitungselektronik mit Display vorhanden ist, welches bei einer Eingabe der Koordinaten des Zielortes die Richtung und/oder Entfernung des Zielortes ermittelt und anzeigt.
14) Autonomes Orientierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Stützung von Fahrtpositionsmessungen dient, die im Fahrzeug ohne Zuhilfenahme der Informationsmarkierung ermittelt werden.