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Dokumentenidentifikation DE69033753T2 29.05.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0679973
Titel Integriertes Fahrzeugpositionier- und -navigationssystem; dessen Vorrichtung und Verfahren
Anmelder Caterpillar Inc., Peoria, Ill., US
Erfinder Kyrtsos, Christos T., Southfield, US;
Gudat, Adam J., Edelstein, Illinois 61516, US;
Christensen, Dana A., Dunlap, US;
Friedrich, Douglas W., Pekin, Illinois 61554, US;
Stafford, Darrell E., Dunlap, Illinois 61525, US;
Sennott, James W., Bloomington, Illinois 61701, US;
Bradbury, Walter J., Ontario L4B 3G1, CA;
Clow, Richard G., Mesa, US;
Devier, Lonnie J., Dunlap, US;
Kemner, Carl A., Peoria Heights, Illinois 61614, US;
Kleimenhagen, Karl W., Peoria, Illinois 61614, US;
Koehrsen, Craig L., Peoria, Illinois 61604, US;
Lay, Norman K., Peoria, Illinois 61615, US;
Peterson, Joel L., East Peoria, US;
Rao, Prithvi N., PPittsburgh, US;
Schmidt, Larry E., Chillicothe, US;
Shaffer, Gary K., Butler, Pennsylvania 16001, US;
Shi, WenFan, Pittsburgh, US;
Shin, Dong Hun, Guro-Gui, Seoul, KR;
Singh, Sanjiv J., Pittsburgh, Pennsylvania 15217, US;
Weinbeck, Louis J., Livingston, US;
West, Jay H., Junction City, Kansas 66441 0002887103GILL JENNINGS & EVERY;
Broadgate House, 7 Eldon Street, US;
Wu, BaoXin (NMI), Pittsburgh, Pennsylvania 15217, US
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69033753
Vertragsstaaten DE, FR, GB, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.12.1990
EP-Aktenzeichen 951107960
EP-Offenlegungsdatum 02.11.1995
EP date of grant 20.06.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.05.2002
IPC-Hauptklasse G05D 1/00

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindun 1. Gebiet der Erfindun

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positionsbestimmungssysteme und insbesondere auf ein Positionsbestimmungssystem und ein Verfahren zur Bestimmung der terrestrischen Position eines autonomen Fahrzeuges auf oder nahe der Erdoberfläche.

2. Verwandte Technik

Verschiedene nationale Regierungen, einschließlich der Vereinigten Staaten von Amerika (USA) entwickeln gegenwärtig ein terrestrisches Positionsbestimmungssystem, auf das im allgemeinen als globales Positionsbestimmungssystem (GPS) Bezug genommen wird. Bei einem GPS wird eine Anzahl von Satelliten in einer Umlaufbahn um den Planeten Erde angeordnet. Die GPS-Satelliten sind ausgelegt, um elektromagnetische Signale zu senden. Aus diesen elektromagnetischen Signalen kann die absolute terrestrische Position (Position mit Bezug auf den Erdmittelpunkt) von irgendeinem Empfänger auf oder nahe der Erdoberfläche absolut bestimmt werden.

Die US-Regierung hat ihr GPS "NAVSTAR" genannt. Das NAV- STAR-GPS wird von der US-Regierung 1993 als betriebsbereit erklärt. Darüber hinaus entwickelt die Regierung der Union der sozialistischen Sowjetrepubliken (USSR) ein GPS, welches als "GLONASS" bekannt ist, welches im wesentlichen dem NAVSTAR-GPS ähnlich ist.

Beim NAVSTAR-GPS ist vorgesehen, daß vier umlaufende GPS- Satelliten in jeder von sechs getrennten Umlaufbahnen existieren. Eine Gesamtzahl von 24 GPS-Satelliten wird in der Umlaufbahn sein, und zwar zu jedem gegebenen Zeitpunkt mit 21 GPS-Satelliten im Betrieb und drei GPS- Satelliten, die als Ersatz dienen. Die drei GPS-Satellitenumlaufbahnen werden gegenseitig senkrechte Ebenen relativ zur Erde haben. Die GPS-Satellitenumlaufbahnen werden weder Polarumlaufbahnen noch Äquatorialumlaufbahnen sein. Darüber hinaus werden die GPS-Satelliten einmal alle 12 Stunden um die Erde laufen.

Unter Verwendung des NAVSTAR-GPS kann die Relativposition von umlaufenden GPS-Satelliten mit Bezug auf irgendeinen Erdempfänger aus den elektromagnetischen Signalen bestimmt werden. Die Relativposition wird im allgemeinen als "Pseudobereich" bezeichnet. Darüber hinaus kann die Relativposition von zwei Verfahren berechnet werden.

Ein Verfahren ist es, die Fortpflanzungszeitverzögerungen zwischen der Aussendung und dem Empfang der sich fortpflanzenden elektromagnetischen Signale zu messen. In dem NAVSTAR-GPS werden die elektromagnetischen Signale kontinuierlich mit der Zeit codiert, mit der die Signale von den GPS-Satelliten ausgesandt werden. Es ist klar, daß man die Aufnahmezeit aufzeichnen kann und die codierte Sendezeit davon abziehen kann, um Zeitverzögerungen abzuleiten. Aus den berechneten Zeitverzögerungen und daraus, daß man die Geschwindigkeit kennt, mit der elektromagnetische Wellen durch die Atmosphäre laufen, können Pseudobereiche genau abgeleitet werden. Pseudobereiche, die unter Verwendung des vorangegangenen Verfahrens berechnet wurden, werden im Zusammenhang mit dieser Schrift als "tatsächliche" Pseudobereiche bezeichnet.

Ein weiteres Verfahren berücksichtigt Satellitenpositionsdaten, die in den elektromagnetischen Signalen codiert sind, die von den umlaufenden Satelliten ausgesandt werden. Almanachdaten bezüglich der Satellitenpositionsdaten des NAVSTAR-GPS sind öffentlich verfügbar. Eine Bezugnahme auf diese Almanachdaten bezüglich der in den elektromagnetischen Signalen codierten Signale gestattet eine genaue Ableitung der Pseudobereiche. Pseudobereiche, die unter Verwendung des vorangegangenen Verfahrens berechnet werden, werden im Zusammenhang mit diesem Dokument als "abgeschätzte" Pseudobereiche bezeichnet.

Jedoch mit Bezug auf das vorherige Verfahren des Ableitens von abgeschätzten Pseudobereichen sei bemerkt, daß die Satellitenpositionsdaten beim GPS-Satelliten nur einmal pro Stunde auf diese Stunde aktualisiert werden.

Folglich nimmt der abgeschätzte Pseudobereich mit der Zeit nach jeder vollen Stunde bis zur nächsten Stunde ab, wenn ein neu abgeschätzter Pseudobereich unter Verwendung der aktualisierten Satellitenpositionsdaten berechnet wird.

Während man weiter die Relativposition von mindestens drei der. umlaufenden GPS-Satelliten kennt, kann die absolute terrestrische Position (d. h. Länge, Breite und Höhe mit Bezug auf den Erdmittelpunkt) von irgendeinem Erdempfänger über einfache geometrische Theorien berechnet werden, die Triangulationsverfahren einschließen. Die Genauigkeit der terrestrischen Positionsabschätzung hängt teilweise von der Anzahl der umlaufenden GPS-Satelliten ab, die aufgenommen bzw. empfangen werden. Die Verwendung von mehr GPS-Satelliten bei der Berechnung kann die Genauigkeit der terrestrischen Positionsabschätzung steigern.

Herkömmlicherweise werden vier GPS-Satelliten gesampelt bzw. aufgenommen, um jede terrestrische Positionsabschätzung zu bestimmen, und zwar wegen Fehlern, die durch Schaltungstaktdifferenzen zwischen den Erdempfänger und den verschiedenen GPS-Satelliten beigetragen werden. Taktdifferenzen können mehrere Millisekunden sein. Wenn die Uhr des Erdempfängers mit der der GPS-Satelliten synchronisiert wäre, dann müßten nur drei GPS-Satelliten aufgenommen werden, um die Lage des Erdempfängers genau festzustellen.

Bei dem NAVSTAR-GPS werden elektromagnetische Signale kontinuierlich von allen GPS-Satelliten auf einer einzigen Trägerfrequenz übertragen. Jedoch hat jeder der GPS- Satelliten ein anderes Modulationsschema, wodurch eine Unterscheidung der Signale gestattet wird. Beim NAVSTAR- GPS wird die Trägerfrequenz unter Verwendung eines Pseudozufallsignals moduliert, welches für jeden GPS-Satelliten einzigartig ist. Folglich können die umlaufenden GPS-Satelliten beim NAVSTAR-GPS identifiziert werden, wenn die Trägerfrequenzen demoduliert werden.

Weiterhin sieht das NAVSTAR-GPS zwei Betriebszustände zur Modulierung der Trägerwelle unter Verwendung von Pseudozufallszahl-(PRN-)Signalen vor. In einem Betriebszustand, der als "Grob/Aufnahme-Betriebszustand" (C/A-Betriebszustand, C/A = coarse/acquisition) ist das PRN-Signal eine Goldcodesequenz mit einer Chip- bzw. Taktrate von 1023 MHz. Die Goldcodesequenz ist in der Technik eine wohlbekannte herkömmliche Pseudozufallssequenz. Ein Chip ist ein individueller Impuls des Pseudozufallscodes. Die Chiprate einer Pseudozufallscodesequenz ist die Rate, mit der die Chips in der Sequenz erzeugt werden. Folglich ist die Chiprate gleich der Codewiederholungsrate geteilt durch die Anzahl der Glieder im Code. Entsprechend existiert mit Bezug auf den Grob/Aufnahme- bzw. Grob/Suchbetriebszustand des NAVSTAR-GPS 1023 Chips in jeder Goldcodesequenz, und die Sequenz wird jede Millisekunde wiederholt. Die Verwendung der Goldcodesequenz mit 1023 MHz von vier umlaufenden GPS-Satelliten, ermöglicht, daß die terrestrische Position eines Erdempfängers mit einer angenäherten Genauigkeit von innerhalb 60 bis 300 Metern bestimmt wird.

Der zweite Modulationsbetriebszustand im NAVSTAR-GPS wird im allgemeinen als der "präzise" oder "geschützte" (P-Betriebszustand) bezeichnet. Im geschützten Betriebszustand hat der Pseudozufallscode eine Chiprate von 10,23 MHz. Darüber hinaus sind die Sequenzen im geschützten Betriebszustand extrem lang, so daß die Sequenzen sich nicht mehr als einmal alle 267 Tage wiederholen. Als eine Folge kann die terrestrische Position von irgendeinem Erdempfänger auf innerhalb einer ungefähren Genauigkeit von 16 bis 30 Metern bestimmt werden.

Jedoch sind die Sequenzen im geschützten Betriebszustand klassifiziert und werden von der Regierung der Vereinigten Staaten nicht öffentlich verfügbar gemacht. In anderen Worten ist der geschützte Betriebszustand nur zur Anwendung von Erdempfängern vorgesehen, die von der Regierung der Vereinigten Staaten autorisiert sind.

Damit die Erdempfänger die verschiedenen C/A-Signale von den anderen umlaufenden GPS-Signalen unterscheiden, weisen die Erdempfänger gewöhnlicherweise eine Vielzahl von unterschiedlichen Goldcodequellen auf, um lokal Goldcodesequenzen zu erzeugen. Jede lokal abgeleitete Goldcodesequenz entspricht mit jeder einzigartigen Goldcodesequenz jedem der GPS-Satelliten.

Die lokal abgeleiteten Goldcodesequenzen und die übertragenen Goldcodesequenzen werden miteinander in Querbeziehung bzw. Kreuzkorrelation gebracht und zwar über Goldcodesequenzintervalle von einer Millisekunde. Die Phase der lokal abgeleiteten Goldcodesequenzen variiert auf einer Basis von Chip zu Chip, und dann innerhalb eines Chips, bis die maximale Querbeziehungsfunktion bzw. Kreuzkorrelationsfunktion erhalten wird. Da die Querbeziehung bzw. Kreuzkorrelation für zwei Goldcodesequenzen, die eine Länge von 1023 Bits hat, ungefähr 16 mal so groß ist, wie die Kreuzkorrelationsfunktion von irgendeiner der anderen Kombinationen der Goldcodesequenzen, ist es relativ einfach, die lokal abgeleitete Goldcodesequenz auf die gleiche Goldcodesequenz zu verriegeln, die von einem der GPS-Satelliten übertragen wurde.

Die Goldcodesequenzen von mindestens vier der GPS-Satelliten im Blickfeld eines Erdempfängers werden in dieser Weise unter Verwendung eines einzigen Kanals getrennt, der sequentiell auf jede der lokal abgeleiteten Goldcodesequenzen anspricht, oder alternativ durch Verwendung von parallelen Kanälen, die simultan auf die unterschiedlichen Goldcodesequenzen ansprechen. Nachdem vier lokal abgeleitete Goldcodesequenzen in einer Phase mit den Goldcodesequenzen verriegelt worden sind, die von vier GPS-Satelliten im Sichtfeld eines Erdempfängers empfangen wurden, kann die Relativposition des Erdempfängers mit einer Genauigkeit von ungefähr 60 bis 300 Metern bestimmt werden.

Die vorangegangene ungefähre Genauigkeit des NAVSTAR-GPS wird beeinflußt durch (1) die Anzahl der GPS-Satelliten, die Signale übertragen, auf die der Erdempfänger effektiv anspricht, (2) die variablen Amplituden der empfangenen Signale und (3) die Größe der Kreuzkorrelationsspitzen zwischen den empfangenen Signalen von den unterschiedlichen GPS-Satelliten.

Da mehrere PRN- bzw. Pseudozufallszahlsignale simultan beim Erdempfänger empfangen werden, existiert ein gemeinsames Zeitintervall, in dem einige der Codes in Konflikt kommen können. In anderen Worten bewirken die Codes eine Verschlechterung der Messungen der Ankunftszeit von jeder empfangenen Pseudozufallszahl, und zwar wegen den Kreuzkorrelationen zwischen empfangenen miteinander in Konflikt stehenden Signalen.

Die Ankunftszeitmessung für jedes PRN-Signal wird durch Bestimmung der Zeit einer Spitzenamplitude einer Kreuzkorrelation zwischen der Goldcodesequenz des empfangenen PRN-Signals und dem lokal abgeleiteten PRN-Signal vorgenommen. Wenn ein lokal abgeleitetes PRN-Signal über ein empfangenes PRN-Signal überlagert wird, wodurch die Durchschnittszeit ihrer Kreuzkorrelation vergrößert wird, sinkt der durchschnittliche Rauschbeitrag. Da jedoch Kreuzkorrelationsfehler zwischen den empfangenen PRN- Signalen periodisch sind, hat eine Vergrößerung der Durchschnittszeit Vergrößerungen von sowohl dem Fehlersignal als auch dem Kreuzkorrelationswert zwischen den empfangenen Pseudozufallszahlen genauso zur Folge. Folglich werden Fehler bezüglich der Ankunftszeit der PRN-Signale nicht durch die Kreuzkorrelation reduziert.

Zusätzlich zum GPS ist in der herkömmlichen Technik bekannt, Trägheitssysteme bei Navigationssystemen zu verwenden, um eine Positionsabschätzung der Fahrzeuge zu erhalten. Eine solche Trägheitsreferenzeinheit (IRU = inertial reference unit) erhält spezielle Kraftmessungen von Beschleunigungsmessern in einem Referenzkoordinatenrahmen, der von Gyroskopen oder Gyrovorrichtungen stabilisiert wird. Eine Trägheitsreferenzeinheit kann von mehreren Bauarten sein, wie beispielsweise Laser, Mechanik oder Faseroptik. In einem nicht unterstützten Navigationssystem unter Verwendung einer Trägheitsreferenzeinheit wird die spezifische Kraft (korrigiert bezüglich der Effekte der Erdschwerkraft) wie von einem Beschleunigungsmesser gemessen, in eine mathematische Navigationsgleichung integriert, um die Geschwindigkeit und die Position des Fahrzeugs zu erzeugen.

Die Instrumentenmessungen der Trägheitsreferenzeinheit können in einem anderen rechteckigen Koordinatenrahmen als dem Referenznavigationsrahmen festgelegt werden, und zwar abhängig von der Plattformeinrichtung. Der am meisten verwendete Referenznavigationsrahmen für die Navigation nahe der Erdoberfläche ist der Lokalniveaurahmen (Breite-Länge-Vertikalposition). Mehrere Kardanplattformeinrichtungen existieren bei dem vorangegangenen Referenznavigationsrahmen.

Bei einer kardanartig aufgehängten die Nordrichtung suchenden Lokalniveauträgheitsreferenzeinheit werden die Gyroskope und Beschleunigungsmesser auf einer Plattform montiert, die verdreht wird, um das Plattformniveau und den Azimuth auf nordweisend zu halten. Die Plattform ist die Referenzebene. Im Gegensatz dazu wird bei einer kardanartig aufgehängten im Azimuth wandernden Lokalniveauträgheitsreferenzeinheit die Plattform auf dem Niveau gehalten, wird jedoch nicht um die Vertikalachse verdreht. Weiterhin werden bei einer abgespeckten Trägheitsreferenzeinheit die Gyroskope und Beschleunigungsmesser direkt auf dem Fahrzeugkörper montiert. Sie messen die Linear- und Winkelbewegung des Fahrzeugs relativ zum Trägheitsraum. Die Bewegung wird in Fahrzeugkoordinaten ausgedrückt. Daher ist es bei einer abgespeckten Trägheitsreferenzeinheit nötig, zuerst die Höhe des Fahrzeugs zum Bezugsnavigationsrahmen zu berechnen. Dann wird die berechnete Höhe verwendet, um die Beschleunigungsmessungen in den Referenzrahmen zu transformieren. Nachdem die Beschleunigungsmessdaten einer abgespeckten Trägheitsreferenzeinheit in dem Referenzrahmen extra poliert worden sind, ist die Lösung der zuvor erwähnten Navigationsgleichungen identisch sowohl bei der kardanartig aufgehängten Trägheitsreferenzeinheit als auch bei der abgespeckten Trägheitsreferenzeinheit.

Bei der abgespeckten Trägheitsreferenzeinheit werden die Höhenberechnungen, die erforderlich sind, um die Beschleunigungsmessungen aufzulösen, mit einer hohen Rate ausgeführt. Die Berechnungen leiden unter numerischen Fehlern, und zwar wegen der begrenzten Computerbitgröße und Durchgangsverfügbarkeit. Diese Berechnungsfehler hängen von dem Frequenzansprechen der Sensorschleife, von der Datenrate und der Auflösung und der Größe der Sensorausgangsgröße bei der Aufnahmezeit ab.

Jedoch erwachsen beträchtliche Vorteile aus der Verwendung der abgespeckten Trägheitsreferenzeinheit anstelle der kardanartig aufgehängten Trägheitsreferenzeinheit. Die abgespeckten Trägheitsreferenzeinheiten sind billiger. Darüber hinaus sind die abgespeckten Trägheitsreferenzeinheiten im allgemeinen bezüglich der physikalischen Größe kleiner. Somit kann das Potential zur Verwirklichung von Größen- und Kosteneinsparungen bei den Trägheitsreferenzeinheiten die abgespeckten Trägheitsreferenzeinheiten sowohl für militärische als auch für kommerzielle Anwendungen attraktiv machen.

Die Leistung von Navigationssystemen, die Trägheitsreferenzeinheiten verwenden, ist in erster Linie durch Fehler begrenzt, die von den verschiedenen anteiligen Sensoren innerhalb der Trägheitsreferenzeinheiten beigetragen werden. Gyroskope zeigen einen Drift bzw. eine Abweichung. Beschleunigungsmesser haben innewohnende Vorspannungen. Weitere Fehler werden von ungenauen Skalierungsfaktoren und ungenauen Trägheitsreferenzeinheitsausrichtungswinkeln beigetragen. Typischerweise bewirken die vorhergehenden Fehler Ungenauigkeiten bei den Abschätzungen der Fahrzeugpositionen, der Geschwindigkeit und der Höhe, die sich mit der Zeit ansammeln, wenn eine Fahrzeugmission voranschreitet. In gewissem Ausmaß hängen die Fehler von den dynamischen Vorgängen des Anwenders ab.

Wenn ein sehr genaues Navigationssystem für ein Fahrzeug erforderlich ist, können hochpräzise Gyroskope und Beschleunigungsmesser verwendet werden, um diese Notwendigkeit zu erfüllen. Jedoch steigern solche hochpräzisen Ausrüstungsgegenstände die Komplexität und die Kosten des Fahrzeugs.

EP-A-0221643 offenbart ein Roboternavigationssystem, welches Kameras einsetzt.

EP-A-0181012 offenbart ein Fahrzeugpositionsabschätzungssystem, welches GPS- und Trägheitsnavigationssysteme kombiniert. IEEE Position Location und Navigation Symposium, 4.-7. November 1986 offenbart ein Trägheitsnavigationssystem im Vergleich mit dem GPS.

DE-A-33 10 111 offenbart ein Navigationssystem mit Drift- bzw. Abweichungskompensation. US-A-3630079 offenbart ein Navigationssystem, welches mehrere Sensoren und die Fehlerkorrektur verwendet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Navigationssystems eines Fahrzeug vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(1) Initialisierung des Systems;

(2) Warten auf Nachrichten, die in einer Nachrichtenschlange ankommen;

(3) Beim Empfang einer Nachricht Bestimmung und Einstellung einer Reihe von Zustands-Flags bzw. Zustandszeichen, um das System in einen bekannten Zustand speziell für diese Nachricht zu setzen;

(4) Ausführen einer entsprechenden Handlung entsprechend der Nachricht;

(5) Rückkehr zum Schritt (2)

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist noch weiterhin ein autonomes Navigationssystem für ein Fahrzeug vorgesehen, wobei das System folgendes aufweist:

(1) Mittel zum Initialisieren des Systems;

(2) Mittel zum Warten, daß Nachrichten in einer Nachrichtenschlange ankommen, die Mittel zur Bestimmung aufweisen und Mittel zur Einstellung einer Reihe von Zustands-Flags, um das System in einen bekannten Zustand speziell für eine Nachricht zu setzen, und zwar aktiviert beim Empfang einer Nachricht; und

(3) Mittel zum Ausführen eines entsprechenden Vorgangs gemäß der Nachricht.

Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um irgendeinem Navigationssystem für autonome Fahrzeuge zu helfen. Die autonomen Fahrzeuge können stationär oder beweglich sein. Darüber hinaus können die autonomen Fahrzeuge auf oder nahe der Erdoberfläche sein. Anders gesagt sieht die vorliegende Erfindung eine hochgenaue und schnelle Verfolgung von irgendeinem terrestrischen Fahrzeug vor. Sie sieht sowohl Vorrichtungen als auch Verfahren vor, die eine überlegene Positionsbestimmungsmöglichkeit gestatten, und folglich eine flexible autonome Navigationsfähigkeit.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann bei der Untersuchung der folgenden Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, daß irgendwelche zusätzlichen Merkmale und Vorteile hier eingeschlossen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, kann besser mit Bezugnahme auf den Text und auf die folgenden Zeichnungen verstanden werden.

Fig. 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1A ist ein Blockdiagramm 100a der Betriebs-GPS-Satelliten im NAVSTAR-GPS;

Fig. 2 veranschaulicht vier simultane Navigationsgleichungen bezüglich vier GPS-Satelliten des NAV- STAR-GPS;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines typischen autonomen Arbeitsgeländes;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der Zwischenbeziehung zwischen einem Navigator einer Fahrzeug-VPS- Architektur (VPS = vehicle positioning system = Fahrzeugpositionsbestimmungssystem) und von Fahrzeugsteuerungen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das Elemente in einem autonomen Steuersystem veranschaulicht;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm des Betriebs eines GPS;

Fig. 7 ist ein Kommunikationsdiagramm, welches die Aufgaben eines Navigators zeigt;

Fig. 8 ist ein Kommunikationsdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel des geteilten Speichers des Navigators einer Navigationsvorrichtung zeigt;

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, welches sich auf ausführende Entscheidungen bezieht;

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm der Beziehung/Verbindung der ausführenden Flußdiagramme 5600A-5600D der jeweiligen Fig. 11A-11D;

Fig. 11A-11D sind jeweils ausführende Flußdiagramme 5600A-5600D des ausführenden Flußdiagramms auf hohem Niveau;

Fig. 12A-12R sind jeweilige Flußdiagramme 5700A-2700R, die "Wirke-auf-Blöcke" der ausführenden Flußdiagramme zeigen;

Fig. 13 ist ein Flußdiagramm auf hohem Niveau der Zwischenbeziehung der jeweiligen Fig. 58A-58C; und

Fig. 13A-13C sind jeweilige Flußdiagramme 5800A-5800C, die den "Wirke-auf-Zustand-Block" in jedem der ausführenden Flußdiagramme 5700A-5700Q zeigen.

I. Definitionen

(1) "Absolute Position" bezieht sich im Zusammenhang mit diesem Dokument auf eine Position bezüglich dem Erdmittelpunkt. Im allgemeinen wird eine absolute Position in Bezug zu einem Fahrzeug oder einer Basisstation sein, sowohl auf als auch nahe der Erdoberfläche. Erste, zweite und dritte Positionsabschätzungen sind alle absoluten Positionen im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

(2) "Tatsächlicher Pseudobereich" bedeutet eine Annäherung an die Distanz zwischen (1) einem Bezugspunkt und (2) einer Quelle eines terrestrischen Positionsbestimmungssystems. In diesem Dokument beziehen sich die tatsächlichen Pseudobereiche gewöhnlicherweise auf eine Annäherung der Distanz zwischen (1) einem Erdempfänger und (2) GPS-Satelliten und/oder Pseudoliten. Tatsächliche Pseudobereiche werden angenähert, indem man zuerst die Fortpflanzungszeitverzögerungen zwischen der Übertragung und dem Empfang der elektromagnetischen Signale mißt, die aus den GPS-Satelliten und/oder Pseudoliten herauskommen. Tatsächliche Pseudobereiche können leicht berechnet werden durch Multiplizieren der berechneten Zeitverzögerungen mit der Lichtgeschwindigkeit oder mit 2,9979245898 · 108 m/s.

(3) "Antiselektive Verfügbarkeit" bezieht sich auf ein Verfahren/eine Technik/einen Prozeß zum Detektieren und Kompensieren von korrupten bzw. zerstörten GPS-Daten im Grob/Such-(C/A-)Modulationsbetriebszustand.

(4) "Autonom" wird in diesem Dokument im herkömmlichen Sinne verwendet. Es zeigt den Betrieb an, der entweder vollständig automatisch oder im wesentlichen automatisch oder ohne beträchtliches Einbeziehen eines Menschen im Betrieb ist. Im allgemeinen bedeutet ein autonomes Fahrzeug ein nicht bemanntes Fahrzeug im Betrieb oder ein Fahrzeug im Betrieb ohne einen menschlichen Fahrer oder Beifahrer. Jedoch kann ein autonomes Fahrzeug automatisch gefahren werden oder in anderer Weise betrieben werden und kann genauso einen (mehrere) menschlichen (menschliche) Passagier(e) haben.

(5) "Konstellation" bezieht sich auf eine Gruppe, die aus GPS-Satelliten und/oder Pseudoliten besteht, deren Signale verwendet werden, um eine absolute Positionsabschätzung des Punktes auf oder nahe der Erdoberfläche abzuleiten. Siehe unten "optimale Konstellation".

(6) "Datenfunk" bezieht sich auf einen Sender, Empfänger, Sender/Empfänger oder irgendeine Kombination davon zur Übertragung von Daten bei Funkfrequenzen (RF = Radiofrequenzen).

(7) "Erdempfänger" bezieht sich auf irgendeine Einrichtung oder Vorrichtung oder irgendeinen Teil davon, der Signale von einem GPS und/oder Pseudoliten empfängt und verarbeitet. Erdempfänger können auf oder nahe der Erdoberfläche gelegen sein. Darüber hinaus können Erdempfänger beispielsweise die Form eines Fahrzeuges oder einer Basisstation annehmen.

(8) "GLONASS-GPS" bezieht sich auf das GPS, welches von der USSR konstruiert worden ist und gegenwärtig von ihr eingesetzt wird.

(9) "Globalpositionsbestimmungssystem" oder "GPS" ist eine Art eines terrestrischen Positionsbestimmungssystems. Bei einem GPS wird eine Anzahl von Satelliten in einer Umlaufbahn um den Planeten Erde angeordnet. Die GPS-Satelliten sind ausgelegt, um elektromagnetische Signale zu senden. Aus diesen elektromagnetischen Signalen kann die absolute terrestrische Position (Position mit Bezug auf den Erdmittelpunkt) von irgendeinem Empfänger auf oder nahe der Erdoberfläche ultimativ bestimmt werden. Die US- Regierung hat ihr GPS "NAVSTAR" genannt. Die Regierung der USSR hat ihr GPS "GLONASS" genannt.

(10) "GPS-Daten" bedeutet alle Daten, die auf Signalen codiert wurden, die von GPS-Satelliten eines GPS übertragen wurden. GPS-Daten weisen beispielsweise Ephemeridendaten und Zeitdaten auf.

(11) "GPS-Verarbeitungssystem" bezieht sich auf das System der vorliegenden Erfindung zur Aufnahme von Signalen von einem terrestrischen Positionsbestimmungssystem und zur Ableitung von ersten Positionsabschätzungen von Fahrzeugen aus den aufgenommenen Signalen.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt das GPS-Verarbeitungssystem elektromagnetische Signale von den GPS- Satelliten eines GPS und/oder von Pseudoliten.

(12) "Trägheitsreferenzeinheit" oder "IRU" (IRU = Inertial reference unit) bezieht sich auf ein System, gewöhnlicherweise an Bord eines Fahrzeuges, um der Ableitung einer zweiten Positionsabschätzung des Fahrzeuges beizuhelfen. Eine Trägheitsreferenzeinheit erhält spezifische Kraftmessungen von Beschleunigungsmessern in einem Referenzkoordinatenrahmen, der von Gyroskopen oder Gyroskopmitteln stabilisiert wird. Eine Trägheitsreferenzeinheit kann von einer Laserbauart oder von einer mechanischen Bauart sein. In einem nicht unterstützten Navigationssystem, welches eine Trägheitsreferenzeinheit verwendet, wird die spezifische Kraft (korrigiert bezüglich der Effekte der Erdschwerkraft) wie von dem Beschleunigungsmesser gemessen, in eine mathematische Navigationsgleichung integriert, um die Fahrzeugposition und -geschwindigkeit zu erzeugen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Trägheitsreferenzeinheit Teil des Bewegungspositionsbestimmungssystems.

(13) "Bewegungspositionsbestimmungssystem" oder "MPS" (MPS = Motion positioning system) bedeutet ein System, welches zumindest eine Trägheitsreferenzeinheit und einen Fahrzeugwegmesser aufweist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel leitet das Bewegungspositionsbestimmungssystem die zweite Positionsabschätzung von irgendeinem Fahrzeug auf oder nahe der Erdoberfläche ab. Darüber hinaus muß ein Bewegungspositionsbestimmungssystem nicht an der Basisstation vorhanden sein, und zwar aufgrund ihrer stationären Natur.

(14) "Optimale Konstellation" bedeutet eine Satellitenkonstellation, bei der die Relativpositionen der GPS- Satelliten im Raum überlegene Triangulationsfähigkeiten erfordert, um die genaueste Abschätzung eines Punktes auf oder nahe der Erdoberfläche abzuleiten.

(15) "NAVSTAR-GPS" bedeutet das GPS, welches von der US- Regierung konstruiert worden ist und gegenwärtig von dieser eingesetzt wird.

(16) "Navigationssystem" bezieht sich auf irgendwelche Systeme und/oder Verfahren zum Leiten eines Fahrzeuges auf oder nahe der Erdoberfläche. Die Navigationssysteme können an Bord eines Fahrzeugs sein. Das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung kann das Navigationssystem des Fahrzeugs mit einer sehr genauen dritten Positionsabschätzung des Fahrzeugs versorgen, so daß das Navigationssystem dadurch präzise das Fahrzeug führen kann.

(17) "Satellitenpositionsvorhersage" ist ein Verfahren zur Bestimmung der zukünftigen Positionen der GPS-Satelliten. Das Verfahren gestattet die vorzeitige Auswahl von optimalen Konstellationen.

(18) "System" wird für den Zweck verwendet, eine Vorrichtung, ein Verfahren oder eine Kombination von sowohl einer Vorrichtung als auch einem Verfahren zu bedeuten. Darüber hinaus könnte es Programme, Hardware bzw. Komponenten oder eine Kombination aus Hardware und Programmen aufweisen.

(19) "Positionsbestimmungssystem" bedeutet irgendein System mit Quellen, die Signale ausstrahlen, die von einem Empfänger der Signale verwendet werden können, um die relative Distanz zwischen den Quellen und dem Empfänger abzuschätzen. Die Signale können beispielsweise in Form von elektromagnetischen Wellen, Percussionswellen und/oder Schallwellen sein.

(20) "Terrestrisches Positionsbestimmungssystem" bedeutet irgendein Positionsbestimmungssystem, welches verwendet werden kann, um ultimativ die terrestrische Position eines Erdempfängers abzuschätzen. Die Signale können beispielsweise in Form von elektromagnetischen Wellen, Percussionswellen und/oder Schallwellen sein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das terrestrische Positionsbestimmungssystem das NAVSTAR-GPS.

(21) "Fahrzeug" bedeutet irgendeinen Träger zum Transport von physischen Dingen. Fahrzeuge können die Form von Bergbaulastwägen, Baulastwägen, Farmtraktoren, Automobilen, Schiffen, Booten, Eisenbahnen, Ballons, Raketen oder Flugzeugen annehmen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein 785 PFF-Straßenlastwagen von Caterpillar Inc. verwendet.

(22) "Fahrzeugpositionsbestimmungssystem" oder "VPS" (VPS = Vehicle positioning system) bezieht sich auf das System der vorliegenden Erfindung zum Ableiten von Positionsabschätzungen von irgendeinem Fahrzeug. Die Positionsabschätzungen von dem Fahrzeugpositionsbestimmungssystem sind extrem genau und können von einem Navigationssystem auf irgendeinem Fahrzeug verwendet werden, um genau das Fahrzeug zu führen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Positionsabschätzungen von dem Fahrzeugpositionsbestimmungssystem als dritte Positionsabschätzungen bezeichnet.

Allgemeiner Überblick

Fig. 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm 100 auf hohem Niveau von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Um den genauen autonomen Betrieb zu bieten weist ein Fahrzeug 102 auf oder nahe der Erdoberfläche der vorliegenden Erfindung sowohl ein Fahrzeugpositionsbestimmungssystem (VPS) 1000 als auch ein Navigationssystem 1022 auf. Diese beiden Systeme weisen eine Vorrichtung, Verfahren und Techniken auf, die wenn sie miteinander integriert sind, eine hochgenaue Steuerung von unbemannten Fahrzeugen bietet.

Fahrzeugpositionsbestimmungssystem (VPS)

Die Aufgabe des Führens des autonomen Fahrzeugs 102 entlang eines vorgeschriebenen Pfades erfordert unter anderem eine genaue Abschätzung der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs mit Bezug auf einen gewissen Referenzpunkt. Sobald die gegenwärtige Position bekannt ist, kann das Fahrzeug 102 angewiesen werden, zu seiner nächsten Bestimmung voranzuschreiten.

Unter Verwendung des Fahrzeugpositionsbestimmungssystems 1000 der vorliegenden Erfindung können Positionsabschätzungen des Fahrzeugs 102 mit extremer Genauigkeit bestimmt werden. Das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000 empfängt GPS-Daten von GPS-Satelliten 104 von einem GPS, wie beispielsweise vom NAVSTAR-GPS oder dem GLONASS- GPS.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das NAVSTAR- GPS verwendet. Fig. 1A veranschaulicht das NAVSTAR-GPS. GPS-Satelliten 130-168 laufen um die Erde 172 in sechs Umlaufbahnen 174-184 um.

Mit Bezug auf Fig. 1 kann das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000 auch Pseudolitendaten von einem (mehreren) Pseudolit(en) 105 empfangen. Der Ausdruck "Pseudolit" im Zusammenhang mit diesem Dokument bedeutet eine Ausstrahlungsvorrichtung auf oder nahe der Erdoberfläche zum Emulieren bzw. Vorspiegeln eines GPS-Satelliten. Aus den GPS-Daten und/oder den Pseudolitendaten leitet das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000 genaue Abschätzungen der Position des Fahrzeugs 102 ab. Die GPS- Daten und/oder die Pseudolitendaten werden beträchtlich über zahlreiche erfindungsgemäße Techniken und Verfahren der vorliegenden Erfindung verbessert, um die Genauigkeit der Positionsabschätzungen des Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere ist das VPS 1000 des bevorzugten Ausführungsbeispiels ein Positionsbestimmungssystem basierend auf dem Vorsehen von GPS-Daten vom NAVSTAR-GPS 104 und von einem Bewegungspositionsbestimmungssystem 900. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Bewegungspositionsbestimmungssystem 900 eine Trägheitsreferenzeinheit (IRU) 904 auf und/oder einen Fahrzeugwegmesser 902. Die Trägheitsreferenzeinheit 904 weist ein (mehrere) Lasergyroskop(e) 106 auf, und einen (mehrere) Beschleunigungsmesser 108, die verwendet werden können, um die Position, die Geschwindigkeits-, Rollneigungs-, Gierungs- und Kippdaten zu erzeugen. Der Fahrzeugwegmesser 902 erzeugt Daten bezüglich der Distanz, die von dem Fahrzeug 102 gefahren wurde.

Eine erste Positionsabschätzung des Fahrzeugs 102 wird von dem GPS-Verarbeitungssystem 700 aus GPS-Daten abgeleitet, die von den GPS-Satelliten 104 empfangen wurden, und aus den Pseudolitendaten, die von dem (den) Pseudolit(en) 105 empfangen wurden. Um die Genauigkeit der ersten Positionsabschätzung zu vergrößern richtet die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Verfahren ein, die im Detail unten besprochen werden. Zusätzlich wird eine zweite Positionsabschätzung von dem MPS- bzw. Bewegungspositionsbestimmungssystemkommunikationsprozessor 906 des Bewegungspositionsbestimmungssystems 900 abgeleitet, das die Trägheitsreferenzeinheit 904 und/oder den Fahrzeugwegmesser 902 aufweist.

Wie mit den jeweiligen Pfeilen 112 und 114 gezeigt, werden die erste Positionsabschätzung und die zweite Positionsabschätzung dann von einem Fahrzeugpositionsverarbeitungssystem 116 kombiniert und gefiltert. Das Ergebnis, wie von einem Ausgabepfeil 118 angezeigt, ist eine genauere dritte Positionsabschätzung.

Navigationssystem

Das Navigationssystem 1022 empfängt die dritte Positionsabschätzung vom Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000. Das Navigationssystem 1022 verwendet die präzise dritte Positionsabschätzung, um das Fahrzeug 102 genau zu navigieren. Ein erster Zweck des Navigationssystems 1022 ist es, das Fahrzeug 102 zwischen Punkten entlang voreingerichteter oder dynamisch erzeugter Pfade zu führen.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Navigationssystem 1022 im Fahrzeug 102 selbst gelegen. Anders gesagt es ist im wesentlichen ein "An Bord liegendes System". Darüber hinaus kann das Navigationssystem 1022 ausgelegt sein, um bei dem Fahrzeug 102 nachgerüstet zu werden.

So daß das Navigationssystem 1022 das Fahrzeug 102 führen kann, daß es den voreingerichteten oder dynamisch erzeugten Pfaden folgt, werden verschiedene Modelle oder konzeptionelle Darstellungen erzeugt und verwendet. Beispielsweise können Linien und Bögen verwendet werden, um Fahrzeugpfade zwischen Objektpunkten einzurichten. Mathematische B-Splines oder Clothoidkurven können verwendet werden, um den tatsächlichen Pfad zu modellieren, wo das Fahrzeug 102 navigieren soll. Diese mathematischen Kurven werden im Detail später in dieser Schrift besprochen.

Die Verwendung der obigen Modellierungs- oder Darstellungstechniken bietet verbesserte Datenkommunikationen, eine verbesserte Speicherung und Handhabung des Fahrzeuges 102. Die Techniken gestatten weiter die Vereinfachung von Überwachungsaufgaben durch das Vorsehen einer Hierarchie von Steuerung und Kommunikation. Je höher ein Niveau der Steuerung in dem hierarchischen Steuerschema existiert, desto einfacher ist die Aufgabe und desto kompakter die Befehle.

Das Navigationssystem 1022 sieht weiter eine Steuerung der mechanischen Systeme des Fahrzeugs vor, wie beispielsweise der Bremsen, der Lenkung und des Motors und des Getriebes, um die notwendigen physikalischen Aktionen zu bewirken, die erforderlich sind, um das Fahrzeug 102 zu bewegen, zu stoppen und zu lenken.

Das Navigationssystem 1022 überprüft auch die tatsächliche Position des Fahrzeugs 102 gegenüber der erwünschten Position, um die Fahrzeugsteuerung gemäß der erwünschten Position zu korrigieren. Das Navigationssystem 1022 kann Modelle mit mehreren Zuständen laufen lassen, um diese Überprüfungsfähigkeit zu verbessern. Das Navigationssystem 1022 überprüft auch Fehler oder Versagen im System selbst und in den Fahrzeugkomponenten. Wenn Fehler oder Versagen detektiert werden, kann das Navigationssystem 1022 einen versagenssicheren Abschaltvorgang bieten, in dem es das Fahrzeug 102 zu einem vollständigen Stop bringt.

Das Navigationssystem 1022 bietet weiter unterschiedliche Steuerbetriebszustände für das Fahrzeug 102. Diese sind beispielsweise (1) ein vollständig autonomer Betriebszustand, wobei die Navigation des Fahrzeugs 102 automatisch von dem Navigationssystem 1022 gehandhabt wird; (2) einen Tele- oder Fernsteuerbetriebszustand, wobei ein (nicht gezeigter) entfernter menschlicher Bediener die Leitung und Bewegung usw. des Fahrzeugs 102 steuern kann; und (3) einen manuellen Betriebszustand, wobei ein menschlicher Bediener, der im Fahrzeug 102 sitzt, die Steuerung des Fahrzeugs 102 übernehmen kann und es manuell fahren kann.

Im autonomen Betriebszustand ist die Hinderniserkennung kritisch, da wenn das Fahrzeug 102 nicht unter Kontrolle ist, es dann einen großen Schaden an Eigentum und große Lebensgefahr verursachen könnte. Das Navigationssystem 1022 kann wirkungsvoll Hindernisse detektieren. Felsen, Tiere, Menschen, Bäume oder andere Hindernisse können unerwartet in den Pfad des Fahrzeugs 102 eintreten. Das Navigationssystem 1022 kann diese Hindernisse detektieren, entweder stoppen oder einen Pfad um das Ziel herum aufzeichnen, und das Fahrzeug 102 auf seine ursprüngliche Route zurückbringen, wenn die Route als sicher angenommen wird.

Das genaue Verfolgen der erwünschten Route ist eine weitere Funktion des Navigationssystems 1022. Das Funktionieren und die Architektur des Navigationssystems 1022 ist für die Echtzeitverfolgung von Fahrzeugpfaden bei Geschwindigkeiten bis ungefähr 30 Meilen pro Stunde (mph) ausgelegt worden.

C. Basisstation

Die vorliegende Erfindung kann ein Host- bzw. Hauptverarbeitungssystem 186 an einer Basisstation 188 aufweisen. Das Host-Verarbeitungssystem 186 führt Funktionen sowohl für das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000 als auch für das Navigationssystem 1022 aus.

Mit Bezug auf das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000 empfängt das Host-Verarbeitungssystem 186 GPS-Daten und/- oder Pseudolitendaten, wie von jeweiligen Pfeilen 190 und 192 gezeigt. Im Endeffekt kann das Host-Verarbeitungssystem 196 genauso wie die Basisstation 188 als ein bekannter Referenzpunkt dienen, um die Genauigkeit der Positionsabschätzungen des Fahrzeugs zu verbessern, wie im Detail unten beschrieben.

Das Host-Verarbeitungssystem 186 richtet eine Anzahl von Verfahren zur Steigerung der Genauigkeit der Fahrzeugpositionsabschätzungen ein. Das Satellitenpositionsvorhersageverfahren 1800, welches oben erwähnt wurde, wird auch von dem Host-Verarbeitungssystem 186 eingerichtet. Das Host-Verarbeitungssystem 186 wird die gleiche Satellitenkonstellation erkennen, die vom Fahrzeug 102 beobachtet wird.

Berechnungen werden an den GPS-Daten und/oder den Pseudolitendaten ausgeführt, um Vorspannungen (Bias) abzuleiten. Der Ausdruck "Vorspannung" (Bias) im Zusammenhang mit dieser Schrift bezieht sich auf eine Differenz zwischen zwei Messungen, gewöhnlicherweise Positionsabschätzungen (räumliche Vorspannung) oder Uhr- bzw. Taktraten (Taktvorspannung). Da eine Messung gewöhnlicherweise als genauer bekannt ist als die andere, wird auf die Vorspannung oftmals als "Fehler" Bezug genommen.

Um die räumlichen Vorspannungen zu berechnen richtet das Host-Verarbeitungssystem 186 eine Anzahl von Verfahren ein. Bei diesen Verfahren sind beispielsweise folgende vorgesehen, eine Originalvorspannungstechnik 1500, eine Parabolvorspannungstechnik 1600, eine Basisresidualvorspannungstechnik und eine Basiskorrelationsvorspannungstechnik 1700A.

Die vorangegangenen Differenzialkorrekturtechniken kompensieren Datenfehler. In anderen Worten zeigen die von dem Host-Verarbeitungssystem 186 berechneten Vorspannungen Datenfehler. Wie von einem Pfeil 194 gezeigt werden die Vorspannungen an das GPS-Verarbeitungssystem 700 des Fahrzeugs 102 übertragen. Das GPS-Verarbeitungssystem 700 verwendet diese Vorspannungen, um Fehler in Fahrzeugpositionsabschätzungen zu eliminieren.

Das Host-Verarbeitungssystem 186 sieht weiter Funktionen bezüglich des Navigationssystems 1022 der vorliegenden Erfindung vor. Das Host-Verarbeitungssystem 186 dient als das höchste Steuerniveau des Navigationssystems 1022, wie von einem Pfeil 196 angezeigt. Es behandelt die Zeitplanung und Zuweisung des Fahrzeugs 102 mit genau den gleichen Ergebnissen wie es ein menschlicher Anweiser bzw. Vormann erreichen würde. Folglich kann das Host-Verarbeitungssystem 186 dadurch den Arbeitszyklus des Fahrzeugs 102 bestimmen.

Das Host-Verarbeitungssystem 186 weist das Fahrzeug 102 an, von einer gegenwärtigen Position zu einer zukünftigen Position über eine festgelegte Route zu fahren, so daß das Fahrzeug 102 seine Arbeitsziele durchführen kann. Das Host-Verarbeitungssystem 186 kann die Fahrzeugrouten mit einem Namen festlegen anstelle durch eine Auflistung von jedem Punkt entlang der Route, wie es gewöhnlicherweise der Fall ist. Entsprechend schaut das an Bord liegende Navigationssystem 1022 des Fahrzeugs die benannte Fahrzeugroute nach und überträgt die benannte Fahrzeugroute in Sätze von Knoten und Segmenten entlang der benannten Fahrzeugroute.

Funktionelle Beschreibungen/Verfahren 1. Navigator

Das folgende ist eine Beschreibung des in Fig. 7 gezeigten Navigators 406, die mit Aufgabendiagramm bezeichnet ist. Jede der abgebildeten Aufgaben wird unten besprochen.

a. Haupt (Exekutiv)

In der Mitte der Fig. 7 ist eine Aufgabe, die als "Haupt"(Exec)" 5316 bezeichnet ist. Diese Aufgabe 5316 koordiniert die Kommunikationsvorgänge zwischen den Aufgaben und führt eine Entscheidungsfällung auf hohem Niveau für den Navigator 406 aus. Eine der primären Entscheidungen, die die Aufgabe 5316 macht, ist, wann die Verfolgungsvorrichtung 5306 einzuschalten (auszuschalten) ist, und zwar basierend auf den Nachrichten, die von den anderen Aufgaben im System empfangen werden.

b. Überwachung Fahrzeugstatus

Diese Aufgabe 5308 ist oberhalb und rechts der "Hauptaufgabe" 5316 gezeigt. Sie wirkt dahingehend, daß sie den Fahrzeuganschluß 5326 ausliest und Fahrzeugbetriebszustandsänderungen und den Navigator-Fahrzeug-Kommunikationszustand an "Haupt" 5316 über die Exec-Schlange 5328 meldet. Zusätzlich wird der Zustand des Fahrzeugs 102 in eine globale Speicherstruktur 5400 geschrieben (siehe Fig. 8).

c. Abtastvorrichtung/Scanner

In der unteren rechten Ecke des Aufgabendiagramms der Fig. 7 ist die Abtastaufgabe 5310, die eine Kommunikation mit "Haupt" 5316 von Daten von dem Hindernisdetektionssystem 404 vorsieht.

d. Konsole und Konsolenzergliederung

Die Konsole 5312 und die Konsolenzergliederung 5314 sind gerade unterhalb der "Hauptaufgabe" 5316 im Aufgabendiagramm der Fig. 7 gezeigt. Diese Aufgaben werden wie beispielsweise durch ein Debugging- bzw. Fehlersuchwerkzeug während der Entwicklung des Systems entwickelt. Sie zeigen und manipulieren Zustände des Navigators 406 gemäß der Bedienereingabe von einem Terminal 5302. Die Konsolenzergliederungsaufgabe 5314 wird auch verwendet, um Verfolgungsparameter einzustellen.

e. Anweisungen aufrufen

Diese Aufgabe 5320 ist in der unteren linken Ecke des Aufgabendiagramms der Fig. 7 gezeigt. Sie ist Teil der Host-Navigatorschnittstelle 5330. Nachrichten von dem Host-Verarbeitungssystem 186 werden von diesen Aufgaben 5320 empfangen und decodiert, Dann wird abhängig von der Nachricht die Nachricht entweder an die "Hauptaufgabe" 5316 übermittelt, oder an andere Aufgaben. Diese anderen Aufgaben würden dann ein entsprechendes Ansprechen vom Navigator 406 zum Host-Verarbeitungssystem 186 formulieren.

f. Nachricht-an-Host

Diese Aufgabe 5318, die gerade oberhalb und links von der "Hauptaufgabe" 5316 gezeigt ist, formuliert Nachrichten vom Navigator 406 zum Host-Verarbeitungssystem 186 und übermittelt sie an das Host-Verarbeitungssystem 186.

g. VPS-Position

Diese Aufgabe 5322 ist an der linken Seite des Aufgabendiagramms der Fig. 7 gezeigt. Die VPS-Positionsaufgabe 5322 liest die (20 Hz) Ausgangsgröße aus dem Fahrzeugpositionsbestimmungssystem 1000. Die Daten werden bezüglich der Richtigkeit überprüft (beispielsweise "Checksumme") und falls sie korrekt sind, werden sie an eine globale Speicherstruktur 5400, den Positionspuffer (VPS-Positionsschlange) 5332 ausgegeben. Die Aufgabe sendet eine Nachricht an die "Hauptaufgabe" 5316 immer dann, wenn ein Positionsfehler auftritt.

h. VPS-Lage

Diese Aufgabe 5324 ist an der unteren linken Ecke des Aufgabendiagramms gezeigt. Wenn das Fahrzeug fährt, hält diese Aufgabe den Lagepuffer (VPS-Lageschlange) 5334 aufrecht. Die Aufgabe (5324) überwacht die Fahrzeugposition und hält ungefähr 50 Lagen von der gegenwärtigen Fahrzeugposition in Richtung der Fahrt im Lagepuffer 3000.

i. Verfolgungsvorrichtung

In der oberen rechten Ecke des Aufgabendiagramms der Fig. 7 liest die Aufgabe 5306 die gegenwärtige Position 5332 und die Lagepuffer 5334 aus. Basierend auf der gelesenen Information berechnet die Aufgabe 5306 Lenk- und Geschwindigkeitskorrekturen 420. Sie sendet sie zum Fahrzeug 102, wodurch der Kurs des Fahrzeugs gesteuert wird.

j. Geteilter (globaler) Navigatorspeicher

Wie oben mit Bezug auf die Navigatoraufgaben 5300 erwähnt, hat der Navigator 406 eine globale Speicherstruktur 5400, in die verschiedene Aufgaben Lesen/Schreiben. Diese Speicherstruktur 5400 ist in Fig. 8 veranschaulicht.

Mit Bezug auf Fig. 8 werden die Aufgaben als Ellipsoide abgebildet, wobei die spezielle Aufgabe innen aufgeschrieben ist. Der Speicher 5400 ist in dem Mittelabschnitt in Fig. 8 als ein Stapel von Kästen abgebildet. Ein ungeschützter Speicher ist als ein einziger Kasten in dem Stapel von Kästen abgebildet. Ein semaphorgeschützter Speicher ist als Kasten innerhalb eines Kastens in dem Stapel abgebildet.

Ein Teil zeigt in der Richtung der Datenübertragung zwischen den Aufgaben und dem Speicher. Daher ist ein Schreibvorgang in den Speicher von einer Aufgabe als eine Linie mit einem Pfeil gezeigt, der zu dem fraglichen Speicher von der Aufgabe her zeigt. Genauso wird ein Lesevorgang vom Speicher durch eine Aufgabe durch eine Linie mit einem Pfeil abgebildet, der zu der fraglichen Aufgabe vom Speicher her zeigt. Wo eine Zwei-Weg-Datenübertragung zwischen der Aufgabe und dem Speicher existiert, ist eine Linie mit einem Pfeil an beiden Enden gezeigt.

Haupt (Exec) - Flußdiagramme

Fig. 9 und 11A-11D sind Flußdiagramme der Navigatorhaupt- oder -Exekutivaufgaben 5316.

Mit Bezug auf Fig. 9 ist diese ein Diagramm der allgemeinen Struktur des Haupt- oder Exekutivaufgabenflusses. Das folgende beschreibt verschiedene Flußdiagramme, die mit den Navigatorexekutivaufgaben 5316 assoziiert sind. Mit Bezug auf Fig. 9, die ein Exekutiv- bzw. Ausführungsflußdiagramm ist, zeigt diese fünf Blöcke: Den Block 5502, der der Startblock ist; den Block 5504, der die Navigatorinitialisierung ist; den Block 5506, der der Warten-auf-Ausführungsschlange-Block ist, der Block 5506, der der Exekutiventscheidungsblock ist; und der Block 5510, der der Wirkung-auf-Zustand-Block ist.

Das Flußdiagramm der Fig. 9 beschreibt, wie die Exekutivaufgabe 5316 ihre Funktionen ausführt, und zwar beginnend vom Einschalten (Anschalten der elektrischen Leistung) des Navigators 406. Beim Einschalten bzw. Hochfahren beginnt die Exekutivaufgabe 5316 (oder die Exekutive) beim Startblock 5502 und schreitet sofort voran, um den Navigator 5504 zu initialisieren, wobei die Exekutive 5316 den Navigator 406 in einen bekannten Anfangszustand setzt. Die Exekutive schreitet dann zu der Warte auf- Ausführung-Schlange 5506 und wartet auf eine Nachricht von einer Anzahl von Quellen, die in ihrer Nachrichtenschlange 5328 ankommt. Beispielsweise könnte eine typische Nachricht eine Anfrage nach Informationen von dem Host-Verarbeitungssystem 186 sein.

Beim Empfang einer Nachricht in der Ausführungsschlange 5328 schreitet die Exekutive 5316 zum Exekutiventscheidungsblock 5508 voran. In diesem Block setzt die Exekutive 5316 eine Reihe von Zustands-Flags in bekannter Weise. Diese Flags bzw. Zeichen bringen den Navigator 406 in einen bekannten Zustand entsprechend der empfangenen Nachricht.

Sobald die Zustands-Flags ordnungsgemäß eingestellt worden sind, schreitet die Exekutive 5316 dann voran zu dem Wirke-auf-Zustand 5510, wo die notwendige Wirkung ausgeführt wird, und zwar entsprechend der empfangenen Anweisung.

Mit Bezug auf die Fig. 11A-11D zeigen diese den Fluß des "Exekutiventscheidungsblocks" 5508 des allgemeinen Strukturdiagramms der Fig. 9.

Die verschiedenen Antworten, die die Exekutivaufgabe 5316 einleiten kann, werden nun genauer besprochen. Es gibt einen bekannten Satz von Nachrichten, die innerhalb der Ausführungsschlange 5328 erwartet werden. Diese Nachrichten sind im Detail in den Fig. 11A-11D gezeigt. Fig. 11A bildet diagrammartig die Organisation der Fig. 11A-11D ab. Fig. 11A-11D beschreiben im Detail die Prozedur, die die Exekutive 5316 verwendet, um auf verschiedene Nachrichten anzusprechen.

Mit Bezug auf Fig. 11A wird die Wirkung der Exekutive 5316 auf spezielle Nachrichten beschrieben. Beim Empfang einer Nachricht auf der Ausführungsschlange 5328 verläßt der Programmfluß den Block 5506 und schreitet voran zum Block 5602, wo die Exekutive 5316 bestimmt, ob die Nachricht "Anweisung für neue Route" ist. Wenn die Nachricht "Anweisung für neue Route" ist, dann schreitet die Exekutive 5316 voran zum Wirke-auf- "Anweisung für neue Route"-Block 5604. Sobald eine Aktion speziell für die "Anweisung für neue Route-Nachricht" erfolgreich vollendet worden ist, geht die Exekutive 5316 dann voran zum Wirkeauf-Zustand-Block 5510. Sobald die Wirkung bzw. Aktion vollendet worden ist, kehrt die Exekutive 5316 zurück zum Warte auf-Ausführungsschlange-Block 5506 zurück, um eine weitere Nachricht zu erwarten. Wenn die anfängliche Nachricht im Block 5602 nicht "Anweisung für neue Route" ist, dann schreitet die Exekutive 5316 voran zum Block 5606, um zu bestimmen, ob die Nachricht "Anweisung zum Gangwechsel" ist.

Die Antwort auf Nachrichten wie "Anweisung für Gangwechsel", "Fahrzeugantwort", "Kein Fahrzeugansprechen" und "Fahrzeuächecksummenfehler" folgen einer ähnlichen Prozedur wie die, die für die Nachricht "Anweisung_für_- neue Route" beschrieben worden ist. Jedoch sind die Aktionen bzw. Vorgänge, die in dem Wirke-auf-"..."-Blöcken 5604-5620 ausgeführt werden, anders für die anderen möglichen Nachrichten. Die verschiedenen Arten von gültigen Nachrichten und eine kurze Beschreibung von jeder sind wie folgt:

Anweisung_für_neue_Route: Setze die Routenzahl, der das Fahrzeug folgen soll.

Anweisung_zum_Gangwechsel: Weise einen maximal möglichen Gang an, für den das Fahrzeug einen speziellen Teil der Route überfahren kann.

Fahrzeugansprechen: Das Fahrzeug spricht auf Befehle ordnungsgemäß an, setze Navigatorzustands-Flags auf Gesund. Kein Fahrzeugansprechen: Das Fahrzeug spricht nicht auf Befehle an, Fahrzeug stoppen.

Fahrzeuächecksummenfehler: Das Fahrzeug empfängt/fühlt Daten nicht korrekt, Fahrzeug stoppen.

Tele, Manuell, Fertig oder Auto: Betriebszustand des Fahrzeugs in der ordnungsgemäßen Reihenfolge einstellen.

VPS_Zeitüberlauf: Das Fahrzeugpositionssystem sendet keine Daten, Fahrzeug stoppen.

VPS_Checksummenfehler: Das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem (VPS) sendet verzerrte Daten, Fahrzeug stoppen.

VPS_Lage fertig: Fertig zur Erzeugung von Pfadlagen.

VPS_Position fertig: Fahrzeugpositionsbestimmungssystemdaten sind verfügbar.

VPS_Position Ausrichtung: Das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem initialisiert, Fahrzeug nicht bewegen.

Routenende: Das Fahrzeug nähert sich dem Ende der gegenwärtigen Route, Host-Verarbeitungssystem informieren. Abtastung fertig: Das Abtastsystem ist fertig, nach Objekten im Pfad suchen.

Abtastung_alles frei: Keine Objekte sind im Fahrzeugpfad detektiert worden, normal fortfahren.

Abtastung_Hindernis: Ein Objekt ist auf dem Fahrzeugpfad detektiert worden, Fahrzeug stoppen.

Verfolgungsvorrichtung_außer_Kurs: Das Fahrzeug folgt nicht dem erwünschten Pfad innerhalb der Toleranz, Fahrzeug stoppen.

Verfolgungsvorrichtung Routenende: Verfolgungsvorrichtung hat das Ende des Pfades erreicht, Fahrzeug stoppen.

Verfolgungsvorrichtung_gestoppt: Benachrichtigung des Navigators, daß die Verfolgungsaufgabe das Fahrzeug gestoppt hat.

Die Antworten auf die Nachrichten "Tele", "Manuell", "Auto" und "Fertig" sind in gewisser Weise anders, da diese Nachrichten verwandt sind und in spezieller Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Dies ist oben beschrieben worden. Der Programmfluß für diese Nachrichten ist in den Fig. 11A und 11B mit Bezug auf den Block 5622-5630 gezeigt.

Das Ansprechen auf darauffolgende Nachrichtenmöglichkeiten wird von den Blöcken 5632-5678 in den Fig. 11B-11D abgebildet. Diese Antworten sind ähnlich jenen, die für die Nachricht "Anweisung für neue Route" beschrieben worden sind.

Wenn die empfangene Nachricht nicht eine der erwarteten Nachrichten ist, oder wenn die Nachricht verzerrt ist, dann wird die Exekutive 5316 zum Block 5680 geleitet, wo das Host-Verarbeitungssystem 186 über das Problem informiert wird. Die Exekutive 5316 kehrt dann zurück zur Ausführungsschlange 5506, um auf die nächste Nachricht in der Schlange anzusprechen.

Die Fig. 12A-12R zeigen die speziellen Prozeduren, die die Exekutive 5316 verwendet, um auf eine spezielle Nachricht anzusprechen. Beispielsweise zeigt Fig. 57A im Detail, wie die Exekutive 5316 auf eine "Anweisung für - neue Route"-Nachricht anspricht. Sobald diese Nachricht in der Ausführungsschlange 5328 ankommt, schreitet die Exekutive 5316 dann voran zu einem Flußdiagrammblock 5702, um zu bestimmen, was die Nachricht ist: In diesem Fall, "Anweisung für neue Route". Wenn die Nachricht "Anweisung für neue Route" ist, schreitet die Exekutive 5316 dann voran zu einem Flußdiagrammblock 5705, um auf die Nachricht anzusprechen. Anderenfalls schreitet sie zu einem Flußdiagrammblock 5704 voran, um zu bestimmen, ob sie gültig ist (eine der anderen möglichen Nachrichten) oder ungültig.

Vorausgesetzt, daß die Nachricht eine "Anweisung für - neue Route" ist, folgt dann die Exekutive 5316 dem Prozeß, der in Fig. 12A beschrieben wird, um auf die Nachricht anzusprechen. Dieser Prozeß wird von den Blöcken 5706-5714 abgebildet. Bei dieser Prozedur (und bei Antworten auf andere Anweisungen) überprüft die Exekutive 5316 die Zustände der unterschiedlichen Aufgaben innerhalb des Navigators 406 und reagiert auf diese Zustände in bekannter vorbestimmter Weise.

Der Effekt dieses Ansprechens ist, eine Reihe von Zustands-Flags zu setzen, die darauf folgende Antworten von anderen Aufgaben im Navigator 406 bewirken, wenn die Exekutive 5316 den Wirke-auf-Zustand 5510 erreicht. Die tatsächlichen Prozeduren, die im Block 5510 eingerichtet sind, sind in Fig. 13 gezeigt.

Die Antworten der Exekutive 5316 auf andere gültige Nachrichten sind ähnlich jenen, die für die "Anweisung_für_neue_Route" beschrieben wurden. Der Effekt von jedem Ansprechen auf Anweisungen verändert zuerst einen Satz von Flags, was wiederum den Zustand des Navigators 406 beeinflußt. Die speziellen eingestellten Flags hängen von der speziellen Anweisung ab. Der Navigator 406 spricht auf die Veränderungen dieser Flags an, wenn die Exekutive 5316 sich zum Wirke-auf-Zustandsblock 5510 bewegt.

Die Fig. 13A-13C veranschaulichen den Fluß des "Wirkeauf-Zustand-Block" 5510.

Der "Wirke-auf-Zustand-Block" 5510 ist in den Fig. 13A-13C gezeigt. Fig. 13 zeigt die Beziehung der Fig. 13A-13C, wobei jede dieser drei Figuren einen Teil des Wirke-auf-Zustand-Blocks 5510 abbildet.

Sobald die Exekutivaufgabe 5316 die entsprechenden Flags ansprechend auf eine spezielle Ausführungsnachricht eingestellt hat, schreitet die Exekutive 5316 dann voran, um Nachrichten an die entsprechenden Aufgaben oder Vorrichtungen zu senden, die über Veränderungen des Systems des Navigators 406 als eine Folge der Ausführungsnachricht informiert werden müssen.

Wenn beispielsweise die Exekutivaufgabe 5316 die Exekutivventscheidungen 5508 verläßt, und zuerst in den Wirkeauf-Zustand-Block 5510 eintritt, führt sie eine Überprüfung aus, um zu sehen, daß der Zustand so eingestellt ist, daß das Fahrzeug für den autonomen Betriebszustand bereit ist (beispielsweise Fahrzeugpositionsbestimmungssystem ist fertig, Fahrzeug kommuniziert ordnungsgemäß, eine ordnungsgemäße Route ist angewiesen worden, und das Fahrzeug ist fertig für den automatischen Betriebszustand). Siehe Block 5802. Wenn einer oder mehrere dieser Zustände nicht erfüllt wird, dann kehrt die Exekutive zurück, um auf eine weitere gültige Nachricht zu warten. Wenn alle diese Zustände erfüllt sind, dann führt die Exekutive 5316 eine Überprüfung aus, um zu sehen, daß der Pfadgenerator 5804 arbeitet. Falls dies so ist, schreitet die Exekutive 5316 dann voran zum Start der anderen Systeme, die für den autonomen Betrieb erforderlich sind.

Wenn das Pfaderzeugungssystem nicht arbeitet, dann sendet die Exekutivaufgabe 5316 die Nachricht "VPS Lage eingerichtet" an die VPS-Lageschlange 5334, um den Pfadgenerator zu starten. Die Exekutivaufgabe wird dann zu der Warte-auf-Ausführung-Schlange 5506 zurückkehren, um auf eine weitere Anweisung zu warten, so daß ein ordnungsgemäßer Betrieb des Fahrzeugs 102 sichergestellt wird.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Betrieb eines autonomen Navigationssystems (406) bei einem Fahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(1) Initialisierung (5504) des Systems (406)

(2) Warten (5506) bis Nachrichten in einer Nachrichtenschlange (5328) ankommen;

(3) Beim Empfang einer Nachricht Bestimmung und Setzen (5508) einer Reihe von Zustands-Flags bzw. Zustandszeichen, um das System (406) in einen bekannten Zustand speziell für diese Nachricht zu setzen;

(4) Ausführung (5510) eines entsprechenden Vorgangs gemäß der Nachricht;

(5) Rückkehr zum Schritt (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung und des Setzens (5508) einer Reihe von Flags bzw. Zeichen folgende Schritte aufweist:

(a) Bestimmung (5602), ob eine empfangene Nachricht eine eine neue Route anzeigende Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Einstellung (5604) im Schritt (4) einer Routennummer für das Fahrzeug (102) das folgen soll;

(b) Bestimmung (5606), ob eine empfangene Nachricht eine Geschwindigkeitswechselanweisungsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Anweisung (5608) im Schritt (4) einer maximalen Geschwindigkeit für das Fahrzeug (102);

(c) Bestimmung (5610), ob eine empfangene Nachricht eine Fahrzeugansprechnachricht ist, und falls die wahr ist, dann Setzen (5612) eines Zustands-Flags auf gesund im Schritt (4);

(d) Bestimmung (5614), ob eine empfangene Nachricht eine Fahrzeug keine Antwort Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5616) des Zustands-Flags auf nicht gesund im Schritt (4);

(e) Bestimmung (5618), ob eine empfangene Nachricht eine Fahrzeuächecksummenfehlernachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5620) eines Zustands-Flags auf nicht gesund im Schritt (4);

(f) Bestimmung (5622), ob eine empfangene Nachricht eine Tele-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5624) des Fahrzeugs (102) auf den Tele-Betriebszustand im Schritt (4);

(g) Bestimmung (5626), ob eine empfangene Nachricht eine Manuell-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5624) des Fahrzeuges (102) auf den manuellen Betriebszustand im Schritt (4);

(h) Bestimmung (5628), ob eine empfangene Nachricht eine Automatik-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5624) des Fahrzeuges (102) auf den autonomen Betriebszustand im Schritt (4);

(i) Bestimmung (5630), ob eine empfangene Nachricht eine Fertig-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5624) des Fahrzeuges (102) auf den Fertig-Betriebszustand im Schritt (4);

(j) Bestimmung (5632), ob eine empfangene Nachricht eine VPS- bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungs- Zeitüberlaufnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Ausführung (5638) eines Notstoppes des Fahrzeuges (102) im Schritt (4);

(k) Bestimmung (5632), ob eine empfangene Nachricht eine VPS- bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungs- Chechsummenfehlernachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Ausführung (5638) eines Notstoppes des Fahrzeuges im Schritt (4);

(l) Bestimmung (5640), ob eine empfangene Nachricht eine VPS- bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungs-Lage- Fertig-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5642) eines VPS-Lage-Fertig-Flags auf wahr im Schritt (4);

(m) Bestimmung (5644), ob eine empfangene Nachricht eine VPS- bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungs-System- Position-Fertig-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Setzen (5646) eines VPS-Position-Fertig- Flags auf wahr im Schritt (4);

(n) Bestimmung (5648), ob eine empfangene Nachricht eine VPS- bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungs- Positionsausrichtungsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Warten (5650) bis das Fahrzeugpositionsbestimmungssystem die Initialisierung vollendet hat, und zwar im Schritt (4);

(o) Bestimmung (5652), ob eine empfangene Nachricht eine Routenendenachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Informieren (5654) eines Host-Computers im Schritt (4);

(p) Bestimmung (5656), ob eine empfangene Nachricht eine Abtastung-Fertig-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Beginnen (5658) nach Objekten vor dem Fahrzeug (102) abzutasten, und zwar im Schritt (4);

(q) Bestimmung (5660), ob eine empfangene Nachricht eine Abtastung-Alles-frei-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Anzeige (5662), daß keine Objekte detektiert worden sind, und zwar im Schritt (4);

(r) Bestimmung (5664), ob eine empfangene Nachricht eine Hindernis-abgetastet-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Anzeige (5666), daß ein Hindernis vor dem Fahrzeug (102) detektiert worden sind, und zwar im Schritt (4);

(s) Bestimmung (5668), ob eine empfangene Nachricht eine Verfolgungsvorrichtung-außer-Kurs-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Anzeige (5670), daß das Fahrzeug nicht einem erwünschten Pfad innerhalb der Toleranz folgt, und Stop des Fahrzeugs, und zwar im Schritt (4);

(t) Bestimmung (5672), ob eine empfangene Nachricht eine Verfolgungsvorrichtung-Routenende-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Anzeige (5674), daß das Fahrzeug ein Routenende erreicht hat, und Stop des Fahrzeugs, und zwar im Schritt (4);

(v) Bestimmung (5676), ob eine empfangene Nachricht eine Verfolgungsvorrichtung-Stop-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Anzeige (5678), daß die Verfolgungsvorrichtung das Fahrzeug (102) gestoppt hat, und zwar im Schritt (4);

(w) Bestimmung (5676), ob eine empfangene Nachricht nicht eine der obigen Nachrichten ist, und wenn dies wahr ist, dann Informieren (5680) eines Hostcomputers über einen Fehlerzustand im Schritt (4).

3. Autonomes Navigationssystem (406) bei einem Fahrzeug, wobei das System folgendes aufweist:

(1) Mittel (5504) zur Initialisierung des Systems (406);

(2) Mittel (5506) zum Warten auf Nachrichten, die in einer Nachrichtenschlange (5328) ankommen, die Mittel (5508) zur Bestimmung und zum Einstellen bzw. Setzen einer Reihe von Zustands-Flags bzw. Zustandszeichen aufweisen, um das System (406) in einen bekannten Zustand speziell für diese Nachricht zu setzen, und zwar aktiviert beim Empfang einer Nachricht; und

(3) Mittel (5510) zur Ausführung eines entsprechenden Vorgangs gemäß der Nachricht.

4. System (406) nach Anspruch 3, wobei die Mittel (5506) zum Warten auf Nachrichten weiter folgendes aufweisen:

(a) Mittel (5602) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine eine neue Route anweisende Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5604), daß die Mittel (5510) zur Ausführung eine Routennummer für das Fahrzeug (102) setzen, das folgen soll;

(b) Mittel (5606) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Geschwindigkeitswechselanweisungsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5608), daß die Mittel (5510) zur Ausführung eine Maximalgeschwindigkeit für das Fahrzeug (102) anweisen;

(c) Mittel (5610) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Fahrzeugansprechnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5612), daß die Mittel (5510) zur Ausführung die Zustands-Flags auf gesund setzen;

(d) Mittel (5614) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Nicht-Fahrzeugansprechnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5616), daß die Mittel (5510) zur Ausführung die Zustands- Flags auf nicht gesund setzen;

(e) Mittel (5618) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Fahrzeuächecksummenfehlernachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5620), daß die Mittel (5510) zur Ausführung die Zustands- Flags auf nicht gesund setzen;

(f) Mittel (5622) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Tele-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5624), daß die Mittel (5510) zur Ausführung das Fahrzeug (102) in einen Tele-Betriebszustand setzen;

(g) Mittel (5626) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Manuell-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Verursachen (5624), daß die Mittel (5510) zur Ausführung das Fahrzeug (102) auf den manuellen Betriebszustand setzen;

(h) Mittel (5628) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Automatik-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5624), daß die Mittel (5510) zur Ausführung das Fahrzeug (102) in den autonomen Betriebszustand setzen;

(i) Mittel (5630) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Fertig-Betriebszustandsnachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5624), daß die Mittel (5510) zur Ausführung das Fahrzeug (102) in den Fertig-Betriebszustand setzen;

(j) Mittel (5632) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine VPS-Zeitüberlauf-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5634), daß die Mittel (5510) einen Notstop beim Fahrzeug (102) ausführen;

(k) Mittel (5636) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine VPS- bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungssystem-Checksummenfehlernachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5638), daß die Mittel (5510) zur Ausführung einen Notstop beim Fahrzeug (102) ausführen;

(l) Mittel (5640) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine VPS-bzw. Fahrzeugspositionsbestimmungssystem-Lage-Fertig-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5642), daß die Mittel (5510) zum Ausführen ein VPS-Lage-Fertig-Flag auf wahr setzen;

(m) Mittel (5644) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine VPS-Positionsbestimmung-Fertig- Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5646), daß die Mittel (5510) zum Ausführen ein VPS-Position-Fertig-Flag auf wahr setzen;

(n) Mittel (5648) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine VPS-Position-ausgerichtet- Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5650), daß die Mittel (5510) zur Ausführung warten, bis das VPS- bzw. Fahrzeugpositionsbestimmungssystem die Initialisierung vollendet hat;

(o) Mittel (5652) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Routenendenachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5654), daß die Mittel (5510) zur Ausführung einen Host- bzw. Hauptcomputer informieren;

(p) Mittel (5656) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Abtastung-Fertig-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5658), daß die Mittel (5510) zur Ausführung beginnen, Objekte vor dem Fahrzeug (102) abzutasten;

(q) Mittel (5660) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Abtastung-Alles-frei-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5662), daß die Mittel (5510) zur Ausführung anzeigen, daß keine Objekte detektiert worden sind;

(r) Mittel (5664) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Hindernis-abgetastet-Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5666), daß die Mittel (5510) zur Ausführung anzeigen, daß ein Hindernis vor dem Fahrzeug (102) detektiert worden ist;

(s) Mittel (5668) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Verfolgungsvorrichtung-außer-Kurs- Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5670), daß die Mittel (5510) zum Ausführen anzeigen, daß das Fahrzeug nicht einem erwünschten Pfad innerhalb der Toleranz folgt, und Stoppen des Fahrzeugs;

(t) Mittel (5672) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Verfolgungsvorrichtung-Routenende- Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5674), daß die Mittel (5510) zur Ausführung anzeigen, daß das Fahrzeug ein Routenende erreicht hat, und Stoppen des Fahrzeugs;

(v) Mittel (5676) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht eine Verfolgungsvorrichtung-Stop- Nachricht ist, und falls dies wahr ist, dann Bewirken (5678), daß die Mittel (5510) zur Ausführung anzeigen, daß die Verfolgungsvorrichtung das Fahrzeug (102) gestoppt hat;

(w) Mittel (5676) zur Bestimmung, ob eine empfangene Nachricht nicht eine der obigen Nachrichten ist, und wenn dies wahr ist, dann Bewirken (5680), daß die Mittel (5510) zur Ausführung einen Hostcomputer über einen Fehlerzustand informieren.







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