DE10006156A1 - Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen und eine in Kraftfahrzeuge zu installierende Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen mittels GPS-Navigation sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Die GPS-Signale werden über eine GPS-Antenne einem GPS-Empfänger zugeführt und mit den Daten einer digitalisierten und auf einer CD-ROM abgespeicherten Landkarte verglichen. Der Fahrzeugstandort wird auf einem Bildschirm angezeigt, ebenso die Fahrtrichtung bzw. der Fahrrichtungswechsel zum Fahrziel. Es erfolgt ebenso eine akustische Fahrtrichtungsanweisung. Das Fahrziel und Fahrzieländerungen werden auf einem Berührungs-Bildschirm einer Bedieneinheit angegeben. Die von der GPS-Antenne empfangenen Positionsdaten werden in einem SiRF-Chipsatz des GPS-Empfängers bearbeitet und einem CPU-Modul zugeführt. Dieses wird vorzugsweise mit dem Betriebssystem QNX betrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen mittels GPS-Navigation, bei dem die GPS-Signale über eine GPS-Antenne einem GPS-Empfänger zugeführt und mit den Daten einer digitalisierten und auf einer CD-ROM oder dgl. abgespeicherten Landkarte verglichen und der Fahrzeugstandort auf einem Bildschirm angezeigt und die Fahrtrichtung bzw. der Fahrtrichtungswechsel zum Fahrziel auf dem Bildschirm angezeigt und akustisch an­ gegeben wird und eine in Kraftfahrzeuge zu installierende Anlage zur Durchführung des Verfah­ rens mit einem CD-ROM-Laufwerk oder dgl., einer GPS-Antenne, einer zentralen Rechnerein­ heit und einer Bedieneinheit mit Bildschirm.

Es ist bekannt, eine Navigation von Kraftfahrzeugen durch das GPS-Satellitensystem durchzu­ führen, welches über 24 entsprechend positionierte Satelliten jeden Punkt der Erde erfassen kann. Über ein GPS-Empfangsgerät wird die Position des Kraftfahrzeuges erfaßt und unter Verwendung digitalisierter Straßenkarten auf einem Display angezeigt, wobei gleichzeitig durch eine Stimme für die Ankunft bei einem individuell einzugebenden Ziel erforderliche Fahrtrich­ tungsänderungen angezeigt werden. Bekannte Navigationsgeräte haben jedoch den Nachteil, daß die Erfassung bzw. Neuerfassung der Satellitendaten nur langsam erfolgt. Die Anlaufzeiten sind relativ hoch. Bei Mehrwegebetrieb können Signalfehler auftreten. In bewaldetem Gelände treten Signaleinbußen auf. Außerdem zeichnen sich diese bekannten Navigationsgeräte durch einen hohen Leistungsverbrauch aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das eingangs genannte Verfahren und die zu dessen Durchführung erforderliche Anlage so zu verbessern, daß ein präziserer und schnellerer Betrieb möglich ist und ohne hohen Materialaufwand und zusätzliche Sensoren eine Nachrüstung von Kraftfahrzeugen durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anlage durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhän­ gigen Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Anlage ist modular ausgebildet und ermöglicht daher die Integration von Funktionserweiterungen. Es ist eine Basiseinheit vorgesehen, die einen Satelliten-GPS Emp­ fänger und eine zentrale Recheneinheit mit Speicher und mehreren Schnittstellen nach außen aufweist. Die zentrale Rechnereinheit ist zum Beispiel ein intelbasierender Mikroprozessor vom Typ 486/586 auf Card-PC Technik. Mit dieser chip/scheckkartengroßen kompletten Rech­ nereinheit ist es möglich, die Leistungsfähigkeit des Systems kurzfristig auf das Niveau eines Intel-Pentium Prozessors zu bringen. Ferner ist ein externes CD-ROM-Laufwerk vorgesehen, das zur Ladung der Navigationssoftware mit Kartographie dient. Die Software basiert zum Bei­ spiel auf dem Echtzeit/Multitasking-Betriebssystem QNX und ist somit schneller als die bisher in bekannten gattungsgemäßen Navigationssystemen verwendete Software. Die Navigationssoft­ ware ist auf dieser Standardsoftware lauffähig. Die Bedienung der erfindungsgemäßen Anlage ist fahrergerecht und selbsterklärend. Einmal gestartet, laufen über den Bildschirm des Bedien­ gerätes alle erforderlichen Ein- und Ausgaben. Nachdem im Dialog das Ziel vorgegeben wurde, läuft die Zielführung automatisch durch Symbolanzeigen und Sprachausgaben ab. Die Bedie­ nung auf der lesbaren Anzeige erfolgt durch Fingerberührung. Nur für die Einstellung von Lautstärke, Helligkeit und die Ein-/Aus-Schaltung ist die Bedienung mittels besonderer Schalter bzw. Regler erforderlich.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage werden durch Einsatz verschiedener Betriebswei­ sen realisiert. Die Anlage ist mit einer SnapLock-Signalerfassung ausgerüstet, die eine Satelli­ ten-Neuerfassungszeit von ungefähr einer Zehntelsekunde bietet und damit 20 mal schneller ist als andere bekannte Lösungen. Die Verwendung der SnapStart Technologie ermöglicht es ei­ nem SiRF-GPS-Empfänger, auf Knopfdruck eine Positionsbestimmung in weniger als 2 Sekun­ den zu erhalten, anstelle der 15 und mehr Sekunden bei herkömmlichen GPS-Empfängern. SiRFstar-Produkte sind solche der SiRF-Technology, Inc.. Bei der erfindungsgemäßen Anlage können jedoch auch andere vergleichbare Produkte eingesetzt werden. Bei SingleSat Positio­ nierbetrieb werden mit SiRFstar ausgerüstete GPS-Empfänger in die Lage versetzt, auch dann noch Positionsinformationen zu erhalten, wenn lediglich das Signal eines einzigen Satelliten zu entdecken ist. Andere GPS-Lösungen benötigen drei oder mehr Satellitensignale, um die Ak­ tualisierung der Fahrzeugposition vornehmen zu können. Durch Dual Multipath Rejection wer­ den Mehrwegefehler erheblich verringert, da verfälschte von nicht verfälschten Signalen weit­ gehend unterschieden werden können. Durch FoliageLock Empfang können mit SiRFstar aus­ gerüstete GPS-Empfänger den Kontakt mit Satelliten auch unter dichtem Laub aufrechterhal­ ten. Signale mit weniger als einem Zehntel ihrer ursprünglichen Stärke lassen sich bei Einsatz der SiRFstar Technologie erfassen. Der TricklePower Betrieb verringert den Leistungsver­ brauch des GPS-Empfängers in Anwendungen mit kontinuierlicher Positionsaktualisierung von über 1 W auf weniger als 150 mW. Bei Push-to-Fix-Betrieb reduziert sich die durchschnittliche Verlustleistung bei Applikationen, die nur bei Bedarf eine Positionierung benötigen, auf 15 mW.

Mit einer Parallel-Architektur verarbeitet der SiRFstar GSP1/LX zwölf unabhängige Kanäle mit Satellitendaten, von denen jeder in einer Zehntelsekunde eine Signal-Neuerfassung durchfüh­ ren kann. Für einfache Integration in jeden Standard-Mikroprozessor bietet der GSP1/LX einen einfachen, direkten, speicheradressierten Zugriff auf alle Funktionen auf dem Chip. Darüber hinaus ist die modulare Software SiRFstar GSW1/LX auf die unterschiedlichsten Mikroprozes­ soren und Betriebssysteme portierbar.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die GPS-Antenne in die Bedieneinheit inte­ griert. Hierbei wird der Berührungsbildschirm mit Antennendipolen versehen, die als GPS- Antenne dienen.

Es ist auch möglich, die Bedieneinheit sprachgesteuert auszubilden. Dies kann entweder durch Empfang der Sprache am Bediengerät und anschließende Digitalisierung der Sprache und er­ gänzend oder alternativ durch optische Erfassung und Auswertung der Lippenbewegungen beim Sprechen mittels einer Mikrokamera erfolgen. Zur Verbesserung der Datenübertragung können als Verbindungsleistungen zwischen Bedieneinheit, Basiseinheit und ggf. GPS-Antenne und Mikrokamera Lichtwellenleiter mit optoelektronischen Anschlußmitteln verwendet werden. Die Bedieneinheit kann auch mit einer Infrarotschnittstelle versehen werden, über die Daten von einem Infrarotsender auf die Bedieneinheit übertragen werden können. In diesem Fall kann die Bedieneinheit auch so ausgebildet werden, daß sie für sich für einen mobilen Einsatz ge­ eignet ist, so z. B. für die Suche von Zielen zu Fuß in Städten, als Personal Digital Assistent (PDA) und als Mobilfunktelefon. In diesem Fall kann ein Abschnitt des Bildschirm des Bedien­ geräts zur Abbildung eines Straßenkartenausschnittes ausgebildet sein, um dem Benutzer kartographisch das Umfeld seines jeweiligen Standortes darzustellen. Der Straßenkartenaus­ schnitt kann über Mobilkommunikation übermittelt werden.

Die Bedieneinheit oder das Basisgerät können auch mit einer Einrichtung versehen sein, die Verkehrsinformationen nach dem Traffic Message Channel (TMS) -System als Datentelegramm digital erfassen kann, aus dem dann durch Sprachsynthese zusammenhängende Nachrichten ausgebildet und am Lautsprecher der Bedieneinheit ausgegeben werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Anlage zur Navigation von Kraftfahrzeugen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Grundübersicht der für die Anlage erforderlichen Komponenten,

Fig. 2 den Aufbau der Basiseinheit,

Fig. 3 den Aufbau der Basiseinheit in einem weiteren Detail,

Fig. 4 die Bedieneinheit in einer Ansicht von vorn,

Fig. 5 ein Beispiel für eine Anzeige auf dem Bildschirm der Bedieneinheit.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Komponenten der Anlage 42 in einem Blockschaltbild. Es ist eine Basiseinheit 2 vorgesehen, die ein CD-ROM-Laufwerk aufweist zur Aufnahme einer CD-ROM 4. Die Basiseinheit 2 ist mittels eines Verbindungskabels 5 mit einer Bedieneinheit 1 verbun­ den. Diese dient zur Bedienung der Anlage 42. An die Basiseinheit 2 ist ferner eine GPS- Antenne 3 und ein Stromversorgungskabel 6 angeschlossen, über das die Anlage 42 mit der Bordspannung des jeweiligen Kraftfahrzeugs versorgt werden kann.

Fig. 2 zeigt die Basiseinheit 2 in einer schematischen Darstellung. Die einzelnen Komponen­ ten des Basisgeräts 2 sind in einem Metallgehäuse 16 angeordnet. Die wesentlichen Kompone­ ten bilden ein CPU-Modul 17, das als Card-PC oder ASIC ausgebildet sein kann und mit dem Betriebssystem QNX in DOC oder einem Speicher betrieben wird. Ferner ist ein GPS- Empfänger 19 vorgesehen, der einen SiRF-Chipsatz aufweist. Der GPS-Empfänger 19 ist mit einer aktiven GPS-Antenne 20 verbunden. Ferner ist ein CD-ROM-Laufwerk 21 oder Memo­ ryersatz mit Kompression vorgesehen, wie es auch von Notebooks bekannt ist. Dieses CD- ROM-Laufwerk 21 dient zur Aufnahme einer CD-ROM 4, auf der die Straßenkarten von geo­ graphischen Regionen und die Straßenkarten von in diesen Regionen befindlichen Städten digital abgespeichert und gesichert sind. Ferner ist eine Grundplatine 22 vorgesehen, die inter­ ne Anschlüsse 23, externe Anschlüsse 24, Steckplätze 25, eine Audioeinrichtung 26, eine Ein­ richtung 27 für serielle Kommunikation und einen Anschluß für eine Stromversorgungseinrich­ tung 28 aufweist. Die internen Anschlüsse 23 umfassen eine IDE-Schnittstelle 29 für das CD- ROM-Laufwerk 21, eine serielle Schnittstelle 30 für den GPS-Empfänger 19 und eine serielle Schnittstelle 31 für mögliche Erweiterungen. Die externen Anschlüsse 24 umfassen eine Schnittstelle RS 422 mit zum Beispiel einer RJ 45-Buchse 32 zum Anschluß der Bedieneinheit 1, eine SMA-Buchse 33 für den Anschluß der GPS-Antenne 20, eine Schnittstelle 34 für den Anschluß an die Kraftfahrzeug-Bordspannung über die Stromversorgungseinrichtung 28, die einen Anschluß 40 für die Stromversorgung der Bedieneinheit 1 und einen Anschluß 41 für die Ein-/Ausschaltelektronik aufweist. Die Ein-/Ausschaltung der Bedieneinheit 1 und die Einschal­ tung der Basiseinheit 2 erfolgt über einen Ein-/Ausschalter 7 an der Bedieneinheit 1. Die Aus­ schaltung der Basiseinheit 2 erfolgt über eine geeignete Software.

Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht auf die Bedieneinheit 1. An der einen Seite des Gehäuses der Bedieneinheit 1 befindet sich der Ein-/Ausschalter 7. In diesem Gehäuseteil ist ferner ein Laut­ sprecher 9 angeordnet, über den der Fahrer rechtzeitig über die nächste Richtungsänderung informiert wird. Die Lautstärke des Lautsprechers 9 wird über einen Lautstärkeregler 8 indivi­ duell eingestellt. Ein Kontrastregler 10 dient zum Anfassen der Helligkeit des Berührungs- Bildschirms 11 an unterschiedliche Lichtverhältnisse. Der Berührungs-Bildschirm 11 weist eine Fahrtrichtungsanzeige 12 auf, die durch die zusätzliche Angabe des jeweiligen Straßennamens ergänzt wird. Die genaue Entfernung zur nächsten Richtungsänderung wird durch eine Entfer­ nungsanzeige 14 angezeigt. Die jeweils übernächste Richtungsänderung mit Entfernungsanga­ be und die verbleibende Entfernung zum Ziel werden durch eine Vorabinformation 15 ange­ zeigt. Die Einstellung der Bedieneinheit erfolgt durch dem Berührungs-Bildschirm 11 zugeord­ nete Tasten. Im oberen Bereich des Berührungs-Bildschirms 11 ist ein Abbruch-Tastfeld 43 und ein Bestätigungs-Tastfeld 45 vorgesehen. Darunter befindet sich ein Menü-Optionswahl- Tastfeld. Im unteren Bereich des Berührungs-Bildschirms 11 sind Buchstaben-Tastfelder 46, Steuerungszeichen-Tastfelder 47 und Sonderzeichen-Tastfelder 48 vorgesehen. Über die Buchstaben-Tastfelder 46 werden die Einträge für Ort und Straße vorgenommen. Mit den Steuerungszeichen der Steuerungszeichen-Tastfelder 47 wird die Eingabe verwaltet. Fehlein­ gaben können korrigiert oder durch alphabetische Listen bewegt werden. Die Sonderzeichen der Sonderzeichen-Tastfelder 48 dienen der Wiedergabe der korrekten Schreibweise von Ein­ trägen. Mittels der Menü-Optionswahl-Tastfelder 44 werden die jeweils gewünschten Menüfen­ ster aktiviert, die durch Tastenwahl eine einfache Bedienerführung ermöglicht.

Claims (17)

1. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen mittels GPS-Navigation, bei dem die GPS-Signale über eine GPS-Antenne einem GPS-Empfänger zugeführt und mit den Daten einer digitalisierten und auf einer CD-ROM abgespeicherten Landkarte verglichen und der Fahrzeugstandort auf einem Bildschirm angezeigt und die Fahrtrichtung bzw. der Fahrtrichtungswechsel zum Fahrziel auf dem Bildschirm angezeigt und akustisch angegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrziel und Fahrzieländerungen auf einem Berührungs- Bildschirm einer Bedieneinheit eingegeben werden und daß die von der GPS-Antenne empfangenen Positionsdaten in einem SiRF-Chipsatz des GPS-Empfängers bearbeitet und einem CPU-Modul zugeführt werden, das mit dem Betriebssystem QNX betrieben wird.

2. Anlage zur Durchführung einer Navigation von Kraftfahrzeugen mittels GPS- Navigation, mit einer GPS-Antenne, die mit einem GPS-Empfänger verbunden ist, der mit einem Mikrorechner verbunden ist, der mit einem CD-ROM-Laufwerk, einer Audio-Einrichtung und einem Bildschirm eines Bedienteils in Wirkverbindung steht, gekennzeichnet durch eine im Fahrzeuginnern lösbar befestigbare Bedien­ einheit (1) mit einem als Berührungs-Bildschirm (11) ausgebildeten Bildschirm als kombinierter Bedien- und Anzeigeeinrichtung, die mit der Stromversorgungsein­ richtung (28) des Kraftfahrzeugs und einer Basiseinheit (2) verbunden ist, in der ein CD-ROM-Laufwerk (21) und auf einer Grundplatine (22) ein CPU-Modul (17) und ein GPS-Empfänger (19) angeordnet sind, der mit einer aktiven GPS-Antenne (20) verbunden ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das CPU-Modul (17) als Card- PC ausgebildet ist.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das CPU-Modul (17) mit dem Betriebssystem QNX betrieben wird.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der GPS-Empfänger (19) einen SiRF-Chipsatz aufweist.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundplatine (22) interne Anschlüsse (23) für den Anschluß des CD-ROM-Laufwerks (21), des GPS-Empfängers (19) und mindestens eine serielle Schnittstelle für Erweiterungen, externe Anschlüsse (24) für die Bedieneinheit (1), die GPS-Antenne (20), die Kraft­ fahrzeug-Bordspannung, Steckplätze (25) für das CPU-Modul (17) und den GPS- Empfänger (19), Anschlußmittel für die Audioeinrichtung (26) sowie Einrichtungen (27) für die serielle Kommunikation angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (27) für die serielle Kommunikation aus einer seriellen Schnittstelle RS 232 (35), einem RS 232 Treiber, einem RS 422 Treiber und einem seriellen Controller (39) bestehen.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die GPS-Antenne (3) in die Bedieneinheit (1) integriert ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Berührungs- Bildschirm (11) der Bedieneinheit (1) Antennendipole angeordnet sind, die als GPS-Antenne (3) ausgebildet sind.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennendipole im Bereich der Buchstaben-Tastfelder (46) und/oder der Sonderzeichen-Tastfelder (48) und/oder der Steuerungszeichen-Tastfelder (47) angeordnet sind.

11. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit (1) über Tastenbedienung am Berührungsbildschirm (11) und/oder mittels einer in das Bediengerät (1) integrierten Sprachaufnahmeeinheit steuerbar ist.

12. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit (1) sprachgesteuert ausgebildet ist.

13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprachauf­ nahmeeinheit der Bedieneinheit (1) mit einer Mikrokamera zur Aufnahme der Lippenbewegungen des Sprechers verbunden ist, die mittels der Sprachaufnahmeein­ heit in digitale Signale für die Bedieneinheit (1) umwandelbar sind.

14. Anlage nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ leitungen zwischen Bedieneinheit (1), Basiseinheit (2) und ggf. GPS-Antenne (3) und Mikrokamera als Lichtwellenleiter mit optoelektronischen Anschlußmitteln ausgebildet sind.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bedieneinheit (1) eine Infrarotschnittstelle ausgebildet ist.

16. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Berührungs- Bildschirm (11) der Bedieneinheit (1) ein Straßenkartenausschnitt abbildbar ist.

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Straßenkartenaus­ schnitt mittels Mobilkommunikation der Bedieneinheit (1) zuführbar ist.