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Navigationssystem Lexikon

Navigationslexikon Inhaltsverzeichnis

Kraftfahrzeug-Navigationssysteme

Geschichte

1981 hat Honda in Kooperation mit Alpine Electronics erstmals ein Auto-Navigationssystem auf den Markt gebracht.Das erste serienmaeßige Navigationssystem in einem deutschen Auto gab es 1994 bei BMW 7er, Typ E38.

Mit dem Wegfall der gezielten Verschlechterung des GPS-Signals durch das US-Militaer im Jahre 2000 wurde die rein GPS-gestuetzte Navigation auch im PKW erschwinglich. Vor diesem Zeitpunkt betrug die Genauigkeit rund 100 m und dieser Wert war für eine praezise Navigation ohne zusaetzliche Hilfmittel (Radsensoren) vor allem in Stadtbereichen inakzeptabel. Seither draengen vermehrt Systeme auf den Markt, die entweder als reine Navigationssysteme fungieren oder als Erweiterung für sogenannte PDAs verfügbar sind. Diese Systeme arbeiten ausschließlich mit GPS als Datenquelle für die Positionsbestimmung. Da jedoch dieses Signal in Tunneln oder Haeuserschluchten unter Umstaenden nicht zur Verfuegung steht, müssen Maßnahmen getroffen werden, um einen kurzen Wegfall des Satellitenkontaktes ueberbruecken zu können.

Die Idealloesung bestuende in einer Inertial-Komponente, welche die Position nach Wegfall des Signals aufgrund der durch ein Traegheitssystem gewonnen Veraenderungen weiterfuehren könnte. Solche Systeme sind in Flugzeugen eingebaut (INS) und können dort zur völlig autonomen Navigation verwendet werden. Allerdings sind solche Systeme zum einen sehr teuer und zum anderen für Fahrzeuge mit einer hohen Dynamik in ihrer Bewegung (haeufiger Wechsel der Richtung und der Geschwindigkeit) nur mit hohem Aufwand genau genug.

Fest eingebaute Systeme in Kraftfahrzeugen (Werkseinbauten) ueberbruecken Bereiche ohne Satellitenkontakt zusaetzlich durch Radsensoren, welche Beschleunigungs- und Verzoegerungsvorgaenge relativ genau und Richtungswechsel mit hinreichender Genauigkeit nachfuehren können. Bei mobilen Geraeten muss dies die Software leisten. Faellt das Signal aus, dann gehen dies Systeme davon aus, dass der Fahrer sich an die vorgegebene Route haelt und seinen Fahrstil nicht aendert.

Die wesentliche Besonderheit bei KFZ-Navigationssystemen ist die Routenplanung, die in dieser Form und vor allem in dieser Komplexitaet weder in der Schifffahrt noch in der Luftfahrt so gefordert ist.

Navigationssysteme in Kraftfahrzeugen bringen eindeutig Vorteile, wenn auch eine gewisse Haeufung von Unfaellen zu beobachten ist, die auf Ablenkung des Fahrers durch die Bedienung des Gerätes beruhen. Untersuchungen haben ergeben, dass vor allem bei der Fahrt in unbekannten Staedten rund 50 % der Konzentration für das Ablesen von Wegweisern, das korrekte Einordnen und Kontrolle der eigenen Position und somit für die Navigation benoetigt wird. Zudem geht man davon aus, dass rund 30 % des Stadtverkehrs durch Personen verursacht wird, welche auf der Suche nach einer bestimmten Adresse oder einer Parkmoeglichkeit sind. Oftmals verleitet die Angst eine Abfahrt zu verpassen und nicht mehr zurueckzufinden insbesondere bei weniger geuebten Fahrern zu riskanten Fahrmanoevern (hastige Spurwechsel, starke Bremsmanoever, etc.) und steigert somit die Unfallgefahr.

Moderne Systeme empfangen zusaetzlich TMC oder TMCpro und berechnen bei Staus selbststaendig eine Umleitungsroute. Dies ist vor allem im Ausland sehr angenehm, da man die verlesenen Verkehrsmeldungen nicht mehr verstehen muss bzw. sie aufgrund einer einheitlichen internationalen Codierung auf dem System in der gewuenschten Sprache dargestellt werden können. Leider steht dieses Signal nicht in allen Laendern (kostenlos) zur Verfuegung.

Bauformen

Die aelteste Bauform von KFZ-Navigationssystemen sind sogenannte Werkseinbaugeraete. Seit Anfang der 90er Jahre bieten verschiedene Automobilhersteller KFZ-Navigationssysteme als Sonderausstattung an. Diese Systeme bestehen aus einer GPS-Antenne, die in der Regel am Dach des Kraftfahrzeuges montiert werden, einem Steuergerät, über das die Benutzereingaben getaetigt werden, einem Laufwerk mit dem das Kartenmaterial gelesen wird und mindestens einem Display über das die Fahrempfehlungen ausgegeben werden.

Bei älteren Geraeten befindet sich das Laufwerk und die Bedieneinheit im Kofferraum, die Fahrempfehlungen werden über ein kleines Display hinter dem Lenkrad, manchmal auch akustisch über das Autoradio gegeben.

Bei modernen Geraeten sind Laufwerk und Bedieneinheit oft im Autoradio integriert, das CD-Laufwerk kann manchmal sogar als CD-Player verwendet werden. Die Geraete sind oft hoeher als normale Autoradios (DIN-Schacht) und nutzen diese für bessere Bildschirme. Ausführungen mit Farbbildschirm (zum Beispiel das Radio Navigation System MFD) zeigen oft die Straßenkarte der naeheren Umgebung, waehrend Geraete mit Monochromdisplay meistens nur Pfeile als Symbol verwenden.

Der große Vorteil dieser Bauart ist, dass neben dem GPS-Signal oft auch andere Informationen wie beispielsweise Tachoimpuls oder Informationen von einem Richtungssensor zur Verfuegung stehen, die auch dann eine genaue Positionierung erlauben, wenn das GPS-Signal abgeschirmt oder gestoert ist.

Abgesehen davon, dass Werkseinbauten mit Abstand die teuersten Geraete sind, haben sie in der Regel den Nachteil, dass sie vom Kartenmaterial abhaengig sind, das der jeweilige Hersteller für dieses System vorsieht. In der Praxis bedeutet das, dass für die gaengigen Systeme dieser Bauart noch nicht einmal Kartenmaterial für alle EU-Staaten vorhanden ist.

Aufbau

Das eigentliche, auf Funknavigation basierende System ist dabei meist zweiteilig. Es besteht aus einer Empfangseinheit, die Signale von mehreren kodierten Sendern auf ihre Laufzeitverschiebung untersucht und aufgrund dieser Daten die Position berechnen kann. Die Notwendigkeit des Vorhandenseins mehrerer entfernter Sender besteht bei so genannten Inertialen Navigationssystemen nicht.

Die Berechnung ist sicher möglich, sobald drei Signale empfangen werden können. Wenn mehr Signale vorliegen, erhoeht dies die Praezision der Berechnung. Damit ergibt sich die geographische Position in Laengen- und Breitengrad, wobei die hoechste Genauigkeit heute etwa bei 10 Metern liegt. Ergaenzt wird das System durch einen elektronischen Kompass, so dass außer der Position auch die Richtung bekannt ist.

Die moegliche zweite Stufe eines Navigationssystems besteht darin, diese Daten in digitale Karten zu übertragen und somit auch die Umgebung darzustellen. Außerdem wird eine Zielfuehrung berechnet, wobei dies bedeutet, dass nicht die Luftline zwischen Ausgangsposition und Ziel angezeigt wird, sondern ein Weg, der mittels einem so genannten Routing bestimmt wurde.

In der Schifffahrt bedeutet dies z. B. das Herumleiten um Untiefen und Riffe bzw. das Einhalten von Fahrrinnen. Die komplexeste Anwendung ist allerdings der Straßenverkehr, da hier in der Regel eine Vielzahl von Straßen genutzt werden können, um ein Ziel zu erreichen, außerdem Bruecken, Einbahnstraßen, Sackgassen und aehnliches; es ist zusaetzlich die jeweils zu erwartende Durchschnittsgeschwindigkeit für die Berechnung zu beachten.

Historie

Die ersten Navigationssysteme waren dabei das sogenannte LORAN-C (Long Range Navigation), das zum Beginn des Zweiten Weltkrieges entwickelt wurde und ursprünglich als Navigationserleichterung für Kampfflugzeuge diente, sowie das ursprünglich "QM" genannte Decca, welches für die maritime Navigation eingesetzt wurde.

LORAN-C besteht aus 19 Sendestationen, die weltweit verteilt sind. Dabei dient eine Station als Hauptsender, die anderen als Nebensender. Aus der Zeitdifferenz der Signale kann die Position errechnet werden und mit einer Karte bestimmt werden.

Heute beruhen die meisten Systeme auf dem US-amerikanischen GPS Satellitennavigationssystem. Um unabhaengig davon zu werden, planen die ESA zusammen mit der Volksrepublik China, Indien, Kanada und Israel ein eigenes System namens Galileo.