WO2009071369A1 - Verfahren zur bestimmung einer route und vorrichtung dazu - Google Patents
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- WO2009071369A1 WO2009071369A1 PCT/EP2008/063749 EP2008063749W WO2009071369A1 WO 2009071369 A1 WO2009071369 A1 WO 2009071369A1 EP 2008063749 W EP2008063749 W EP 2008063749W WO 2009071369 A1 WO2009071369 A1 WO 2009071369A1
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- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
- G01C21/34—Route searching; Route guidance
- G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
- G01C21/3469—Fuel consumption; Energy use; Emission aspects
Definitions
- the invention is based on a method and a device according to the preamble of the independent claims.
- a fast route over the highway usually has a longer route than a short route, so more energy is needed to handle the longer route at higher speed during this lower engine run time.
- the short route is similar in that at much lower speeds, less energy is needed to move the vehicle, but the time to travel the route is longer and the number of acceleration times is greater. Since neither the travel time nor the route length correlate directly with the energy consumption, an optimal route in terms of travel time or route will generally not represent the optimum in terms of energy consumption.
- Current implementations for the determination of a low-energy route follow the approach, one Optimized route to a mixture of criteria short route and fast route to determine, which is believed that it tends to use less fuel than without this criteria mixture.
- EP 1 505 555 B1 a further development of the above-mentioned vehicle navigation system is described, in which additionally a time upper limit for the total travel time of the selected route is taken into account for determining the most fuel-efficient route, so that, as a result, a most fuel-efficient route is determined from the set of possible routes that do not exceed a maximum travel time. Furthermore, relative fuel consumption values are provided for gradient and gradient sections, so that an absolute fuel consumption for each partial section can be determined from a vehicle-specific average fuel consumption value and the topology-dependent relative values.
- Nodes of the map data are assigned which nodes commonly represent intersections, freeways and other traffic junctions in a traffic route network.
- acceleration-dependent consumption components can also be assigned to edges within which a change in speed is to be expected regularly, that is to say, for example, on sections with varying speed limits or for consideration of traffic disruptions which are obtained, for example, as coded traffic reports broadcast via broadcasting or the like.
- this part of the elements and / or further elements of the map data are assigned speed-dependent energy consumption value parts.
- an actual vehicle speed has a significant influence on the
- a driver information system which may also include an inventive navigation system for performing the method according to the invention, as well as to overcome the internal Friction of a running internal combustion engine, consumed.
- This base load falls predominantly in motion - A -
- the vehicle is therefore preferably assigned both to the edges representing the sections, so also the traffic nodes as intersections representing nodes.
- the route determination to be based on
- Energy consumption values for each particular element of the map data from this element information about a typical speed or typical speed differences and stored consumption shares determined. For example, based on a typical for a considered highway section speed of, for example
- Intersection at which a stop of the vehicle is to be expected, associated with an energy consumption, which results from a typical energy consumption for an acceleration process from a standstill to a speed of, for example, 50 km / h.
- vehicle-specific influencing factors such as type of vehicle (car, truck, ...), drive type, such as petrol, diesel, LPG, natural gas, ethanol or electric motor or hybrid drive, manual or automatic transmission, typical energy consumption values, tires Loading conditions and attachments, such as roof racks, trailers and the like and / or
- External event-dependent influencing variables such as weather conditions, messages about traffic-relevant events such as in particular traffic disruptions and / or
- driver-specific influences in particular a driving style of the driver (sporty / conservative / energy-saving) considered.
- a multidimensional characteristic map for the acceleration-dependent component which is also preferably determined for the speed-dependent energy consumption values, determines which of the respective acceleration-dependent and / or speed-dependent components / s of the energy consumption value is / are used.
- a time-dependent energy consumption value component it is preferable to associate the or at least some of the elements with a time-dependent energy consumption value component.
- a time-dependent basic energy consumption which is caused for example by the running even at a standstill internal combustion engine such as waiting times at intersections and other base loads, advantageously taken into account.
- the driving time results from a forecast of the total driving time on the basis of typical speed values for individual road sections or specific road classes.
- the invention can be advantageously implemented in a navigation device for motor vehicles. It is not limited to onboard navigation. In particular, solutions for route computers on the Internet are conceivable.
- FIG. 1 is a block diagram of a vehicle navigation system as an example of an arrangement for carrying out the method according to the invention
- Figure 2 is a diagram of the example of the relationship between vehicle speed and speed-dependent
- the reference numeral 1 denotes the arrangement according to the invention for carrying out the method according to the invention, here without limiting the generality of the invention using the example of a navigation system for permanent or at least temporary use in a motor vehicle, ie a vehicle navigation system.
- the navigation device 1 comprises, in a manner known per se, means 11 for self-locating and thus for determining a current vehicle location, for example a receiver for GPS satellite positioning signals, preferably additionally inertial sensors and the like, whereby the respective current location is determined from a combination of these signals.
- a destination Via an operating device 12, which preferably has control elements, a destination can be entered by the user.
- a route calculation module 13 which is preferably a software module that is processed by a computer of a central controller 10 of the navigation system 1, calculates a route from the current vehicle location to the entered destination via a traffic route network represented by map data 14 stored in a mass memory 14 becomes.
- the map data 14 includes elements, namely, edges representing road sections and nodes representing intersections, freeways, and other traffic nodes. These elements are assigned energy consumption values. In the case of the edges, these include one speed-dependent fraction resulting from an energy expenditure required to maintain a currently driven speed. This depends in particular on the currently driven speed itself. This will be discussed in more detail later. Furthermore, the node energy consumption values are also assigned. These include here an acceleration-dependent portion which results from the energy expenditure for accelerating the vehicle from a first speed, for example standstill, to a second speed. This proportion is dependent on numerous parameters, which will be discussed later.
- nodes can also be provided, for example, within sections of sections at locations where, for example, a speed limit on a motorway is canceled, so that acceleration processes at this point can advantageously be considered directly as acceleration.
- nodes can also be provided, for example, within sections of sections at locations where, for example, a speed limit on a motorway is canceled, so that acceleration processes at this point can advantageously be considered directly as acceleration.
- especially nodes can also be provided, for example, within sections of sections at locations where, for example, a speed limit on a motorway is canceled, so that acceleration processes at this point can advantageously be considered directly as acceleration.
- especially nodes can also be provided, for example, within sections of sections at locations where, for example, a speed limit on a motorway is canceled, so that acceleration processes at this point can advantageously be considered directly as acceleration.
- especially nodes can also be provided, for example, within sections of sections at locations where, for example, a speed limit on a motorway is canceled, so that acceleration processes at this point can advantageous
- Energy consumption value shares are assigned, which result from a basic consumption at standstill of the vehicle.
- a modern-day car consumes about 0.5 liters of gasoline per hour at a standstill, for example in front of a traffic light or a railroad crossing.
- This basic consumption results from the friction losses to be overcome in the engine and, moreover, the energy demand in the vehicle operated electrical consumers, a driver information system, which also includes the navigation system, a comfort equipment, such as a seat heating and interior air conditioning and, for example, the engine control.
- the route calculation takes place in such a way that a route is determined with the lowest possible energy consumption.
- the exact mode of operation will be explained in more detail later and is essentially based on the fact that the calculation process takes place according to, for example, Ford Moore or Dijkstra via the energy consumption values instead of the route segment lengths, for example for the criterion shortest route.
- the calculated route is stored in a route memory 18 and based on a subsequent route guidance, which is determined in the course of the movement of the vehicle whose current location and aligned with the route and, if necessary, guidance instructions for following the route generated and, for example, as synthesized speech via an output device 16 be issued acoustically.
- the route can also be displayed, for example, on a display 19 in a map representation.
- the navigation system 1 further advantageously has a statistics component
- This statistical component 101 which is implemented as a software module by the computer 10.
- This statistical component 101 has the task to record energy-relevant data during operation of the vehicle and to adjust values stored in a parameter memory 17 according to the collected data according to standard statistical methods. For example, the evaluates
- Statistics component 101 from a respective current vehicle speed and sets them to, for example, the road class of the currently traveled road in relation.
- the navigation system or in its parameter memory 17 it is possible to adapt the navigation system or in its parameter memory 17 to preferences of the driver regarding a speed on a road of a particular road class.
- energy consumption value shares for certain route sections or nodes can also be detected and statistically processed. For example, in this way the driving style, sporty, defensive, consumption-optimized or the like, of the vehicle driver and its influence on the energy consumption can be mapped onto the stored information.
- TMC traffic reports in accordance with ISO 14819, which are obtained, for example, via a radio receiver 15, can also be taken into account for the route calculation.
- the stored energy consumption values are changed as a function of the traffic reports received for the affected sections of the route.
- the degree of change is preferably dependent on the nature of the Fault event and its extent or alternatively the effects of the event on the traffic flow controlled.
- the routes should be able to be determined with regard to various optimization criteria, eg. As the travel time, route or as in the present case, the energy consumption.
- various optimization criteria eg. As the travel time, route or as in the present case, the energy consumption.
- the criteria values to be optimized are described by an abstract resistor.
- the digitized traffic route network used for the route calculation is regularly represented by nodes and edges.
- the edges represent the traffic route sections (road sections) and the nodes the traffic nodes
- the transitions in the node resistors are assigned.
- the edge resistance describes the travel time or distance of the edge. Within a node usually no distance is covered, so that a travel time or route does not arise. Instead, the node resistance essentially describes the maneuver to get from the input to the output edge of the node.
- the basis for the energy-optimized route is the determination of the probable energy consumption for each possible route.
- the energy consumption for maintaining the travel speed on the route is essential for the energy consumption. Assuming a nearly constant speed, the counteracting
- another physical aspect is essential, namely the acceleration.
- the energy expenditure required to accelerate the vehicle from a first speed, for example from a stationary position, to a second speed is to be considered.
- EV total distance ⁇ EV B + ⁇ EV S + EV T / 2 /
- the energy consumption component for acceleration processes is a function f ⁇ c (a)
- Vehicle a type of drive, a typical energy consumption and of
- the energy consumption fraction for holding a current driving speed is a function f E c (v) depending on the type of vehicle, a type of drive, a typical energy consumption, a tire and attachments and the like, road-specific characteristics, namely in particular a slope and external influences, such as the weather conditions.
- the relationship according to FIG. 2 results. Accordingly, the energy consumption first decreases with increasing speed.
- the instantaneous energy consumption f E v (a) can be described by a function of the acceleration. Based on a constant acceleration results in the acceleration process energy consumption according to the following formula.
- ⁇ f EV ⁇ a) - ⁇ Fmal a fM
- the function of the instantaneous energy consumption includes the dependencies with respect to the acceleration described in the table above and shown in the table.
- the corresponding relationships between the parameters can preferably be represented by tables due to the complex relationships. They are preferably announced to the system initially and can be adapted successively by a statistical component.
- intersections and road changes The influence of intersections and road changes is described by the speed differences at these locations.
- Driving maneuvers can be set for the resistance of the probability of the required acceleration process. So with a left turn is more likely to slow down and accelerated again, as in other maneuvers.
- the waiting times typical for certain maneuvers are taken into account by the probability function p (M) as a function of the maneuver.
- the instantaneous energy consumption can be described by a function of the speed. Starting from a constant speed results in an energy consumption along the route according to the following
- the function of the current energy consumption includes the speed dependencies shown in the table and described above.
- the corresponding relationships between the parameters can preferably be represented by tables due to the complex relationships. They are announced to the system Initial and can be adapted successively by a statistical component.
- the influence of bends and traffic disturbances along the route must be described by additional acceleration processes. It is usually slowed down before corners and it must be accelerated again afterwards. This fact takes into account the additional energy consumption according to the following formula.
- the energy consumption to cover the distance corresponds to the resistance in the route calculation.
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Abstract
Vorgeschlagen werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Route von einem Start- zu einem Zielpunkt, wobei eine hinsichtlich des Energieverbrauchs optimierte Route bestimmt wird, wozu zumindest einem Teil der Elemente der ein Verkehrswegenetz abbildenden Kartendaten, auf deren Grundlage die Bestimmung der Route erfolgt, Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, die einen beschleunigungsabhängigen Anteil aufweisen. sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat den Vorteil, dass eine Routenbestimmung mit dem Ziel eines möglichst geringen Gesamtenergieverbrauchs verbessert wird.
Description
Verfahren zur Bestimmung einer Route und Vorrichtung dazu
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche aus.
Aktuelle Navigationssysteme ermöglichen die Bestimmung von Routen, welche hinsichtlich bestimmter Kriterien ein Optimum darstellen, wie beispielsweise kürzeste Fahrzeit oder Fahrstrecke. Zusätzlich können bestimmte Routenabschnitte von der Routenbestimmung ausgenommen werden, wie beispielsweise Tunnel, Mautstraßen oder Fähren. Des Weiteren kann durch die Berücksichtigung von digital codierten und beispielsweise gemäß ISO 14819 über Rundfunk übertragenen Verkehrsmeldungen eine jeweils aktuelle Verkehrslage, das heißt insbesondere aktuelle Verkehrsstörungen bei der Routenbestimmung berücksichtigt werden.
Eine schnelle Route über die Autobahn weist gegenüber einer kurzen Route meist eine längere Fahrstrecke auf, sodass während dieser geringeren Motorlaufzeit dennoch mehr Energie zur Bewältigung der längeren Strecke bei höherer Geschwindigkeit benötigt wird. Für die kurze Route lässt sich umgekehrt ähnliches feststellen, da bei meist geringeren Geschwindigkeiten zwar weniger Energie für die Bewegung des Fahrzeugs benötigt wird, jedoch die Zeit für das Zurücklegen der Strecke länger und auch die Anzahl der Beschleunigungsvorgänge größer ist. Da weder die Fahrzeit, noch die Streckenlänge mit dem Energieverbrauch direkt korrelieren, wird eine hinsichtlich der Reisezeit oder Fahrstrecke optimale Route in der Regel nicht das Optimum bezüglich des Energieverbrauchs darstellen. Aktuelle Realisierungen zur Bestimmung einer energieverbrauchsgünstigen Route verfolgen den Ansatz, eine
optimierte Route hinsichtlich einer Mischung der Kriterien kurze Route und schnelle Route zu ermitteln, wobei angenommen wird, dass damit tendenziell weniger Kraftstoff verbraucht als ohne diese Kriterienmischung.
Aus der DE 196 05 458 Cl ist ein Fahrzeugnavigationssystem bekannt, das eine
Mehrzahl von alternativen Routen von einem Ausgangs- zu einem Zielort bestimmt und aus diesen alternativen Routen diejenige für eine Zielführung auswählt, für die der Kraftstoffverbrauch am geringsten ist. Zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs einer jeden der alternativen Routen werden die auf diesen Routen zu überwindenden Höhendifferenzen ausgewertet, wobei ein direkter
Zusammenhang zwischen Kraftstoffverbrauch und zu überwindender Höhendifferenz angenommen wird.
In der EP 1 505 555 Bl ist eine Weiterentwicklung des obengenannten Fahrzeugnavigationssystems beschrieben, bei dem zur Bestimmung der verbrauchsgünstigsten Route zusätzlich eine zeitliche Obergrenze für die Gesamtfahrzeit der ausgewählten Route berücksichtigt wird, so dass im Ergebnis eine verbrauchsgünstigste Route aus der Menge der möglichen Routen bestimmt wird, die eine maximale Fahrzeit nicht überschreiten. Weiter werden relative Kraftstoffverbrauchswerte für Steigungs- und Gefällestrecken vorgesehen, so dass ein jeweils absoluter Kraftstoffverbrauch für eine Teilstrecke aus einem fahrzeugspezifischen Durchschnittsverbrauchswert und den topologieabhängigen Relativwerten bestimmbar ist .
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat den Vorteil, dass eine Routenbestimmung mit dem Ziel eines möglichst geringen Gesamtenergieverbrauchs verbessert wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass zumindest einem Teil der Elemente der ein Verkehrswegenetz abbildenden Kartendaten, auf deren Grundlage die
Bestimmung der Route erfolgt, Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, die einen beschleunigungsabhängigen Anteil aufweisen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Beschleunigungsvorgänge einen Energieverbrauch beim Befahren einer Route den Gesamtenergieverbrauch maßgeblich beeinflussen. Bevorzugt werden beschleunigungsabhängige Verbrauchsanteile insbesondere
Knoten der Kartendaten zugewiesen, welche Knoten gemeinhin Kreuzungen, Autobahnauffahrten und andere Verkehrsknotenpunkte in einem Verkehrswegenetz repräsentieren.
Bevorzugt können beschleunigungsabhängige Verbrauchsanteile auch Kanten zugeordnet werden, innerhalb derer eine Geschwindigkeitsänderung regelmäßig zu erwarten ist, also beispielsweise auf Streckenabschnitten mit wechselnden Geschwindigkeitsbegrenzungen oder etwa zur Berücksichtigung von Verkehrsstörungen, die beispielsweise als über Rundfunk ausgestrahlte codierte Verkehrsmeldungen erhalten werden oder dergleichen mehr.
Vorzugsweise werden diesem Teil der Elemente und/oder weiteren Elementen der Kartendaten geschwindigkeitsabhängige Energieverbrauchswert-Anteile zugeordnet. Neben Beschleunigungsvorgängen hat nämlich insbesondere auch eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit einen erheblichen Einfluss auf den
Energieverbrauch entlang einer Route. Hier wirken sich insbesondere eine Getriebeübersetzung bzw. die Zahl der Verbrennungsvorgänge pro Strecke, daneben insbesondere der Luftwiderstand und Rollwiderstand aus.
Weiterhin werden vorzugsweise diesem Teil der Elemente und/oder weiteren
Elementen der Kartendaten Grund- Energieverbrauchswert- Anteile zugeordnet. So wird auch bei Stillstand des Fahrzeugs Energie beispielsweise zum Betreiben von elektrischen Verbrauchern, wie insbesondere einer Komfortausstattung, wie Innenraum-Klimatisierung, Sitzheizung und dergleichen, eines Fahrerinformationssystems, das auch ein erfindungsgemäßes Navigationssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen kann, sowie zur Überwindung der inneren Reibung einer laufenden Brennkraft-Antriebsmaschine, verbraucht. Diese Grundlast fällt zum überwiegenden Anteil auch bei Bewegung
- A -
des Fahrzeugs an und ist daher bevorzugt sowohl den die Streckenabschnitte repräsentierenden Kanten, also auch die Verkehrsknotenpunkte wie Kreuzungen repräsentierenden Knoten zugeordnet.
Vorteilhaft werden die der Routenbestimmung zugrunde zu legenden
Energieverbrauchswerte für jeweils ein bestimmtes Element der Kartendaten aus diesem Element zugeordneten Informationen über eine typische Geschwindigkeit bzw. typische Geschwindigkeitsdifferenzen und dazu gespeicherten Verbrauchsanteilen bestimmt. Beispielsweise wird auf Grundlage einer für einen betrachteten Autobahnabschnitt typischen Geschwindigkeit von beispielsweise
130 km/h aus einer Tabelle oder einem Kennfeld ein dieser Geschwindigkeit zugeordneten Kraftstoffverbrauch von beispielsweise 6 Liter pro 100 km ausgelesen und dieser Wert mit der Länge des Streckenabschnitts multipliziert, woraus sich der geschwindigkeitsabhängige Anteil des Kraftstoffverbrauchs für diesen Streckenabschnitt ergibt. Beispielsweise wird einer innerstädtischen
Kreuzung, an der ein Stopp des Fahrzeugs zu erwarten ist, ein Energieverbrauch zugeordnet, der sich aus einem typischen Energieverbrauch für einen Beschleunigungsvorgang aus dem Stand auf eine Geschwindigkeit von beispielsweise 50 km/h ergibt.
Vorteilhaft werden bei den beschleunigungsabhängigen Anteilen der Energieverbrauchswerte weitere Einflussgrößen, wie insbesondere
- fahrzeugspezifische Einflussgrößen, wie etwa Art des Fahrzeugs (Pkw, Lkw, ...), Antriebsart, wie Otto-, Diesel-, Autogas-, Erdgas-, Ethanol- oder Elektromotor oder Hybridantrieb, Handschalt- oder Automatikgetriebe, typische Energieverbrauchswerte, Bereifung, Beladungszustände und Anbauten, wie Dachgepäckträger, Anhänger und dergleichen und/oder
- äußere ereignisabhängige Einflussgrößen, wie Wetterverhältnisse, Meldungen über verkehrsrelevante Ereignisse wie insbesondere Verkehrsstörungen und/oder
- fahrerspezifische Einflüsse, wie insbesondere ein Fahrstil des Fahrzeugführers (sportlich / konservativ / energiesparend)
berücksichtigt.
Vorteilhaft wird zur Berücksichtigung der genannten oder zusätzlicher weiterer Einflussgrößen ein mehrdimensionales Kennfeld für den beschleunigungsabhängigen Anteil, in Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise auch für die geschwindigkeitsabhängigen Energieverbrauchswerte bestimmt, welche/s der Bestimmung des jeweiligen beschleunigungsabhängigen und/oder der/s geschwindigkeitsabhängigen Anteile/s des Energieverbrauchswerts zugrunde gelegt wird/werden.
Daneben wird vorzugsweise den oder zumindest einem Teil der Elemente zusätzlich ein zeitabhängiger Energieverbrauchswert-Anteil zugeordnet. So wird auch ein zeitabhängiger Grundenergieverbrauch, der beispielsweise durch den auch im Stillstand laufenden Verbrennungsmotor etwa bei Wartezeiten an Kreuzungen und andere Grundlasten verursacht wird, vorteilhaft berücksichtigt.
Die Fahrzeit ergibt sich dabei aus einer Prognose der Gesamtfahrzeit anhand typischer Geschwindigkeitswerte für einzelne Streckenabschnitte oder bestimmte Straßenklassen.
Die Erfindung kann vorteilhaft in einem Navigationsgerät für Kraftfahrzeuge implementiert werden. Sie ist aber nicht auf Onboardnavigation beschränkt. Es sind insbesondere Lösungen für Routenrechner im Internet denkbar.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugnavigationssystems als Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 2 ein Diagramm, aus dem beispielhaft der Zusammenhang zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit und geschwindigkeitsabhängigem
Energieverbrauchsanteil hervorgeht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung am Beispiel eines Navigationssystems zur dauerhaften oder zumindest temporären Verwendung in einem Kraftfahrzeug, also ein Fahrzeugnavigationssystem.
Das Navigationsgerät 1 umfasst in an sich bekannter Weise Mittel 11 zur Eigenortung und damit zur Bestimmung eines aktuellen Fahrzeugstandorts, beispielsweise einen Empfänger für GPS-Satellitenortungssignale, bevorzugt zusätzlich Inertialsensoren und dergleichen mehr, wobei aus einer Verknüpfung dieser Signale der jeweils aktuelle Standort bestimmt wird. Über eine Bedieneinrichtung 12, welche vorzugsweise über Bedienelemente verfügt, kann vom Benutzer ein Fahrziel eingegeben werden. In der Folge berechnet ein Routenberechnungsmodul 13, welches vorzugsweise ein Softwaremodul ist, das von einem Rechner einer zentralen Steuerung 10 des Navigationssystems 1 abgearbeitet wird, eine Route vom aktuellen Fahrzeugstandort zum eingegebenen Fahrziel über ein Verkehrswegenetz, welches durch in einem Massenspeicher 14 gespeicherte Kartendaten 14 repräsentiert wird.
Die Kartendaten 14 umfassen Elemente, nämlich Kanten, die Straßenabschnitte repräsentieren und Knoten, die Kreuzungen, Autobahnauffahrten und andere Verkehrsknoten repräsentieren. Diesen Elementen sind Energieverbrauchswerte zugeordnet. Im Falle der Kanten umfassen diese einen
geschwindigkeitsabhängigen Anteil, der sich aus einem Energieaufwand ergibt, der zum Halten einer aktuell gefahrenen Geschwindigkeit erforderlich ist. Dieser ist insbesondere von der aktuell gefahrenen Geschwindigkeit selbst abhängig. Hierauf wird an späterer Stelle näher eingegangen. Weiter sind auch den Knoten Energieverbrauchswerte zugeordnet. Diese umfassen hier einen beschleunigungsabhängigen Anteil, der sich aus dem Energieaufwand zum Beschleunigen des Fahrzeugs von einer ersten Geschwindigkeit, beispielsweise Stillstand, auf eine zweite Geschwindigkeit ergibt. Auch dieser Anteil ist von zahlreichen Parametern abhängig, worauf später eingegangen wird.
Vorzugsweise können Knoten auch beispielsweise innerhalb von Streckenabschnitten an Stellen vorgesehen werden, an denen etwa eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf einer Autobahn aufgehoben wird, so dass auch Beschleunigungsvorgänge an dieser Stelle vorteilhaft direkt als Beschleunigung berücksichtigt werden könne. Darüber hinaus können insbesondere Knoten auch
Energieverbrauchswert-Anteile zugeordnet werden, die sich aus einem Grundverbrauch bei Stillstand des Fahrzeugs ergeben. Bei laufendem Motor verbraucht ein heutiger Pkw im Stillstand beispielsweise vor einer Ampel oder einem Bahnübergang ca. 0,5 Liter Benzin pro Stunde. Dieser Grundverbrauch ergibt sich aus den zu überwindenden Reibungsverlusten im Motor und darüber hinaus dem Energiebedarf im Fahrzeug betriebener elektrischer Verbraucher, eines Fahrerinformationssystems, welches unter anderem auch das Navigationssystem umfasst, einer Komfortausstattung, wie etwa einer Sitzheizung und Innenraum- Klimatisierung sowie beispielsweise der Motorsteuerung.
Erfindungsgemäß erfolgt die Routenberechnung derart, dass eine Route mit kleinst möglichem Energieverbrauch bestimmt wird. Die exakte Funktionsweise wird an späterer Stelle genauer ausgeführt und basiert im wesentlichen darauf, dass der Berechnungsvorgang nach beispielsweise Ford- Moore oder Dijkstra über die Energieverbrauchswerte anstelle der beispielsweise beim Kriterium kürzeste Route Streckenabschnittslängen erfolgt.
Die berechnete Route wird in einem Routenspeicher 18 abgelegt und einer nachfolgenden Zielführung zugrunde gelegt, wobei im Zuge der Fortbewegung des Fahrzeugs dessen jeweils aktueller Standort bestimmt und mit dem Routenverlauf abgeglichen wird und bedarfsweise Zielführungshinweise zum Befolgen der Route erzeugt und beispielsweise als synthetisierte Sprache über eine Ausgabeeinrichtung 16 akustisch ausgegeben werden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Route beispielsweise auf einem Display 19 in einen Kartendarstellung eingezeichnet dargestellt werden.
Das Navigationssystem 1 weist weiterhin vorteilhaft eine Statistikkomponente
101 auf, die als Softwaremodul realisiert vom Rechner 10 abgearbeitet wird. Diese Statistikkomponente 101 hat die Aufgabe, im Betrieb des Fahrzeugs energieverbrauchsrelevante Daten zu erfassen und in einem Parameterspeicher 17 hinterlegte Werte entsprechend den erfassten Daten nach gängigen statistischen Verfahren anzupassen. Beispielsweise wertet die
Statistikkomponente 101 eine jeweils aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit aus und setzt diese zu beispielsweise der Straßenklasse der aktuell befahrenen Straße in Bezug. Somit ist es möglich, das Navigationssystem bzw. in dessen Parameterspeicher 17 an Vorlieben des Fahrzeugführers betreffend eine Geschwindigkeit auf einer Straße einer bestimmten Straßenklasse anzupassen.
Ebenso können auch Energieverbrauchswert-Anteile für bestimmte Streckenabschnitte oder Knoten erfasst und statistisch verarbeitet werden. Beispielsweise kann auf diese Weise der Fahrstil, sportlich, defensiv, verbrauchsoptimiert oder dergleichen, des Fahrzeugführers und dessen Einfluss auf den Energieverbrauch auf die gespeicherten Informationen abgebildet werden.
Bei diesem Navigationsgerät 1 können für die Routenberechnung auch beispielsweise über einen Rundfunkempfänger 15 erhaltene, beispielsweise sogenannte TMC-Verkehrsmeldungen gemäß ISO 14819, berücksichtigt werden.
Dazu werden die gespeicherten Energieverbrauchswerte in Abhängigkeit der erhaltenen Verkehrsmeldungen für die betroffenen Streckenabschnitte verändert. Das Maß der Veränderung wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit der Art des
Störungsereignisses und dessen Ausdehnung oder alternativ der Auswirkungen des Ereignisses auf den Verkehrsfluss gesteuert.
Allgemeine Grundlagen der Routenberechnung in heutigen Navigationssystemen
Bei einer Routenberechnung sollen die Routen hinsichtlich verschiedener Optimierungskriterien bestimmt werden können, z. B. der Reisezeit, Fahrstrecke oder wie im vorliegenden Fall der Energieverbrauch. Um das eigentliche Opti- mierungsverfahren vom Kriterium unabhängig zu gestalten, werden die zu optimierenden Kriterienwerte durch einen abstrakten Widerstand beschrieben.
Das für die Routenberechnung verwendete digitalisierte Verkehrswegenetz wird regelmäßig durch Knoten und Kanten repräsentiert. Dabei stellen die Kanten die Verkehrswegeabschnitte (Straßenabschnitte) und die Knoten die Verkehrsknoten
(Kreuzungen) dar. Zumindest den Kanten, in bevorzugter Ausgestaltung auch den Übergängen in den Knoten sind dabei Widerstände zugeordnet. Der Kantenwiderstand beschreibt dabei die Reisezeit oder Strecke der Kante. Innerhalb eines Knotens wird zumeist keine Strecke zurückgelegt, sodass sich eine Reisezeit oder Fahrtstrecke nicht ergibt. Stattdessen beschreibt der Knotenwiderstand im Wesentlichen das Manöver um von der Eingangs- zur Ausgangskante des Knotens zu gelangen.
Die Summe der Widerstände der auf einer Strecke passierten Kanten und Knoten ergibt den Gesamtwiderstand der Strecke.
M
-K-Gesamtstrecke 2^ Kante 2^ Knoten 1 1
Bei der Optimierungsprüfung der Routenberechnung wird eine mögliche neue Strecke mit einer alten, zuvor bestimmten Strecke zum Ziel hinsichtlich ihres
Widerstands verglichen. Es wird eine Optimierung durchgeführt, falls die neue Strecke einen besseren Widerstand als die alte aufweist. Dabei wird die neue
Strecke als Route weiter verwendet und ersetzt die alte. Ansonsten wird die alte weiter verwendet und die neue verworfen.
Grundlagen der energieverbrauchsoptimierten Route
Basis für die energieverbrauchsoptimierte Route ist die Bestimmung des wahrscheinlichen Energieverbrauchs je möglicher Strecke. Für das Zurücklegen einer Strecke ist für den Energieverbrauch der Energieverbrauch für das Halten der Fahrgeschwindigkeit auf der Strecke wesentlich. Unter der Annahme einer nahezu konstanten Geschwindigkeit, müssen die entgegenwirkenden
Bremseffekte (Rollreibung, Luftwiderstand u. ä.) durch kontinuierliche Energiezufuhr überwunden werden.
Daneben ist ein weiterer physikalischer Aspekt wesentlich, nämlich die Beschleunigung. Zu betrachten ist dabei der Energieaufwand, der erforderlich ist, um das Fahrzeug von einer ersten Geschwindigkeit, beispielsweise aus dem Stand, auf eine zweite Geschwindigkeit zu beschleunigen.
Für die gesamte Strecke ergibt sich somit ein Energieverbrauch aus der Summe der Verbrauche für den Beschleunigungsanteil und dem zum Halten der
Geschwindigkeit auf der Strecke.
M
EVGesamtstrecke = ∑EVB +∑EVS + EVT /2/
1 1
Diese beiden Aspekte werden durch äußere Einflüsse unterschiedlich beeinflusst, wobei der Berücksichtigung dieser Einflüsse beispielhaft die nachstehende Tabelle zugrunde gelegt wird.
X Nur indirekt über die Geschwindigkeit
Demnach ist beispielsweise der Energieverbrauchsanteil für Beschleunigungsvorgänge eine Funktion fεc(a)
- fahrerspezifischer Einflüsse, nämlich abhängig vom Fahrstil des Fahrers, fahrzeugspezifischer Einflüsse, nämlich abhängig von der Art des
Fahrzeugs, einer Antriebsart, eines typischen Energieverbrauchs und von
Anbauten und dergleichen, und äußerer Einflüsse, wie der Wetterverhältnisse.
Demnach ist der Energieverbrauchsanteil für das Halten einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit eine Funktion fEc(v)
fahrzeugspezifischer Einflüsse, nämlich abhängig von der Art des Fahrzeugs, einer Antriebsart, eines typischen Energieverbrauchs, einer Bereifung und von Anbauten und dergleichen, straßenspezifischen Eigenschaften, nämlich insbesondere einer Steigung und äußerer Einflüsse, wie der Wetterverhältnisse.
Beispielsweise ergibt sich für den Energieverbrauchsanteil für das Halten der Geschwindigkeit auf ebener Strecke der Zusammenhang gemäß Figur 2. Demnach fällt der Energieverbrauch zunächst mit steigender Geschwindigkeit ab.
Dies resultiert daraus, dass bei sehr geringen Geschwindigkeiten kleiner beispielsweise 25 km/h kein nennenswerter Luftwiderstand aber hoher Rollwiderstand herrscht, das Fahrzeug aber in einem kleinen Gang und somit mit bezogen auf die zurückgelegte Strecke hoher Zahl an Verbrennungszyklen bewegt wird. In einem mittleren Geschwindigkeitsbereich von hier beispielsweise ca. 25 bis 60 km/h bleibt der geschwindigkeitsabhängige Energieverbrauchsanteil konstant niedrig. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt zwar der zur Überwindung des Luftwiderstandes erforderliche Energieaufwand, demgegenüber kann das Fahrzeug aber in einem größeren Gang bewegt werden, wodurch sich eine Einsparung an Energie ergibt. Diese beiden Effekte überlagern sich hier derart, dass sie sich gegenseitig aufheben. Ab einer Geschwindigkeit von hier beispielsweise 60 km/h steigt durch den zunehmenden Einfluss des Luftwiderstandes stetig an, ab ca. 100 km/h kann dieser Anstieg auch nicht durch weiteres Hochschalten kompensiert werden, so dass der Anstieg steiler wird.
Für Steigungs- oder Gefällestrecken sowie in Abhängigkeit der weiteren dargelegten Einflussgrößen ergeben sich ähnliche, in Details abweichende Verläufe. Die Summen dieser Verläufe können vorzugsweise als Kennfeld den Kartenelementen zugeordnet abgespeichert werden. Alternativ können in den
Kartendaten auch Verweise auf ein einziges gespeichertes Kennfeld oder aber Klassifizierungen zur Zuordnung eines bestimmten Ausschnitts oder Teils des Kennfeldes abgelegt sein. Wesentlich ist dabei, dass aufgrund der gespeicherten
Daten jedem Kartenelement, das in der Routenberechnung berücksichtigt wird, die wesentlichen Energieverbrauchsinformationen spezifisch zugeordnet werden können.
Beschleunigung
Der momentane Energieverbrauch fEv(a) kann durch eine Funktion der Beschleunigung beschrieben werden. Ausgehend von einer konstanten Beschleunigung ergibt sich für den Beschleunigungsvorgang ein Energieverbrauch entsprechend folgender Formel.
— v
EVB = t Start >
■ fEV{a) = -{ Fmal a fM
/3/
Dabei ist t die Zeit und v die Geschwindigkeit.
Die Funktion des momentanen Energieverbrauchs beinhaltet dabei die in oben beschriebenen und in der Tabelle dargestellten Abhängigkeiten bezüglich der Beschleunigung. Die entsprechenden Zusammenhänge zwischen den Parametern lassen sich aufgrund der komplexen Zusammenhänge vorzugsweise durch Tabellen abbilden. Sie werden dem System vorzugsweise initial bekannt gegeben und können durch eine Statistikkomponente sukzessive adaptiert werden.
Der Einfluss der Kreuzungen und Straßenwechsel wird durch die Geschwindigkeitsdifferenzen an diesen Stellen beschrieben. In Abhängigkeit vom
Fahrmanöver lässt sich für den Widerstand die Wahrscheinlichkeit für den erforderlichen Beschleunigungsvorgang festlegen. So muss bei einem Linksabbiegen mit größerer Wahrscheinlichkeit abgebremst und erneut beschleunigt werden, als bei anderen Manövern.
RB = p(M)- EVB = p(M) Final — v Start J a fM EV /4/
Die für bestimmte Manöver typischen Wartezeiten werden durch die Wahrscheinlichkeitsfunktion p(M) in Abhängigkeit des Manövers berücksichtigt.
Halten der Geschwindigkeit auf der Strecke
Der momentane Energieverbrauch kann durch eine Funktion der Geschwindigkeit beschrieben werden. Ausgehend von einer konstanten Geschwindigkeit ergibt sich entlang der Strecke ein Energieverbrauch entsprechend folgender
Formel.
^ ' ~ t ' J EV \y Strecke ) ~ J EV V^ Strecke )
V Strecke j^j
Dabei ist S die Streckenlänge.
Die Funktion des momentanen Energieverbrauchs beinhaltet dabei die in der Tabelle dargestellten und oben beschriebenen Abhängigkeiten bezüglich der Geschwindigkeit. Die entsprechenden Zusammenhänge zwischen den Parametern lassen sich aufgrund der komplexen Zusammenhänge vorzugsweise durch Tabellen abbilden. Sie werden dem System Initial bekannt gegeben und können durch eine Statistikkomponente sukzessive adaptiert werden. Der Einfluss von Kurven und Verkehrsstörungen entlang der Strecke muss durch zusätzliche Beschleunigungsvorgänge beschrieben werden. Vor Kurven wird meist abgebremst und es muss im Anschluss erneut beschleunigt werden. Diesem Umstand trägt der zusätzliche Energieverbrauch entsprechend nachfolgender Formel Rechnung.
77 T/ S _ \V Strecke ~ V Kurve ) f ( Λ L V Kurve ~ J EV Ψ ) a /6/
Bei Verkehrsstörungen, wie z.B. Staus, ist zum einen die Durchschnittsgeschwindigkeit herabgesetzt und zum anderen kommt es aber zu zusätzlichen Brems- und Beschleunigungsvorgängen. Beide Effekte haben eine entgegen gesetzte Wirkung, zum einen sinkt und zum anderen steigt der Energieverbrauch aber.
rijrS Verkehrsstörung r ( 1 , V Strecke Verkehrsstörung 1 r i \ 1-7 j
^ ' Verkehrsstörung ~ J EV V Verkehrsstörung I "" J EV \a ) ' ' ' a
Hierbei muss dafür Sorge getragen werden, dass eine gestörte Strecke hinsichtlich des Energieverbrauchs nicht besser bewertet werden darf, auch wenn es mathematisch vielleicht korrekt wäre. Es wäre nicht verständlich, wenn ein bestimmter Streckenabschnitt ausschließlich gewählt wird, wenn dort eine Verkehrstörung vorliegt.
πyS — FV ' FSreier Verkehr w Wptrllmll ( \±F*, V V VSerkehrsstörung < ^ ^ FV ' FSreier Verkehr \ 1 inj h VStrecke, Verkehrsstorung = E VS (gyS < gyS )
^ ' Verkehrsstörung w ^1111 V^ ' Freier Verkehr — ^ r Verkehrsstörung )
Der Energieverbrauch zum Zurücklegen der Strecke entspricht dabei dem Widerstand bei der Routenberechnung.
R Gsesamt = EV GSesamt /9/
Claims
1. Verfahren zur Bestimmung einer Route von einem Start- zu einem Zielpunkt, wobei eine hinsichtlich des Energieverbrauchs optimierte Route bestimmt wird, wozu zumindest einem Teil der Elemente der ein Verkehrswegenetz abbildenden
Kartendaten, auf deren Grundlage die Bestimmung der Route erfolgt, Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, die einen beschleunigungsabhängigen Anteil aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diesem Teil der Elemente und/oder weiteren Elementen der Kartendaten zugeordneten Energieverbrauchswerte einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil zum Halten einer bestimmten Geschwindigkeit aufweisen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitabhängiger Grund- Energieverbrauchswert berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Berücksichtigung des zeitabhängigen Grund- Energieverbrauchswerts zumindest einem Teil der Elemente der Kartendaten, insbesondere Straßenkreuzungen, Lichtzeichenanlagen und dergleichen, Grund- Energieverbrauchswerte und/oder typische Wartezeiten, aus denen Grund- Energieverbrauchswerte ableitbar sind, zugeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Routenbestimmung zugrunde zu legenden Energieverbrauchswerte für jeweils ein bestimmtes Element der Kartendaten aus diesem Element zugeordneten Informationen über typische Geschwindigkeitsdifferenzen und dazu gespeicherten Verbrauchsanteilen bestimmt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Routenbestimmung zugrunde zu legenden Energieverbrauchswerte für jeweils ein bestimmtes Element der Kartendaten aus diesem Element zugeordneten Informationen über eine typische Geschwindigkeit und dazu gespeicherten Verbrauchsanteilen bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den beschleunigungsabhängigen Anteilen der Energieverbrauchswerte weitere Einflussgrößen, wie insbesondere - fahrzeugspezifische Einflussgrößen, insbesondere die Art des Fahrzeugs
Antriebsart, typische Energieverbrauchswerte, Bereifung, Beladungszustände und Anbauten und/oder
- äußere ereignisabhängige Einflussgrößen, insbesondere Wetterverhältnisse und/oder Meldungen über verkehrsrelevante Ereignisse und/oder - fahrerspezifische Einflüsse, insbesondere ein Fahrstil des Fahrzeugführers
Berücksichtigt werden.
8. Anordnung zur Bestimmung einer energieverbrauchsoptimierten Route von einem Start- zu einem Zielpunkt mit einer Steuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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