CN108700425A - 用于运行包括车辆和车辆外部的计算装置的导航系统的方法、车辆和计算装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行包括车辆(2)和车辆外部的计算装置(3)的导航系统(1)的方法，其中，车辆侧的导航装置(5)从由计算装置(3)传送的、描述道路网的道路区段(24‑32)的道路网数据中确定包括至少一个道路区段(24‑32)的、从起始位置(33)到达目标位置(34)所需的道路区段序列，据此，在考虑了由计算装置(3)按照导航装置(5)的请求传送的道路区段信息的情况下，导航装置(5)检查道路区段序列对于车辆(2)的可通行性，并确定从判断为可通行的道路区段中得出的导航路线。

Description

用于运行包括车辆和车辆外部的计算装置的导航系统的方 法、车辆和计算装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行包括车辆/运输工具和车辆外部的计算装置的导航系统的方法。
背景技术
用于车辆的导航装置是长期已知的。导航装置通常包括数字式存储的地形学的地图和位置检测装置，因此可以实现在公共的公路网中进行导航。地形学的地图典型地包含所谓的值得注意的地点(Points of Interest)的坐标，该坐标可以描述洗车设施、工厂车间、加油站、餐馆或类似地点。由此虽然可以容易地计算通向这种值得注意的地点的导航路线，但是车辆由此通常仅到达相应地点的附近位置，例如到达入口。例如在加油站内部向确定的加油柱或甚至确定的加油枪的导航不能通过传统的导航装置实现，这是因为在车辆中通常不具有为此所需的、这种高分辨率的地形学的地图数据的存储容量。
如已提出的，在驶入停车楼时向车辆传送关于整个停车楼的详细的地图数据。在文献DE 10 2010 033 215 A1中公开了一种在使用车辆中的泊车系统的情况下辅助在停车楼中的泊车过程的方法。在此，在驶入时和/或在停留在停车楼中期间为泊车系统提供关于停车楼的信息，其中泊车系统通过分析处理所提供的有关停车楼的信息产生并输出用于车辆的控制数据，其中车辆基于该控制数据自动地运动穿过停车楼和/或控制数据作为导航指示向驾驶员输出。
但是这也需要向车辆传输关于停车楼的完整的、高分辨率的地形学的地图数据，这在车辆中一方面要求高的传输带宽并且另一方面要求预留足够的存储容量。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种以在计算装置和车辆之间较低的数据传输成本运行导航系统的方法。
为了实现上述目的，在一种开头所述的方法中根据本发明提出，车辆侧的导航装置从由计算装置传送的、描述道路网的道路区段的道路网数据中确定包括至少一个道路区段的、从起始位置起到达目标位置所需的道路区段序列/道路区段组，导航装置据此在考虑了按照导航装置的请求通过计算装置传送的道路区段信息的情况下，检查道路区段序列对于车辆的可通行性，并确定从判断为可通行的道路区段序列中得出的导航路线。
本发明基于如下考量，通过车辆侧的导航装置基于以多阶段的方式由计算装置向车辆传输的数据基础进行导航路线的确定，其中随着每个阶段提高数据基础的详细程度。导航装置为此可以首先请求特别是包括至少一个后端服务器的计算装置向导航装置传输道路网数据。该道路网数据优选包括至少部分地不存储在导航装置的数据载体上的、有关接下来要由车辆驶过的导航环境的地形学的信息。道路网数据可以将道路网描述为多个道路区段彼此间的关联。
计算装置可以向机动车传输所请求的道路网数据，据此导航装置从道路网数据中确定包括至少一个道路区段的道路区段序列，从起始位置起至到达目标位置需要或要求该道路区段序列。也就是说，导航装置搜索作为一个道路区段或一系列道路区段的道路区段序列，该一系列道路区段在道路网内部形成从起始位置到目标位置的可能的连接。当然也可以确定从起始位置出发可以到达目标位置的多个道路区段序列。特别是可以提出，车辆不在目标位置停留，而是驶过该目标位置。
随后，导航装置可以请求计算装置对于道路区段序列的至少一个道路区段向导航装置传输道路区段信息。道路区段信息比道路网数据更详细地描述道路区段。然后，计算装置可以向导航装置传输道路区段信息，据此导航装置在考虑了道路区段信息的情况下检查道路区段序列对于车辆的可通行性。对可通行性的检查特别是包括，检查与由道路区段信息描述的障碍物和/或边界的碰撞/冲突。如果道路区段序列被判断为可通行的、即无碰撞的或可避免碰撞的，则从中得出导航路线。
因此根本发明的方法多阶段地确定导航路线，其中在第一阶段中基于道路网数据进行单纯的可到达性检查，该道路网络数据由于只在道路区段之间形成关联而仅占用少量的存储容量或传输容量。在第二阶段中仅为相关的、即从属于道路区段序列的道路区段传输和处理详细得多的道路区段信息。因此避免了特别麻烦地传输用于整个道路网的道路区段信息，并与在传统的方法中的情况相比通过根据本发明的方法以小得多的数据传输成本实现了导航系统的运行。
在根据本发明的方法中可特别提出，导航装置请求计算装置传送道路网数据和/或道路区段信息并向计算装置传送描述车辆的至少一个特性的车辆信息，据此计算装置向导航装置传送经根据车辆信息过滤的道路网数据和/或道路区段信息。为了进一步降低数据传输成本，因此提出，在计算装置侧对要传输的道路网数据和/或道路区段信息进行预过滤。例如车辆信息可以描述车辆类别，例如乘用车、载重车、房车、带有挂车/挂斗的车辆，和/或车辆的外部尺寸。计算装置可以对要传输的道路网数据和/或道路区段信息早已在基于车辆信息被视为不可通行的道路区段方面进行过滤。然而优选在导航装置侧基于所传送的道路区段信息进行可通行性的最终的或精确的检查。
在根据本发明的方法中适宜地使用将道路网描述为图形的道路网数据，其中图形的边线/线条表示道路区段和/或图形的一个节点表示起始位置和/或图形的一个节点表示目标位置。将如下数据结构理解为图形：该数据结构表示多个对象(节点)连同存在于这些对象之间的连线(边线)且例如可通过邻接矩阵或邻接表来描述。特别是可以通过对边线和/或节点的列表进行描述的索引/目录来表示道路区段序列。将道路网表示为图形在此实现了特别紧凑的且节约数据的道路网描述，对于该道路网描述还原则上已知多种高性能的搜索算法，例如A*算法。在要求道路区段信息时，导航装置可以特别是通过使用对一条边线和/或至少一个节点进行描述的索引来访问道路区段。
在根据本发明的方法中优选还优选提出，使用如下的道路区段信息，这种道路区段信息描述道路区段的几何形状和/或对于车辆沿着道路区段的运动的限制和/或车辆沿着道路区段的参考轨迹，和/或包括有关在导航环境内部的定位特征的信息。道路区段的几何形状可以特别涉及道路区段的二维尺寸或三维尺寸，其中也可以反映出在道路区段的区域中的障碍物。特别是可以使用多边形导线测量来描述尺寸。限制可以特别描述不能通行或不允许驶过的区域和/或交通规则。由车辆在沿着道路区段运动时优选使用的轨迹可以特别设置为沿着道路区段序列的参考轨迹。特别是可以将参考轨迹选择为部分导航路线。定位特征可以例如是可由车辆的传感器检测的人工的或天然的标记。特别是可以使用道路区段信息作为用于导航路线的元数据。
在根据本发明的方法中还优选的是：导航装置在检查道路区段序列的可通行性时和/或在确定导航路线时还要考虑对特别是车辆尺寸和/或车辆的运动可能性加以描述的自身信息。以这种方式可以确定无碰撞或避免碰撞的导航路线。自身信息也可以与车辆信息相同。
在根据本发明的方法中此外特别适宜的是，导航装置多次请求计算装置传送道路区段信息。还可以提出，导航装置请求计算装置分别为作为下一个道路区段的、要被检查的道路区段传送道路区段信息。另选或附加地还可以多次请求计算装置为同一个道路区段分别传送不同的道路区段信息。也即可以按需求顺序地请求更详细的道路区段信息。在此还可以设置中断标准，例如当道路区段序列的道路区段被评估为不可通行时或达到用于道路区段的检查成本的极限时。
在根据本发明的方法中特别优选的是，使用对包括至少一个服务设施的服务站的道路网加以描述的道路网数据。服务站可以例如是具有至少一个作为服务设施的洗车位和/或至少一个作为服务设施的自动洗车线的洗车设施、具有至少一个作为服务设施的车间工位的工厂车间、具有至少一个作为服务设施的用于电动车辆的感应式充电装置的用于公共汽车和/或出租车的停车站、具有至少一个作为服务设施的支付位置的收费站、轮渡站、具有至少一个作为服务设施的免下车窗口的餐馆、具有至少一个作为服务设施的秤和/或至少一个作为服务设施的透视设备和/或至少一个作为服务设施的检验台的车辆或货物检查站、或景点。如上所述，车辆不必在服务设施处停留，这特别是在自动洗车线、感应式充电装置或透视设备处是这样的情况。导航装置还可以在请求计算装置传输道路网数据时向计算装置传输对至少一个由车辆乘员期望驶向的服务设施和/或乘员所期望的、由服务站的服务设施提供的服务加以描述的乘员信息，此时计算装置根据乘员信息选择要传输的道路网数据。优选还由计算装置向导航装置传输描述各个服务设施的占用情况的占用信息，其中可以在确定和/或检查道路区段序列时考虑占用信息。
服务设施的位置可以作为目标位置使用，或导航装置可以如此选择道路区段序列，使得车辆沿着服务设施被引导和/或被引导通过服务设施。后者特别是适用于如下情况：在洗车设施作为服务站时或在驶过感应式充电设备时或在穿过透视设备时。道路区段可以沿着服务站延伸或穿过服务站。
另选或附加地，为了确定与服务设施的到达有关的导航路线的至少一部分，由计算装置按导航装置的请求传送描述服务设施的服务设施信息。到达服务设施的导航路线的精确确定主要基于特别是几何特性或车辆动力学特性可以需要专门的算法，因此可以为此设置数据基础的另一详细级。例如，可在考虑了服务设施的区域中的特别的几何条件、特别是装载和卸载坡道的位置、升降台的位置或者试验台或校准台的位置、车辆类型、特别是乘员的偏好或特别是装载和卸载标准的情况下确定特定于车辆的到达服务设施的轨迹。另选或附加地还可以设想，可以确定一条或多条的路径以用于无碰撞地或避免碰撞地从道路区段上的一个位置到达服务设施。
还可以在根据本发明的方法中提出，导航装置确定多个可能的导航路线，并——特别是根据成本函数——进行评估。成本函数为导航路线分配用于车辆运动的成本值，并可以对为了到达最终位置的导航路线的路程、车辆的运动持续时间、燃料消耗和驾驶机动进行考虑或加权。因此可能的导航路线可以根据评估结果整理或排序。
此外，在根据本发明的方法中优选的是，为车辆的车道跟踪调节装置和/或轨迹规划装置提供对导航路线、特别是评估为最佳的导航路线或由车辆乘员选择的导航路线进行描述的导航路线数据。因此，导航装置可以从导航路线中或在确定了多个可能的导航路线的情况下从评估为最佳的导航路线中产生导航路线数据，导航装置优选至少用作为元数据的部分道路区段信息补充该导航路线数据。
最后在根据本发明的方法中可使用机动车或飞行器或无驾驶员的运输工具作为车辆。车辆可以自主地或半自主地运行。特别是在机动车中导航路线可以用于辅助驾驶员的辅助系统，该辅助系统产生用于驾驶机动车的导航指示。
本发明还涉及一种具有导航装置的车辆，其中车辆设计用于实施根据本发明的方法。
本发明还涉及一种计算装置，该计算装置设计用于实施根据本发明的方法。
根据本发明的方法的所有的实施形式可以类似地转用于根据本发明的车辆和根据本发明的计算装置，从而通过该车辆和计算装置也可以实现上述优点。
附图说明
从下面说明的实施例中以及根据附图得到本发明的其它优点和细节。附图是示意图并示出：
图1示出导航系统的实施例的原理简图，该导航系统包括根据本发明的车辆和根据本发明的计算装置；
图2示出在图1中示出的车辆的示例性的行驶状况的原理简图。
具体实施方式
图1示出包括车辆2和计算装置3的导航系统1的实施例的原理简图。
车辆2在此设计为自主运行的机动车，其中在另外的实施例中车辆2设计用于半自主地或仅被辅助地运行或是无驾驶员的运输系统或飞行器。车辆2具有通信装置4用于与计算装置3进行无线的数据通信，还具有与通信装置4连接的导航装置5。视觉和听觉的输出装置6和用于接收车辆乘员的手动操作输入和/或语音操作输入的输入单元7与导航装置连接。还设有轨迹规划装置8和布置在其后的车道跟踪调节装置9，它们使用导航装置5的导航路线数据来自动地横向或纵向控制车辆2。在仅半自主运行的车辆2中取消轨迹规划装置8。在辅助驾驶员运行的车辆2中从导航路线数据中产生能借助于输出单元6输出的导航指示。
车辆2通过通信装置4与包括一个或多个后端服务器的计算装置3无线连接。
图2示出车辆2的示例性行驶状况的原理简图，该车辆在公共的公路10上靠近具有四个服务设施12-15的服务站11。该服务站具有入口16和出口17以及多个不能通行的区域18-21。因此在服务站11内部从各个道路区段中得到道路网，这些道路区段中仅道路区段22-32设有附图标记，其中道路网通过存储在计算装置3中的道路网数据来描述。车辆2和计算装置3设计用于实施运行导航系统1的方法，下面借助行驶状况详细描述该方法的流程：
基于车辆2的乘员的操作输入或自动化的路线规划或行驶规划(其规定向服务站11的驶近)，导航装置5通过通信装置4向计算装置3传送请求以传送道路网数据。这种请求包括描述车辆2的特性的、关于车辆的车辆类别和外部尺寸的车辆信息。
计算装置3基于这种请求向导航装置5传送将道路网表述为图形的道路网数据，其中该图形的边线表示道路区段，图形的节点表示道路区段之间的连接。在此，图形的一个节点相当于在入口16处的起始位置33，一个节点相当于在服务站11的出口17处的目标位置34。计算装置3根据车辆信息过滤要传输的道路网数据，其中不传输道路区段21、22，这是因为基于车辆2的外部尺寸和车辆型号，计算装置3早已由于车辆不能通过区域20、21而提前判断出道路区段22的不可通行性。
导航装置5针对原则上可以到达服务设施12-14的可能的道路区段序列检查道路区段数据。为此导航装置5例如借助于A*算法在所传输的道路网数据上进行图形搜索，其中该导航装置确定原则上用于引领车辆2从起始位置33经过服务设施12-15之一到达目标位置34所需的多个道路区段序列。在此所确定的一个道路区段序列包括道路区段24-28，另一道路区段序列包括道路区段24、29-32、27、28。所确定的其它道路区段序列由于清晰性原因不一一示出。如此确定的道路区段序列是用于确定多个从起始位置33到目标位置34的可能的导航路线的基础。作为结果，对于每个道路区段序列存在有被排序的道路区段24-32列表。
随后导航装置5顺序地请求计算装置3传送对所确定的道路区段序列的道路区段24-32进行描述的道路区段信息。该道路区段信息描述道路区段24-32的几何形状、对于车辆2运动的限制(如特别是交通规则)、车辆2沿着道路区段22-28的参考轨迹，并包括有关在服务站11内部的、能由车辆2的传感器检测到的定位特征的信息。因此，道路区段信息比道路网数据详细得多地描述各个道路区段。随后，与道路区段数据类似地，计算装置3在考虑车辆信息的情况下以如此方式过滤所传输的道路区段信息，即仅传输与车辆2的车辆型号和外部尺寸相关的道路区段信息。计算装置3还传送描述服务设施12-15的占用情况的占用信息，从该占用信息中得到占用服务设施12-15的时间段。同样向导航装置5传输与在服务站11中对于车辆2的仅在时间上存在的障碍相关的信息。
然后，在考虑了道路区段信息、占用信息和关于时间上存在的障碍的其它信息的情况下，导航装置5以如此方式为道路区段序列检查其对于车辆2的可通行性，即避免车辆2在服务站11内部发生冲突。为此导航装置5评估对各个道路区段24-32的几何形状进行描述的道路区段信息，该道路区段信息将可用的运动空间表述为三维的多边形导线测量，其中导航装置5还额外考虑与车辆2的尺寸和车辆的运动可能性相关的自身信息。
在检查可通行性时，导航装置5顺序地为每个下一个要检查其可通行性的道路区段24-32请求计算装置3传送道路区段信息。如果可通行性的检查需要比已经传送了的道路区段信息更详细的道路区段信息，则导航装置5为相应道路区段24-32再次、必要时多次请求计算装置3传送不同的道路区段信息。在此提出中断标准，该中断标准评估用于检查可通行性的时间成本，并在必要时终止对进一步的道路区段信息的请求。从中得到判断为可通行的道路区段序列、即可能的导航路线。
之后，导航装置5请求计算装置3确定服务设施信息。该服务设施信息描述各个服务设施12-15的详细的几何情况和障碍。因此，服务设施信息比道路区段信息更加详细。如果服务设施12-15例如是车间工位或充电装置，则服务设施信息精确地描述升降台或试验台或校准台以及装载或卸载坡道的位置。导航装置5然后在考虑了服务设施信息的情况下为相应可能的导航路线的与到达服务设施12-15有关的部分确定一条准确的、可能情况下多条的轨迹。
导航装置5根据对车辆2沿着道路区段序列运动时的耗费进行描述的成本函数评估各个可能的导航路线，并根据导航装置的评估结果给道路区段序列排序。导航装置5为被评估为最佳的导航路线补充对定位特征、限制和参考轨迹进行描述的道路区段信息以形成导航路线数据，导航装置向轨迹规划装置8传送该导航路线数据。在另选的实施例中，被评估和排序的可能的导航路线数据在输出单元6上向车辆2的乘员示出。为由乘员通过操作单元7选择的导航路线补充道路区段信息。然后向轨迹规划装置8传送如此形成的导航路线数据。
一旦车辆2通过公路10到达起始位置33，就可以借助于车道跟踪调节装置9沿着所选择的导航路线引导车辆2穿过服务站11。
根据另外的实施例，服务站11是具有作为服务设施12-15的至少一个洗车位或至少一个自动洗车线作为服务设施12-15的洗车设施，或具有作为服务设施12-15的至少一个车间工位的工厂车间，或具有用于至少一个电动车辆的感应式充电装置作为服务设施12-15的、用于公共汽车和/或出租车的停车站，或具有作为服务设施12-15的至少一个支付位置的收费站，或轮渡站，或具有作为服务设施12-15的至少一个免下车窗口的餐馆，或具有至少一个秤、至少一个透视设备或至少一个检查位作为服务设施12-15的车辆检查站或货物检查站，或景点。

Claims (14)

1.一种用于运行包括车辆(2)和车辆外部的计算装置(3)的导航系统(1)的方法，其特征在于，车辆侧的导航装置(5)从由计算装置(3)传送的、对道路网的道路区段(24-32)进行描述的道路网数据中确定包括至少一个道路区段(24-32)的、从起始位置(33)到达目标位置(34)所需的道路区段序列，导航装置(5)据此在考虑了由计算装置(3)按照导航装置(5)的请求传送的道路区段信息的情况下检查道路区段序列对于车辆(2)的可通行性，并确定从被判断为可通行的道路区段序列中得出的导航路线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导航装置(5)请求计算装置(3)传送道路网数据和/或道路区段信息，并向计算装置传送对车辆(2)的至少一个特性进行描述的车辆信息，计算装置(3)据此向导航装置(5)传送根据车辆信息过滤过的道路网数据和/或道路区段信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用将道路网描述为图形的道路网数据，其中，该图形的边线表示道路区段(24-32)和/或该图形的一个节点表示起始位置(33)和/或该图形的一个节点表示目标位置(34)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用如下的道路区段信息，所述道路区段信息描述道路区段(24-32)的几何形状和/或对于车辆(2)沿着道路区段(24-32)的运动的限制和/或车辆(2)沿着道路区段(24-32)的参考轨迹和/或包括与用于车辆(2)的定位特征有关的信息。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，导航装置(5)在检查道路区段序列的可通行性时和/或在确定导航路线时还附加地考虑——特别是描述车辆(2)的尺寸和/或车辆(2)的运动可能性的——自身信息。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，导航装置(5)多次请求计算装置(3)传送道路区段信息。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用对包括至少一个服务设施(12-15)的服务站(11)的道路网进行描述的道路网数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将服务设施(12-15)的位置作为目标位置(34)使用，或导航装置(5)如此选择道路区段序列，使得车辆沿着服务设施(12-15)行驶和/或经过服务设施(12-15)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，为了确定导航路线的与到达服务设施(12-15)有关的至少一个部分，还附加地按照导航装置(5)的请求由计算装置(3)传送描述服务设施(12-15)的服务设施信息。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，导航装置(5)确定且特别是根据成本函数评估多个可能的导航路线。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为车辆(2)的车道跟踪调节装置(9)和/或轨迹规划装置(8)提供对导航路线、特别是被评估为最佳的导航路线或被车辆(2)的乘员选择的导航路线进行描述的导航路线数据。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用机动车(2)或无驾驶员的运输工具或飞行器作为车辆。
13.一种具有导航装置(5)的车辆，该车辆被设计用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
14.一种计算装置，该计算装置被设计用于实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
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