DE10159872B4

DE10159872B4 - Verfahren und Anordnung sowie Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln und Computerprogramm-Produkt zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik

Info

Publication number: DE10159872B4
Application number: DE10159872A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Appl; Kai Heesche; Martin Hartmann; Henning Dr. Lenz; Torsten Mosis; Wolfgang Mayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: CN1599862A; CN100491919C; EP1451528A1; WO2003054479A1; JP2005513462A; DE10159872A1; US20060214817A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik,
– bei dem eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, und mindestens eine Nebenfahrweginformation, welche einen zu dem Hauptfahrweg alternativen Fahrweg der mobilen Einheit beschreibt, ermittelt werden,
– bei dem die Hauptfahrweginformation und die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird, derart, dass
a) für die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird,
b) für die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von den Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen zweite Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Nebenfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, und
c) die ersten und die zweiten Zugehörigkeiten unter Verwendung von Fuzzy-Regeln ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt...

Description

Die Erfindung betrifft eine Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit.
Eine solche Ermittlung einer Manöverinformation für eine mobile Einheit, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, wird im allgemeinen als Manövergenerierung bezeichnet und in diesem Fall in einem Kraftfahrzeugnavigationssystem eingesetzt.

Ein Kraftfahrzeugnavigationssystem mit einer solchen Manövergenerierung ist aus [1] bekannt.

Dieses Kraftfahrzeugnavigationssystem umfasst verschiedene Module, ein erstes für eine Positionsbestimmung, ein zweites Modul für eine Routenplanung und ein drittes Modul für die Manövergenerierung.

Bei der Positionsermittlung durch das erste Modul wird eine aktuelle, tatsächlich eingenommene Position des Kraftfahrzeugs ermittelt, eine entsprechende Kartenposition in einer digitalen Karte, welche Kartenposition der tatsächlichen Position des Kraftfahrzeugs entspricht, bestimmt (Map Matching) und ein Ausschnitt der digitalen Karte mit der bestimmten Kartenposition einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt.

Als Anzeigesysteme werden beispielsweise Bildschirme, Monitore oder Displays verwendet.

Map Matching Verfahren sind aus [2] und [3] bekannt.

Bei der Routenplanung durch das zweite Modul wird für einen Startpunkt des Kraftfahrzeugs sowie für einen Zielpunkt des Kraftfahrzeugs ein Fahrweg, eine sogenannte Route, welche den Startpunkt in geeigneter Weise mit dem Zielpunkt verbindet, beispielsweise durch einen kürzesten Weg, geplant bzw. ermittelt. Die geplante bzw. ermittelte Route wird dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ebenfalls in der digitalen Karte angezeigt.

Bei der Manövergenerierung durch das dritte Modul werden Anweisungen für den Fahrer, sogenannte Manöveranweisungen oder Manöverinformationen, ermittelt, welche den Fahrer entlang der geplanten Route zum Zielpunkt führen.

Die Manöveranweisungen, beispielsweise eine Anweisung für eine Geradeaus-Fahrt (Straight, S), eine Anweisung für ein Links- (Left, L) bzw. Rechts-Abbiegen (Right, R) oder eine Anweisung für ein Wendemanöver (U-Turn, U), werden dem Fahrer während seiner Fahrt beim Erreichen ausgewählter Orte der Route optisch angezeigt, beispielsweise durch eine visuelle Ausgabe in Form von Pfeilen oder Balkendiagrammen auf einem Bildschirm, wie bei dem aus [1] bekannten Kraftfahrzeugnavigationssystem, sowie akustisch übermittelt, beispielsweise durch eine Sprachausgabe.

Insbesondere an Fahrwegkreuzungen der geplanten Route, an welchen meist mehrere Fahrwegalternativen zusammenlaufen und für eine Weiterfahrt möglich sind, sind diese Manöveranweisungen eine wertvolle Information und Orientierungshilfe für den Fahrer. Eine Manöverinformation kennzeichnet dem Fahrer den richtigen, weiterführenden Fahrweg aus den mehreren Fahrwegalternativen.

Bei der Ermittlung einer Manöverinformation wird bei dem aus [1] bekannten Kraftfahrzeugnavigationssystem an einem solchen ausgewählten Punkt der Route eine Richtungsänderung des wei terführenden Fahrwegverlaufs, beschrieben durch eine entsprechende Winkeländerung des Fahrwegs, ermittelt.

Für diese Winkeländerung wird die zugehörige Manöverinformation, beispielsweise (Straight, S), (Left, L), (Right, R) oder (U-Turn, U), bestimmt (3, 302). Dazu sind alle möglichen Winkeländerungen 300, d.h. Winkeländerungen von 0° Grad bis 360° Grad, in feste Winkelbereiche 301, sogenannte Winkelfenster 301, unterteilt. Jedem Winkelfenster 301 ist eine Manöverinformation 302 eindeutig zugeordnet.

Wird nun eine Winkeländerung des weiterführenden Fahrwegs ermittelt, so kann für diese das entsprechende Winkelfenster bestimmt und für dieses die zugehörige Manöverinformation ermittelt werden.

So liegt beispielsweise eine Winkeländerung 303 bzw. 304 des Fahrwegs um 90° Grad bzw. um -90° Grad (= 270° Grad) in dem Winkelfenster 60° Grad bis 120° Grad 305 bzw. in dem Winkelfenster 240° Grad bis 300° Grad 306 und führt zu einer Manöverinformation "R" 307 bzw. "L" 308.

Die Zuordnungen "Winkeländerungen 300 zu Manöverinformation 302'' bzw. die Winkelfenster 301 für die Manöverinformationen 302 "S", "L", "R" und "U" sind in 3 dargestellt.

Aus [4] sind Grundlagen einer Fuzzy-Logik bekannt.

Die aus [1] bekannte Vorgehensweise bei der Manövergenerierung weist aber den Nachteil auf, dass vielfach, insbesondere bei komplexen Kreuzungen des Fahrwegs mit mehreren möglichen Fahrwegalternativen, welche jeweils ähnliche Winkeländerungen aufweisen, für den Fahrer keine eindeutige Manöverinformation für den richtigen, weiterführenden Fahrweg generiert wird.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Manöverinformation für eine mobile Ein heit anzugeben, welches für den Fahrer eindeutigere Manöverinformationen generiert als solche, welche bei dem beschrieben Kraftfahrzeugnavigationssystem generiert werden.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren und die Anordnung sowie durch das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln und das Computerprogramm-Produkt zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgegebenen Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik jeweils mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.

Bei dem Verfahren zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik werden eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, und mindestens eine Nebenfahrweginformation, welche einen zu dem Hauptfahrweg alternativen Fahrweg der mobilen Einheit beschreibt, ermittelt.

Die Hauptfahrweginformation und die Nebenfahrweginformation werden unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird.

Bei der Fuzzy-Auswertung werden für die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird. Für die Nebenfahrweginformation werden unter Verwendung von den Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen zweite Zugehörigkeiten ermittelt, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Nebenfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird.

Die ersten und die zweiten Zugehörigkeiten werden unter Verwendung von Fuzzy-Regeln ausgewertet, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird.

Die Anordnung zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik weist einen Prozessor auf, der zur Durchführung folgender Schritte eingerichtet ist:

– bei dem eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, und mindestens eine Nebenfahrweginformation, welche einen zu dem Hauptfahrweg alternativen Fahrweg der mobilen Einheit beschreibt, ermittelt werden,
– bei dem die Hauptfahrweginformation und die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird, derart, dass a) für die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahr weginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, b) für die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von den Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen zweite Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Nebenfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, und c) die ersten und die zweiten Zugehörigkeiten unter Verwendung von Fuzzy-Regeln ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird.

Dabei ist bei der Erfindung unter der Hauptfahrweginformation eine Information, welche einen von der mobilen Einheit zurückzulegenden Fahrweg beschreibt, zu verstehen. Unter der Nebenfahrweginformation ist eine Information, welche einen zu dem zurückzulegenden Fahrweg alternativen zurücklegbaren Fahrweg beschreibt, zu verstehen.

Das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln ist eingerichtet, um alle Schritte gemäß dem jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.

Das Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln ist eingerichtet, um alle Schritte gemäß dem jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.

Die Anordnung sowie das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, eingerichtet um alle Schritte gemäß dem jeweiligen erfinderischen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, sowie das Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, eingerichtet um alle Schritte gemäß dem jeweiligen erfinderischen Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, sind insbesonde re geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner nachfolgend erläuterten Weiterbildungen.

Ein wesentlicher und vorteilhafter Gesichtspunkt der Erfindung ist der Einsatz von Fuzzy-Logik bei der Ermittlung einer Manöverinformation bzw. bei einer Manövergenerierung. Durch den Einsatz von Fuzzy-Logik weist die Erfindung besondere Vorteile auf.

Im Gegensatz zu der aus [1] bekannten "scharfen" Zuordnung von Winkeländerung zu Manöverinformation, d.h. der "scharfen" Logik bei der Manövergenerierung, bietet der Ansatz der Erfindung basierend auf Fuzzy-Logik den Vorteil, die Mengenzugehörigkeit, d.h. die Zugehörigkeit einer Winkeländerung zu einer Manöverinformation, durch Zwischenwerte zwischen falsch (0) und wahr (1) mathematisch beschreibbar zu machen.

Dabei wird zur Darstellung eines Problems, in diesem Fall der Ermittlung der Manöverinformation, neben einer numerischen oder quantitativen Beschreibung durch Zugehörigkeiten, eine qualitative Beschreibung mit unscharfen Begriffen des menschlichen Denkens herangezogen. Diese Beschreibungen ermöglichen, scharfe (nonfuzzy/crisp) und unscharfe (fuzzy) Daten formal exakt zu behandeln.

Daneben bleibt bei einer Veränderung von Fuzzy-Regeln, linguistischen Variablen oder Operatoren der Bezug zu einem Gesamtverhalten bestehen. Spezifische und individuelle Anpassungen an sich gegebenenfalls ändernde Randbedingungen sind somit einfach und flexibel möglich.

Zudem kommt die Fuzzy-Logik einer sprachlichen Ausdrucksweise des Menschen nahe, so dass insgesamt verständliche Manöverinformationen ermöglicht werden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die im Weiteren beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Verfahren als auch auf die Anordnung.

Die Erfindung und die im Weiteren beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.

Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer im Weiteren beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.

Auch kann die Erfindung oder jede im Weiteren beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem das Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.

Es ist zweckmäßig, die Hauptfahrweginformation und/oder die Nebenfahrweginformation durch eine Richtungsänderung, insbesondere durch einen Winkel der Richtungsänderung, zu beschreiben. Eine solche Richtungsänderung bzw. ein solcher Winkel lässt sich auf einfache Weise ermitteln, beispielsweise unter Verwendung einer digitalen Karte mit Fahrwegen.

Für eine Ausgabe bzw. Übermittlung der Manöverinformation an einen Benutzer stehen verschiedene Ausgabemöglichkeiten zur Verfügung, beispielsweise

– eine optische Anzeige der ermittelten Manöverinformation,
– eine akustische Ausgabe der ermittelten Manöverinformation.

Dabei ist es auch möglich, die Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen und/oder die Fuzzy-Regeln an eine Ausgabeart, beispielsweise die genannte optische oder akustische Ausgabe einer Manöverinformation, anzupassen. So können beispielsweise für eine optische Ausgabe einer Manöverinformation andere Zugehörigkeitsfunktionen verwendet werden als solche bei einer akustischen Ausgabe (4 und 5).

Auch ist es zweckmäßig, bei der Auswertung der Fahrweginformationen unter Verwendung von Fuzzy-Logik eine Signifikanz für eine Manöverinformation zu ermitteln, mit welcher die Manöverinformation bewertet werden kann. Diese Signifikanz beschreibt dabei eine Sicherheit für die jeweilige Manöverinformation. Durch solche Maßnahmen kann die Eindeutigkeit bei der Generierung einer Manöverinformation erheblich erhöht werden.

Auch ist es vorteilhaft, die ersten und/oder zweiten Zugehörigkeiten jeweils zu codieren, beispielsweise als Bit-Muster. Dadurch kann, insbesondere bei der Implementierung der Erfindung auf einem Computer, ein benötigter Speicherplatz verringert und/oder die Ausführung der Erfindung auf dem Computer beschleunigt werden.

Aus den Fuzzy-Regeln können signifikante, beispielsweise häufig angewendete, Fuzzy-Regeln ausgewählt werden und in einer Regelbasis zusammengefasst werden.

Durch die Ermittlung eines Erfüllungswerts für eine Fuzzy-Regel, mit welchem ein Erfüllungsgrad eines Regelergebnisses der Fuzzy-Regel beschrieben wird, kann die Eindeutigkeit bei der Manövergenerierung weiter erhöht werden.

Wird ein solcher Erfüllungswert jeweils für mehrere Fuzzy-Regeln ermittelt, können diese Erfüllungswerte zu einem Gesamterfüllungswert zusammengefasst werden. In diesem Fall wird eine Manöverinformation unter Verwendung des Gesamterfüllungswertes bestimmt.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet für einen Einsatz im Rahmen eines Benutzer-Assistenz-Systems bei mobilen Einheiten, beispielsweise eines Navigationssystems für ein Kraftfahrzeug. In diesem Fall ist die mobile Einheit das zu führende Kraftfahrzeug.

In Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.
Es zeigen
1 eine Skizze eines Navigationssystems mit Komponenten in einem Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Skizze, welche eine Zusammenwirken von Komponenten und deren Funktion in einem Navigationssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel beschreiben;
3 eine Skizze, welche eine "scharfe" Zuordnung von Winkelbereichen zu Manöverinformationen gemäß einem Ausführungsbeispiel beschreibt;
4 eine Skizze, welche eine "unscharfe" Fuzzy-Zuordnung von Winkelbereichen zu Manöverinformationen für eine Sprachausgabe von Manöverinformationen gemäß einem Ausführungsbeispiel beschreibt;
5 eine Skizze, welche eine "unscharfe" Fuzzy-Zuordnung von Winkelbereichen zu Manöverinformationen für eine Ausgabe von Manöverinformationen auf einem Display gemäß einem Ausführungsbeispiel beschreibt;
6 schematische Darstellung einer Vorgehensweise bei einer Ermittlung einer Manöverinformation unter Verwendung einer Sicherheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine Skizze mit Linguistischen Termen für eine Display-Ausgabe und eine Sprachausgabe einer Manöverinformation gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine Skizze mit Schritten bei einer Manövergenerierung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine Skizze einer Kreuzungssituation gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine Skizze, welche eine "unscharfe" Fuzzy-Zuordnung von Winkelbereichen zu Manöverinformationen für eine Ausgabe von Manöverinformationen auf einem Display und für eine Sprachausgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel beschreibt;
11 tabellarische Übersicht (auszugsweise) über eine Regelbasis gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 graphische Darstellung (auszugsweise) einer Regelbasis gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 Verfahrensschritte bei der Manövergenerierung mit Fuzzy-Logik gemäß einem Ausführungsbeispiel.
14 Verfahrensschritte bei der Manövergenerierung mit einem regelbasierten Fuzzy-System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiel: Navigationssystem in einem Kraftfahrzeug
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, welches mit einem Navigationssystem 110 ausgestattet ist.
Komponenten dieses Navigationssystems 110 sind in 1 und 2 schematisch und in ihrem Zusammenwirken dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Die Komponenten des Navigationssystems 200 sind derart mit Verbindungen jeweils miteinander verbunden, dass Daten, welche in den einzelnen Komponenten ermittelt oder gemessen werden, in die anderen Komponenten übertragen werden können und dort für eine Weiterverarbeitung, beispielsweise durch entsprechend eingerichtete digitale Datenverarbeitungsmittel, zur Verfügung stehen.
Die Verbindungen zwischen den Komponenten des Navigationssystems 200 sind in 2 durch Pfeile dargestellt, wobei eine Pfeilrichtung eine Übertragungsrichtung der Daten zwischen zwei miteinander verbundenen Komponenten verdeutlicht.
Das Navigationssystem 200 kombiniert verschiedene Einzelsysteme, ein Positionsermittlungssystem 210, ein System zur Routenplanung 270 und ein System zur Manövergenerierung und Manövernavigation 271.
Entsprechende Softwareprogramme für diese Systeme 210, 270 und 271 sowie entsprechende Daten für diese Systeme, wie eine digitale Landkarte 250, sind in einer Recheneinheit 130 gespeichert.
Positionsermittlungssystem
Das Positionsermittlungssystem 210 des Navigationssystems 200 umfasst drei unabhängige Positionsermittlungssysteme, ein GPS-System 220, ein Gyroskop 230 und ein Odometer 240.
1 zeigt das Gyroskop 120, das Odometer 121 sowie das GPS 122, welche jeweils über Datenleitungen 123 mit der Recheneinheit 130 verbunden sind.
Es ist darauf hinzuweisen, dass eine Datenleitung auch eine Funkstrecke oder ein anderes Medium ein kann.
Unter Verwendung des Gyroskops 230 und des Odometers 240 wird eine aktuelle, erste Positionsinformation einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs ermittelt.
Unter Verwendung des GPS-Systems 220 wird eine zweite aktuelle, zu der ersten Positionsinformation redundante Positionsinformation ermittelt.
Unter Verwendung der ersten und der dazu redundanten, zweiten Positionsinformation wird eine verbesserte, weil genauer, aktuelle Positionsinformation für die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 100 ermittelt 245.
Die Positionsermittlung 245 erfolgt während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs in regelmäßigen, vorgegebenen Zeitintervallen zu vorgegebenen Zeitpunkten, wodurch ein von dem Kraftfahrzeug tatsächlich zurückgelegter Fahrweg, ein Sensorpfad, ermittelt wird 246.
In dem Navigationssystem 200 ist eine digitale Landkarte 250 gespeichert. Die digitale Landkarte 250 ist ein digitalisiertes Bild einer Umgebung des Kraftfahrzeugs 100, in welcher Verkehrsverbindungen sowie andere verkehrsrelevante Informationen, beispielsweise Städte und deren Verkehrsnetze, eingetragen sind.
Das Navigationssystem 200 weist ferner eine Anzeigeeinheit 280 auf, welche ein optisches Ausgabemittel 290 mit einem integrierten akustischen Ausgabemittel 292 umfasst und auf wel cher die digitale Landkarte 250 oder relevante Teile der digitalen Landkarte 250 anzeigbar sind.
Der Fahrer kann auf diese Weise seine aktuelle Position als aktuelle Kartenposition in der digitalen Karte 250 erkennen sowie seinen Fahrweg auf der digitalen Karte verfolgen bzw. nachvollziehen.
Routenplanung, Manövergenerierung und Manövernavigation
Außerdem umfasst das Navigationssystem 200 die weiteren Systeme 270, 271 zur Routenplanung und zur Manövergenerierung und Manövernavigation.
Diese sind mit einer Eingabevorrichtung 260 verbunden, mit welcher eine Zielposition des Kraftfahrzeugs 100 von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 eingegeben werden kann.
1 zeigt das Eingabemittel 140 zur Eingabe der Zielposition des Kraftfahrzeugs sowie das Ausgabemittel zur Ausgabe des Kartenpfades, der aktuellen Kartenposition des Kraftfahrzeugs sowie der fahrwegkürzesten Route zu der Zielposition.
Das System zur Routenplanung (Routenberechnungseinheit) 270 ermittelt unter Verwendung der eingegebenen Zielposition, des Kartenpfads, der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs sowie der aktuellen Kartenposition des Kraftfahrzeugs 100 eine fahrwegkürzeste Route zu der Zielposition.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch eine hinsichtlich eines anderen Kriteriums, beispielsweise einer Fahrzeit, optimale Route ermittelt werden kann.
Das System zur Manövergenerierung und Manövernavigation 271 generiert Anweisungen für den Fahrer, sogenannte Manöveran weisungen oder Manöverinformationen, welche den Fahrer entlang der geplanten Route zum Zielpunkt führen.
Die Anzeigeeinheit 280 des Navigationssystems 200 ist ferner derart eingerichtet, dass dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 die fahrwegkürzeste (oder andere optimale) Route zu der eingegebenen Zielposition akustisch und optisch angezeigt wird.
Das System zur Manövergenerierung und Manövernavigation 271 wird im nachfolgenden näher beschrieben.
Grundlagen und Konzeption des Systems zur Manövergenerierung und Manövernavigation 271
Neben der Positionsbestimmung und der Routenplanung/berechnung vom Startpunkt zum Reiseziel, muss ein Navigationssystem den Fahrer entlang der Route führen. Die dafür genutzten Anweisungen oder Manöver werden dem Fahrer visuell in Form von Pfeilen und Balkendiagrammen sowie durch eine Sprachausgabe übermittelt.
Der beschriebene Ansatz bei dem System zur Manövergenerierung und Manövernavigation 271 basierend auf Fuzzy-Logik und bietet demzufolge den Vorteil, dass er weichere (Systemzustands)Übergänge als bei einer booleschen Logik ermöglicht.
Der Fuzzy-Ansatz ist darüber hinaus – bei geeigneter Parametrierung – tolerant bzw. robust gegenüber Ungenauigkeiten bei den zur Verfügung stehenden Daten, wie Richtungsangaben oder Richtungsänderungsangaben.
Zudem kommt die Fuzzy-Logik der sprachlichen Ausdrucksweise des Menschen nahe, so dass insgesamt verständlichere Manöver generiert werden können.
Der im Folgenden beschriebene Fuzzy-Ansatz umfasst zwei Ausgestaltungen, einen Grundansatz mit einer Manövergenerierung mit Fuzzy-Logik, sowie einen (alternativen) erweiterten Ansatz mit einer Manövergenerierung mit einem regelbasierten Fuzzy-System.
Der erweiterte regelbasierte Ansatz unterscheidet sich nur dahingehend vom Fuzzy-Logik Grundansatz, dass zusätzliche Fahrweginformationen, beispielsweise alternative Fahrwege, bei der Manövergenerierung miteinbezogen werden. Die Grundkonzeption des erweiterten regelbasierten Ansatzes entspricht ansonsten dem des Fuzzy-Logik Grundansatzes.
Manövergenerierung mit Fuzzy-Logik (Fuzzy-Logik Grundansatz)
Für die Manövergenerierung in Fahrzeugnavigationssystemen bietet sich ein Einsatz von Fuzzy-Logik basierten Algorithmen an. Im Gegensatz zu der bisher verwendeten booleschen Logik, bietet ein Ansatz basierend auf Fuzzy-Logik den Vorteil die Mengenzugehörigkeit durch Zwischenwerte zwischen falsch (0) und wahr (1) mathematisch beschreibbar zu machen.
Dabei wird zur Darstellung eines Problems, in diesem Fall der Ermittlung der Manöverinformation, neben einer numerischen oder quantitativen Beschreibung durch Zugehörigkeiten, eine qualitative Beschreibung mit unscharfen Begriffen des menschlichen Denkens herangezogen. Diese Beschreibungen ermöglichen, scharfe (nonfuzzy/crisp) und unscharfe (fuzzy) Daten formal exakt zu behandeln.
Daneben bleibt bei einer Veränderung von Fuzzy-Regeln, linguistischen Variablen oder Operatoren der Bezug zu einem Gesamtverhalten bestehen. Spezifische und individuelle Anpassungen an sich gegebenenfalls ändernde Randbedingungen sind somit einfach und flexibel möglich.
Zudem kommt die Fuzzy-Logik einer sprachlichen Ausdrucksweise des Menschen nahe, so dass insgesamt verständliche Manöverinformationen ermöglicht werden.
Bei dem Fuzzy-Ansatz des Systems zur Manövergenerierung und Manövernavigation 271 wird eine bisher verwendete boolesche Winkeleinteilung 300 der "Orientation Slots" 301 (3) durch eine Fuzzy-Winkeleinteilung 400 für Fahrwegrichtungsänderungen ersetzt (4 Sprachausgabe und 5 Displayausgabe).
Durch die verwendete Fuzzy-Winkeleinteilung 400 für die Fahrwegrichtungsänderungen ergeben sich weiche Übergänge für die Winkelfenster 401. Harte Grenzen wie bei den vorherigen Übergängen zwischen (0) und (1) gibt es nicht mehr. Mit Ausnahme der singulären Punkte 0°, 90°, 180° und 270° sind immer mindestens zwei Zugehörigkeitsfunktionen 402 aktiv.
Die Verläufe der Zugehörigkeitsfunktionen 402 sind durch die Nutzung stückweise linearer Funktionen 403 konstruiert, in diesem Fall durch einfache Dreieck- und Trapez-Funktionen, so dass lediglich Stützstellen 404 benötigt werden, zwischen denen linear interpoliert wird.
Die Stützstellen 404 sind die Parameter der Zugehörigkeitsfunktionen 402, mit denen die einzelnen Verläufe individuelle an einen Nutzer angepasst werden können.
Bei der Einstellung der Zugehörigkeitsfunktionen 403 wird zudem auf die Priorität, die ein Manöver besitzt, besondere Rücksicht genommen:

• Die drei Hauptmanöver (Straight, S) 410, (Left, L) 411, (Right, R) 412 besitzen jeweils eine hohe Priorität (d.h. einen hohen maximalen Wert der Zugehörigkeitsfunktion) und einen großen Einflussbereich, charakterisiert durch einen großen Winkelbereich, in dem der Wert der Zugehörigkeitsfunktion am größten ist. Die Priorität der Nebenmanöver (Hard Left, HL) 420, (Hard Right, HR) 421, (Soft Left, SL) 423, (Soft Right, SR) 424 ist jeweils geringer.
• Das Wendemanöver (U-Turn, U) 430 besitzt eine hohe Priorität, aber nur nahe 180°.
• Der Zusatz Hard H- besitzt eine mittlere Priorität, da die Zugehörigkeitsfunktion den Wert 1000 nicht annimmt. Der Einflussbereich ist relativ groß, jedoch kleiner als bei den drei Hauptmanövern.
• Der Zusatz Soft S- bzw. leicht besitzt eine niedrige Priorität, wie man am flachen Verlauf der entsprechenden Zugehörigkeitsfunktionen erkennen kann. Für die Sprachausgabe (4) gilt sogar: μ_SR < Max{μ_S, μ_R} bzw. μ_SL < Max{μ_S, μ_L}, wobei μ(φ) eine Wahrscheinlichkeit für eine Fahrwegsrichtungsänderung beschrieben durch einen Winkel φ beschreibt. Bei der Sprachausgabe wird der Zusatz leicht nur genutzt, wenn mindestens eines der Manöver S, R oder L bereits genutzt wird.

Bei der Sprachausgabe wird durch dieses Vorgehen die Nutzung des Zusatzes Soft S- bzw. leicht weitgehend vermieden. Ein typisches Beispiel ist eine Kreuzung, an der zwei Straßen im Winkelfenster (Straight, S) liegen. Dieser Konflikt wurde bisher so gelöst, dass beiden Straßen jeweils das benachbarte Manöver (Soft Right, SR bzw. Soft Left, SL) zugewiesen bekamen. Dieser Konflikt tritt mit der Fuzzy-Winkeleinteilung nicht mehr auf, d.h. eine Straße erhält das Manöver (Straight, S), die andere das Manöver (Soft Right, SR oder Soft Left, SL).
Für die Auswahl eines Fuzzy-Manövers wird neben der Fuzzy-Winkeleinteilung, die unmittelbar mit Zugehörigkeitswerten verbunden ist, zusätzlich eine weitere Bewertungsgröße eingeführt (6).
Diese weitere Größe beschreibt eine Signifikanz oder Sicherheit S_m,i eines Manövers und ergibt sich aus dem Quotienten der Zugehörigkeit des betrachteten Manövers μ_m,i für eine Straße i und der Summe der Zugehörigkeitswerte hinsichtlich des Manövers m:
mit m ∊ {S, SR, R, HR, U, HL, L, SL}. (G 1.1)
Dieser Wert für die Sicherheit erleichtert die Auswahl eines verständlichen Manövers. Als Schwellwert, ab dem die Sicherheit eines Manövers gewährleistet ist, wird ein Wert von 53% gewählt.
Mit diesem Wert, der knapp über dem Grenzwert von 50% liegt, wird einer ausreichender Abstand des Manövers mit dem größten Zugehörigkeitswert gegenüber den übrigen Manövern gewährleistet.
In 6 ist die Auswahl eines Manövers unter Verwendung der Signifikanz schematisch dargestellt.
Die Auswahl des Fuzzy-Manövers läuft dabei so ab (6), dass zunächst das Manöver mit dem größten Zugehörigkeitswert μmax bestimmt wird. Nur wenn dieses Manöver als nicht ausreichend sicher erscheint, d.h. wenn die Sicherheit kleiner als 53% ist, wird das Manöver mit dem zweitgrößten Zugehörigkeitswert bestimmt. Dadurch wird die Nutzung des Manöverzusatzes Soft S- vermieden.
Nur wenn die Sicherheit dieses Manövers ebenfalls zu klein ist, wird das Manöver bestimmt, welches die größte Sicherheit besitzt.
Sollte das so gefundene Manöver nicht eindeutig sein, d.h. der Wert der Sicherheit kleiner als 50% sein, wird das Fuzzy-Modul verlassen und auf ein mit den bisherigen booleschen Algorithmen erzeugte Manöver zugegriffen.
In 13 ist ein Verfahrensablauf 1300 bei der Manövergenerierung mit Fuzzy-Logik (Fuzzy-Logik Grundansatz) schematisch dargestellt.
Bei der Manövergenerierung mit Fuzzy-Logik wird eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, in diesem Fall die Fahrwegsrichtungsänderung, ermittelt 1310.
Anschließend wird die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird 1320, 1330.
Bei der Fuzzy-Auswertung werden für die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt 1320, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahrweginformation zu einer von den vorgebaren Manöverinformationen beschrieben wird.
Ferner werden die ersten Zugehörigkeiten unter Verwendung von Regeln ausgewertet, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird 1330.
Manövergenerierung mit einem regelbasierten Fuzzy-System (erweiterter regelbasierter Ansatz)
Bei dem regelbasierten Fuzzy-System werden eine Fuzzifizierung, eine Inferenz und eine Defuzzifizierung durchgeführt, wodurch eine Nachvollziehbarkeit der Manövergenerierung gewährleistet wird.
Die Manövergenerierung wird auf Fuzzy-Regeln abgebildet, welche in einer Regelbasis (11 und 12) zusammengefasst sind. Durch die Regelbasis besteht zudem die Möglichkeit einer Anpassung des Systems und der dadurch resultierenden Manöverinformationen an einen jeweiligen Nutzer.
Auswahl von Ein- und Ausgangsgrößen
Als Eingangsgrößen für das regelbasierte System werden gewählt:

a. Der Winkel (Fahrwegsrichtungsänderung) der berechneten Route (R) in [Grad].
b. Der Winkel (Fahrwegsrichtungsänderung) des linken Nachbarn der Route (NL) in [Grad].
c. Der Winkel (Fahrwegsrichtungsänderung) des rechten Nachbarn der Route (NR) in [Grad].
d. Verlauf (Fahrwegsrichtungsänderung) der Hauptstraße (MS).

Als Ausgangsgröße werden gewählt:

a. Das resultierende Manöver für Display (MD).
b. Das resultierende Manöver für Voice (MV).

Die Grundmengen G, die den Wertebereich der einzelnen linguistischen Variablen beinhalten, werden dabei definiert als:
G_R = {R,0° ≤ R ≤ 360°}
G_NL = {NL,0° ≤ NL ≤ 360°}
G_NR = {NR,0° ≤ NR ≤ 360°}
G_MD = {MD,0 ≤ MD ≤ 10}
G_MV = {MV,0 ≤ MV ≤ 10}
Im Falle der Hauptstraßenerkennung findet keine Fuzzyfizierung statt. Einzig das erzeugte Bitmuster (siehe Generierung der Regelbasis) wird für die Auswahl der aktiven Regeln aus der Regelbasis herangezogen.
Gestaltung der Zugehörigkeitsfunktionen
Bei der regelbasierten Manövergenerierung mittels eines regelbasierten Fuzzy-Systems werden die Verläufe der Zugehörigkeitsfunktionen durch die Verwendung stückweise linearer Funktionen konstruiert, in diesem Fall durch einfache Dreieck- und Trapez-Funktionen (vgl. 4 und 5).
Diese abschnittsweise linearen Zugehörigkeitsfunktionen besitzen den Vorteil, sich durch die Angabe weniger Knickpunkte beschreiben zu lassen. Damit kann der Rechen- und Speicheraufwand klein gehalten werden. Dies erlaubt bei der nachfolgenden Fuzzifizierung, d.h. bei der Umwandlung der scharfen Eingangswerte der Route, des linken und des rechten Nachbarn in unscharfe Zugehörigkeitswerte, eine einfache Berechnung der Zugehörigkeitswerte, durch Interpolation zwischen den Stützstellen.
Durch zusätzliche Stützstellen, zwischen denen linear interpoliert wird, können die Zugehörigkeitsfunktionen an die Gegebenheiten angepasst werden.
Die Stützstellen bilden auch die Parameter, mit denen sich die einzelnen Verläufe der Zugehörigkeitsfunktionen auf den jeweiligen Nutzer einstellen lassen.
Die Anpassungen des Systems an den jeweiligen Nutzer, d.h. die Anpassung der Manöver, erfolgt im praktischen Einsatz des Navigationssystems.
Bei der Einstellung der Zugehörigkeitsfunktionen wird auf eine leichte Anpassbarkeit der Funktionen besondere Rücksicht genommen:

• Alle verwendeten Funktionen besitzen eine gleich hohe Priorität (der größte Zugehörigkeitswert ist jeweils 1).
• Die Manöver S, R, L, HR und HL besitzen einen großen Einflussbereich (großer Winkelbereich, in dem der Wert der Zugehörigkeitsfunktion am größten ist).
• Der Zusatz Soft, S- und der Zusatz Hard, H- werden nur selten genutzt.
• Für jede Winkeländerung gleicht die Summe der Zugehörigkeitswerte dem Wert 1000.

Die Fuzzy-Mengen wurden so gewählt, dass sich nebeneinanderliegende Fuzzy-Sets mehr oder weniger stark überlappen, wodurch ein scharfer Eingangswert zu mehreren Fuzzy-Mengen gleichzeitig gehören kann.
Entwurf der linguistischen Regeln – Generierung der Regelbasis (11 und 12)
Der Entwurf der Regelbasis stellt einen wichtigen Schritt dar, da die hier aufgestellten Regeln letztlich die Regelstrategie und somit die 'Intelligenz' des Fuzzy-Systems darstellen.
Die Gesamtzahl der möglichen Regeln hängt dabei von der Anzahl der Eingangsgrößen sowie von der Menge der linguistischen Terme pro Größe ab:
Bei zwei Eingangsgrößen, mit jeweils zwei linguistischen Termen, kann die Regelbasis aus maximal vier Regeln bestehen.
Bei 4 Eingangsgrößen i = 1, ..., 4 (für Route, linker und rechter Nachbar, Hauptstraße) und E_i als Menge der linguistischen Terme, kann die hier zu erstellende Regelbasis maximal 1792 unterschiedliche Regeln enthalten (siehe Gl. 2). rmax = E1·E2·E3·E4 = 7·8·8·4 = 1792 (Gl. 2)
Diese Beziehung macht unmittelbar deutlich, dass man bei mehr als zwei Eingangsgrößen im allgemeinen nicht mehr den gesamten Eingaberaum ausschöpfen kann. Dies ist normalerweise auch gar nicht notwendig, da im realen Betrieb des Navigationssystems nur ein Teil aller möglichen Kombinationen von Eingangsgrößentermen wirklich auftreten.
Außerdem wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Fuzzy-Systems erheblich durch die Größe der Regelbasis beeinflusst.
Für den Entwurf der Regelbasis ist es daher zweckmäßig mit einer geringen Anzahl von Regeln zu beginnen. Dann können schrittweise Regeln hinzugefügt werden oder die bereits vorhandenen Regeln modifiziert werden (z.B. zusammenfassen von Regeln bei Überschneidungen), bis die gewünschte Regelgüte erreicht wird. Um die Konsistenz der Regeln beurteilen zu können, werden die einzelnen Regeln der Regelbasis grafisch dargestellt (12).
So können widersprüchliche Regeln schnell identifiziert und beseitigt werden. Außerdem wird die Regelbasis entsprechend dem Bitmuster der Route geordnet. Eine auszugsweise Darstellung der Regelbasis zeigen 11 (tabellarisch) und 12 (graphisch).
Um die Abdeckung aller möglichen Fälle durch die Regelbasis zu gewährleisten, wird dem Inferenzmechanismus eine Anweisung für den Fall hinzugefügt, dass keine Regel aktiv ist.
In diesem Fall, wird die Richtung der Route als Defaultwert ausgegeben.
Allgemein stellt sich die Regelbasis in folgender Form dar:

mit:

r, ln, rn, ms: Eingangsgrößen

A_1l, A_2l, ..., A_zl: Bitmuster der Eingangsgröße ln

disp, voice: Ausgangsgrößen

B_1p, B_2p, ..., B_zp: Bitmuster der Ausgangsgröße disp.
Inferenzmechanismus
Bei dem Inferenzmechanismus werden die Regelbasis ausgewertet und durch Zusammenfassung der Teilentscheidungen der einzelnen Regeln eine Gesamtentscheidung getroffen.
Zur Bestimmung der aktiven Regeln werden die im Anschluss an die Fuzzifizierung bestimmten Bitmuster (aus den Zugehörigkeitswerten der einzelnen linguistischen Variablen, sowie der Hauptstraßenerkennung) herangezogen.
Eine Regel heißt aktiv, wenn die erstellen Bitmuster ganz oder teilweise dem in der Regelbasis gespeicherten Bitmuster entsprechen. Der Erfüllungswert Pv_i (Performance Value) einer aktiven Regel ergibt sich mittels folgendem Quotienten:

Summe der aktiven Zugehörigkeitswerte der Route.
Summe der aktiven Zugehörigkeitswerte des Linken Nachbarn.
Summe der aktiven Zugehörigkeitswerte des Rechten Nachbarn.
μ_max ²: maximal vorkommenden Möglichkeiten (hier: μ_max = 1000).
i: Laufindex der jeweiligen Regel (hier: i = 0, ..., n)
a = 1, ..., A: Summationsindex (entsprechendes gilt für b und c).
A, B, C ∊ N: Obere Summationsgrenzen (Anzahl der aktiven Zugehörigkeitswerte).
Für die Ermittlung der einzelnen Ausgangs-Fuzzy-Mengen wird daraufhin der Erfüllungswert einer aktiven Regel den Ausgangsmengen zugeordnet. Die Fuzzy-Mengen der Konklusion jeder aktiven Regel werden dabei in der Höhe des jeweiligen Erfüllungswertes (Pν_i) jeder Regel abgeschnitten. Anschließend werden die im vorherigen Schritt ermittelten Fuzzy-Mengen, durch Addition zu einer resultierenden Ausgangs-Fuzzy-Menge zusammengefasst.
Defuzzifizierung: Maximum-Methode
Das Ergebnis der Inferenz sind zunächst zwei resultierende Fuzzy-Mengen für die Ausgangsgrößen Display und Voice. Um scharfe (crisp) Ausgangsgrößen zu erhalten, die den entsprechenden Manövern zugeordnet werden können, müssen die resultierenden Ausgangs-Fuzzy-Mengen defuzzifiziert werden. Bei der Methode, die in diesem Fall zur Anwendung kommt, handelt es sich um die Maximum-Methode. Dabei wird nur jener linguistische Term der Ausgangsgröße betrachtet, der den höchsten akkumulierten Erfüllungswert hat. Entsprechend diesem linguistischen Term erfolgt die Zuweisung des Manövers.
In 14 (abstrahiert) sowie in 8 (detailliert) sind ein Verfahrensablauf 1400 bzw. 800 bei der Manövergenerierung mit einem regelbasierten Fuzzy-System (erweiterter regelbasierter Ansatz) schematisch dargestellt.
Bei der regelbasierten Manövergenerierung werden eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, und mindestens eine Nebenfahrweginformation, welche einen zu dem Hauptfahrweg alternativen Fahrweg der mobilen Einheit beschreibt, ermittelt 1410 bzw. 810.
Die Hauptfahrweginformation und die Nebenfahrweginformation werden unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird 1420 bis 1440 bzw. 820 bis 870.
Bei der Fuzzy-Auswertung werden für die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt 1420 bzw. 820, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird. Für die Nebenfahrweginformation werden unter Verwendung von den Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen zweite Zugehörigkeiten ermittelt 1430 bzw. 830, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Nebenfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird.
Die ersten und die zweiten Zugehörigkeiten werden unter Verwendung von Fuzzy-Regeln ausgewertet, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird 1440 bzw. 840 bis 870.
Funktions- und Arbeitsweise der regelbasierten Manövergenerierung anhand einer (beispielhaft vorgegebenen) Kreuzungssituation
Im Folgenden werden weitere Erläuterungen zur Funktions- und Arbeitsweise der regelbasierten Manövergenerierung anhand einer (beispielhaft vorgegebenen) Kreuzungssituation gegeben.
Den folgenden Erläuterungen liegt die in 9 beispielhaft dargestellte Kreuzungssituation zugrunde.
Für die in 9 dargestellte Kreuzungssituation soll ein zugehöriges Manöver für die Displayanzeige und die Sprachausgabe erzeugt werden.
Entsprechend der regelbasierten Manövergenerierung besteht die Manövergenerierung aus den drei Komponenten Fuzzifizierung (a), Inferenzmechanismus (b) und Defuzzifizierung (c).
a) Fuzzifizerung – Umwandlung der scharfen Eingangswerte in unscharfe Zugehörigkeitswerte:
Durch eine Interpolation der Zugehörigkeitsfunktionen in Abhängigkeit der ermittelten Winkeländerungen erfolgt für die Route 910 bzw. 1010, den linken 920 bzw. 1020 und den rechten 930 bzw. 1030 Nachbarn die Bestimmung der einzelnen Zugehörigkeitswerte (9, 10). Diese Zugehörigkeitswerte geben an, in welchem Maße die linguistischen Aussagen erfüllt sind.
Anschließend werden die Zugehörigkeitswerte für jeden Winkel entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu den Manöverslots gespeichert (Tabelle 1).
Aus den berechneten Zugehörigkeitswerten wird im Anschluss ein entsprechendes Bitmuster gebildet (Tabelle 1: An Positionen mit einem Zugehörigkeitswert größer Null steht im Bitmuster eine 1, ansonsten eine 0). Dieses Bitmuster wird bei der Auswahl der aktiven Regeln aus der Regelbasis benötigt.
Zusätzlich wird bei der Bestimmung der aktiven Regeln ein Wert für die Aktivierung des „Intersection Zooms" zur vergrößerten Darstellung des zu durchfahrenden Kreuzungsbereiches erzeugt.
Erkennung der Hauptstraßensituation:
Da keine oder nur sehr ungenügende Informationen bezüglich des Verlaufs von Hauptstraßen vorliegen, werden Straßen nach Rang und Klasse klassifiziert.
Auf der Basis einiger festgelegter Regeln erfolgt anschließend eine Analyse der aktuellen Straßensituation. Dabei wird der Verlauf der Hauptstraße aus den Werten von Straßenklasse und Straßenrang bestimmt, und das Ergebnis dieser Analyse für die Weiterverarbeitung in Form eines Bitmusters gespeichert.
Eine Straße, wird danach als Hauptstraße erkannt, wenn:

• Der Rang vom Eingangs- zum Ausgangssegment gleich bleibt.
• Die Klasse der potentiellen Hauptstraße vom Eingangs- zum Ausgangssegment nur zwischen 2 und 3 oder zwischen 1 und 2 wechselt.
• Die Klasse der potentiellen Hauptstraße zwischen 0 und 3 liegt.
• Die Klassen aller abgehenden Straßen niedriger sind als die, der potentiellen Hauptstraße (bis Klasse 7, aber Klasse 5 und 6 sind ausgenommen).
• Alle abgehenden Straßen einen niedrigeren Rang haben.

Tabelle 1: Zugehörigkeitswerte und das daraus resultierende Bitmuster sortiert nach (SR, R, HR, N, HL, L, SL, S).
Als mögliche Alternativen, um den Verlauf der Hauptstraße zu beschreiben, stehen hier folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

• Die Route ist selbst die Hauptstraße → R
• Der Linke Nachbar der Route ist die Hauptstraße → LN
• Der Rechte Nachbar der Route ist die Hauptstraße → RN
• Es konnte keine Hauptstraße erkannt werden → N

Auf die Kreuzungssituation (9) angewandt, zeigt sich mit den zugehörigen Straßenklassen und Straßenrängen, entsprechend Tabelle 2, dass hier kein Hauptstraßenverlauf erkannt wird. Als Rückgabewert liefert die Hauptstraßenerkennung daher → N.
In das zugehörige Bitmuster umgewandelt, ergibt sich somit:
(0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0), sortiert nach (X, X, X, X, N, RN, LN, R).
Tabelle 2: Straßenklasse und Rang.
b) Inferenz – Bestimmung der aktiven Regeln:
Das Ziel der Auswertung der Regelbasis ist, durch eine Zusammenfassung der Teilentscheidungen der einzelnen Regeln zu einer Gesamtentscheidung zu kommen. Durch Vergleich der erstellten Bitmuster mit den in der Regelbasis abgelegten Re geln erhält man die aktiven Regeln für die augenblickliche Situation (Tabelle 3).
Eine Regel gilt für die augenblickliche Situation als aktiv, wenn die erstellten Bitmuster ganz oder teilweise den in der Regelbasis gespeicherten Bitmustern entsprechen.
Wird eine der Regeln als aktiv erkannt, so wird der Erfüllungswert Pvi der Regel unter Beachtung von Gl. 5 berechnet.
Der Erfüllungswert wird, wie der Zugehörigkeitswert, auf Werte aus dem Intervall zwischen 0 und 1000 beschränkt. Nachkommastellen werden abgeschnitten z.B. Regel 9:
bzw. 21
Der nunmehr glatte Erfüllungswert 21 schneidet die Fuzzy-Mengen der Konklusion der aktiven Regel (vgl. 7) in seiner Höhe ab.
Entsprechendes ergibt sich für die weiteren aktiven Regeln (Tabelle 4).
Durch Addition werden die einzelnen Fuzzy-Mengen zu einer Ausgangs-Fuzzy-Menge zusammengefügt (siehe letzte Zeile in Tabelle 4).
Tabelle 3: Aktive Regeln.
Tabelle 4: Berechnete Werte für Display und Voice, sortiert nach (S, SL, L, HL, N, HR, R, SR, KR, KL, C).
d) Defuzzifizierung – Bestimmung eines scharfen Ausgabewertes:
Über die so erstellte Ausgangs-Fuzzy-Menge erhält man unter Beachtung des linguistischen Terms der Ausgangsgröße, der den höchsten aufaddierten Erfüllungswert hat, (hier 967) das auszugebende Manöver.
In diesem Dokument wurden folgende Veröffentlichungen zitiert:

[1] Zhao Yilin: "Vehicle Location and Navigation Systems", Artech House Publishers, S.43-141, 5.239-264, 1997, ISBN 0-89006-8621-5.
[2] Zhao Yilin: "Vehicle Location and Navigation Systems", Artech House Publishers, 5.129-141, 1997, ISBN 0-89006-8621-5.
[3] U.S. Patent No. 4,796,191.
[4] Bart Kosko: "Neural Networks and Fuzzy-Systems", Prentice Hall, Kap. 7 u. 8, 1992, ISBN 0-13611-435-0.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik, – bei dem eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, und mindestens eine Nebenfahrweginformation, welche einen zu dem Hauptfahrweg alternativen Fahrweg der mobilen Einheit beschreibt, ermittelt werden, – bei dem die Hauptfahrweginformation und die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird, derart, dass a) für die Hauptfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, b) für die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von den Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen zweite Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Nebenfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, und c) die ersten und die zweiten Zugehörigkeiten unter Verwendung von Fuzzy-Regeln ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hauptfahrweginformation einen von der mobilen Einheit zurückzulegenden Fahrweg beschreibt und/oder die Nebenfahrweginformation einen zu dem zurückzulegenden Fahrweg alternativen zurücklegbaren Fahrweg beschreibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Hauptfahrweginformation und/oder die Nebenfahrweginformation durch eine Richtungsänderung, insbesondere durch einen Winkel der Richtungsänderung, beschrieben werden/wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Hauptfahrweginformation und/oder die Nebenfahrweginformation unter Verwendung einer digitalen Karte mit Fahrwegen ermittelt werden/wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem einem Benutzer die eine ermittelte Mänoverinformation ausgegeben wird mindestens durch eine der folgenden Ausgabearten: – eine optische Anzeige der einen ermittelten Manöverinformation, – eine akustische Ausgabe der einen ermittelten Manöverinformation.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen und/oder die Fuzzy-Regeln an eine Ausgabeart der einen ermittelten Manöverinformation angepasst werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei der Auswertung unter Verwendung von Fuzzy-Logik eine Signifikanz für eine von den vorgebbaren Manöverinformationen ermittelt wird, welche Signifikanz eine Sicherheit für diese eine vorgebbare Manöverinformation beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem unter Verwendung der Signifikanz diese eine vorgebbare Manöverinformation bewertet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten und/oder zweiten Zugehörigkeiten jeweils als ein Bit-Muster codiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Regelbasis erstellt wird, welche aus den Fuzzy-Regeln ausgewählte Fuzzy-Regeln umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche bei dem für eine Fuzzy-Regel ein Erfüllungswert ermittelt wird, mit welchem ein Erfüllungsgrad eines Regelergebnisses der Fuzzy-Regel beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem für mehrere Fuzzy-Regeln jeweils der Erfüllungswert ermittelt wird und die Erfüllungswerte zu einem Gesamterfüllungswert zusammengefasst werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die eine Manöverinformation unter Verwendung des Gesamterfüllungswertes ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, eingesetzt in einem Navigationssystem, insbesondere in einem Navigationssystem für ein Kraftfahrzeug, wobei die mobile Einheit das Kraftfahrzeug ist.
Anordnung zur Ermittlung einer Manöverinformation aus einem Satz von vorgebbaren Manöverinformationen für eine mobile Einheit unter Verwendung von Fuzzy-Logik, mit einem Prozes sor, der zur Durchführung folgender Schritte eingerichtet ist: – bei dem eine Hauptfahrweginformation, welche einen Hauptfahrweg der mobilen Einheit beschreibt, und mindestens eine Nebenfahrweginformation, welche einen zu dem Hauptfahrweg alternativen Fahrweg der mobilen Einheit beschreibt, ermittelt werden, – bei dem die Hauptfahrweginformation und die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Logik ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird, derart, dass a) für die Haupfahrweginformation unter Verwendung von Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen erste Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Hauptfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, b) für die Nebenfahrweginformation unter Verwendung von den Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen zweite Zugehörigkeiten ermittelt werden, mit welchen jeweils die Zugehörigkeit der Nebenfahrweginformation zu einer von den vorgebbaren Manöverinformationen beschrieben wird, und c) die ersten und die zweiten Zugehörigkeiten unter Verwendung von Fuzzy-Regeln ausgewertet werden, wobei die eine Manöverinformation ermittelt wird.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß Anspruch 1 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gemäß Anspruch 16, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um alle Schritte gemäß Anspruch 1 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.