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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zu Beschreibung von Streckenabschnitten
in digitalen Straßenkarten
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es
ist bekannt, dass in heutigen digitalen Straßenkarten Streckenverläufe durch
die Aneinanderreihung von geraden Stücken angeglichen wird, deren
Anfangs- und Endpunkte aus einem Speicher gelesen werden. So werden
beispielsweise im bekannten GDF-Format (Geographic Data Format)
die Koordinaten von Punkten, welche mit der Streckenführung zusammenfallen,
angegeben. Bei der Anwendung eines einfachen Algorithmus, welcher
diese Punkte durch gerade Linien verbindet, wird die Abweichung
der realen Streckenführung
von der berechneten um so größer sein,
je stärker
die Krümmung
des Streckenverlaufes ist. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden,
dass die Anzahl der Stützstellen
in der Kurve erhöht
wird. Nachteilig dabei ist, dass mit einer Erhöhung der Anzahl der Stützpunkte
mehr Speicherplatz vorgesehen sein muss. Erschwert wird die Problematik
auch dadurch, dass in neuartigen ADAS (Advance Driver Assistant
System)-Anwendungen die Streckenkrümmung in einem vorbestimmten
Abstand vor dem Kraftfahrzeug mit einer hohen Genauigkeit berechnet
werden soll. Auffällig
ist dabei, dass Apriori-Kenntnisse über den wahrscheinlichen Verlauf
einer Streckenführung
in dem vorgestellten Kodierungsschema nicht verwendet werden. So
ist bekannt, dass bei dem Bau von Trassen oder dergleichen ein Streckenverlauf
gewählt
wird, welcher ein gleichmäßiges Ein-
und Ausschlagen des Lenkrades bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit ermöglicht.
Zu diesem Zweck passt man Teilstücke
des Streckenverlaufs der Form einer sogenannten Klothoiden an. Bei
der Klothoide ist die Kurvenkrümmung
linear proportional zu der Bogenlänge der Kurve. Da die auf ein
Kraftfahrzeug wirkende Zentrifugalkraft proportional zur Streckenkrümmung ist,
garantiert eine solche Wahl der Streckenführung eine stetige Änderung
der Fliehkräfte,
sodass es nicht zu einem plötzlichen
Rucken kommt. Außerdem
wird beim Durchfahren einer der Form einer Klothoiden angepassten
Teilstrecke das Lenkrad von der Geradeausstellung in einer gleichmäßigen, linearen
Bewegung in eine Position gebracht, mit der dann der anschließende Kreisbogen
bei konstantem Lenkradeinschlag und konstanter Fliehkraft durchfahren
werden kann.
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Darstellung der Erfindung,
Aufgabe, Lösung,
Vorteile
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beschreibung von Streckenabschnitten
in digitalen Straßenkarten
anzugeben, durch welches für
den Fall von gekrümmten
Streckenverläufen
eine Einsparung von Speicherplatz bei möglichst hoher Genauigkeit realisiert
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst.
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Dadurch,
dass mindestens ein gekrümmter Streckenabschnitt
durch wenigstens eine Klothoide beschrieben wird, wobei wenigstens
ein Anfangs- oder Endpunkt der Klothoide in einer Datenbank abgespeichert
werden, ist ein Kodierungsverfahren gegeben, welches eine einfache
Berechnung der Straßenkrümmung an
einem gewünschten
Punkt ermöglicht.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglichte
Beschreibung von Straßenkurven
ist kompakt und weniger speicherintensiv als herkömmliche Verfahren,
aber dennoch einfach mit Rücksicht
auf Navigation und die visuelle Darstellung der Daten.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
zu dem mindestens einem gekrümmten
Streckenabschnitt gehörenden
Daten aus der Datenbank gelesen und an eine andere Anwendung für die Berechnung
des elektronischen Horizontes übertragen
werden. Die durch das erfindungsgemäße Kodierungsverfahren erleichterte
Berechnung der Streckenkrümmung
ist besonders nützlich
für Anwendungen
im Rahmen des ADAS (Advance Driver Assistant System). Durch die
kompakte Beschreibung wird es möglich,
Informationen über
den elektronischen Horizont mit geringen Anforderungen an die Bandbreite
auf Bussystemen wie dem CAN-Bus zu übertragen.
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Eine
Angleichung des erfindungsgemäßen Kodierungsverfahrens
an das Modell, welches für
die Straßenkonstruktion
verwendet wird, findet typischerweise dadurch statt, dass der mindestens
eine gekrümmte
Streckenabschnitt in drei Unterabschnitte geteilt wird, wobei der
erste durch eine Klothoide, der zweite durch einen Teilkreis und
der dritte durch eine Klothoide beschrieben wird, wobei die Krümmung des
Teilkreises gleich der Krümmung
der beiden Klothoiden an ihren jeweiligen Anfangs- oder Endpunkten
ist. Dadurch wird das Design vieler Autobahnen abgebildet, bei welchen
zwei gerade Streckenabschnitte durch die Abfolge Klothoide-Teilkreis-Klothoide
miteinander verbunden sind.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Ausschnitt aus einer digitalen Straßenkarte mit zwei gekrümmten Streckenabschnitten
und deren Annäherung
durch Geradenstücke;
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2 ein
Blockschaltbild mit einer ADAS (Advanced Driver Assistance System)-Anwendung;
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3 einen
Verlauf der Streckenkrümmung als
Funktion der durchfahrenen Wegstrecke für die zwei gekrümmten Streckenabschnitte
in 1;
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4 einen
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens modellierten
Streckenverlauf;
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5 schematisiert
einen Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem herkömmlichen
Verfahren und
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6 schematisiert
eine zur Abspeicherung der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestimmten Daten dienende Datenbanktabelle.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einer digitalen Straßenkarte mit zwei gekrümmten Streckenabschnitten 10 und 12 sowie
deren Annäherung
durch Geradenstücke 14.
Bei einer solchen polygonalen Beschreibung des Streckenverlaufes
ist es notwendig, eine höhere
Anzahl von Stützstellen
für die
Darstellung der gekrümmten
Streckenabschnitte 10 und 12 als in dem geraden
Streckenverlauf dazwischen vorzusehen. Insbesondere in Bereichen
hoher Krümmung
weicht der gezeichnete Streckenverlauf dennoch stärker von
dem realen Streckenverlauf ab.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild mit einer ADAS (Advanced Driver Assistance System)-Anwendung 16,
welche als Inputparameter die Krümmung 18 an
einer bestimmten Position des Streckenverlaufes vor der aktuellen
Position des Kraftfahrzeuges benötigt.
Diese Krümmung 18 wird
in einer Einheit 20 aufgrund von Informationen über die
aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 22 und den aus einer
digitalen Straßenkarte 24 ausgelesenen
Streckeninformationen 26 berechnet. Für die ADAS-Anwendung 16 muss
die Krümmung
der Straße
in einer definierten Distanz vor der aktuellen Position des Kraftfahrzeuges 22 und
vorzugsweise an mehreren äquidistanten Positionen
bereitgestellt werden.
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Die
dafür erforderliche
Berechnung von Krümmungswerten
wird durch das erfindungsgemäße Kodierungsverfahren
erleichtert, bei welchem die Beschreibung des Straßenverlaufes
durch die drei folgenden geometrischen Basiselemente erfolgt:
- 1. Geradensegment,
- 2. Klothoidensegment und
- 3. Teilkreissegment.
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In 3 wird
die Krümmung
des Streckenverlaufs beziehungsweise der benötigte Lenkradeinschlag als
Funktion der durchfahrenen Wegstrecke für die beiden gekrümmten Streckenverläufe 10 und 12 aus 1 dargestellt.
Die dazugehörigen
geometrischen Basistypen sind in der Figur entsprechend der oben
genannten Nummerierung eingezeichnet. Wenn das Kraftfahrzeug in
den ersten gekrümmten Streckenverlauf 10 einfährt, folgt
es einer Straßenkrümmung mit
einem dem Bereich 28 entsprechenden Verlauf. In den mit 2 bezeichneten,
Klothoidensegmenten entsprechenden Teilbereichen erfolgt ein geradliniges
Ein- bzw. Auslenken des Lenkrads, während in dem mit 3 bezeichneten
Teilbereich ein Teilkreis ohne weitere Korrektur des Lenkradeinschlags
erfolgt. Der Krümmungsverlauf
im Bereich 30 der 3 entspricht
dem zweiten gekrümmten Streckenverlauf 12,
wobei die Krümmung
im Gegensatz zum ersten Streckenverlauf positive Werte annimmt,
da sich der Drehsinn der Kraftfahrzeugorientierung hier geändert hat.
Wenn die gekrümmten Streckenabschnitte
durch die vorgestellten drei geometrischen Basiselemente modelliert
werden, so ergibt sich ein in 4 dargestellter
Verlauf, in welcher die verschiedenen geometrischen Basiselemente durch
die beschriebene Nummerierung und zusätzlich durch unterschiedliche
Linienform dargestellt sind (Geradensegmente 1 gestrichelt,
Klothoidensegmente 2 gepunktet und Teilkreissegmente 3 durchgezogen).
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5 zeigt
schematisch einen Vergleich zwischen neuer und alter Darstellung
der Daten mit der gleichen Nummerierung der Teilbereiche wie in 2 und 3.
Dabei sind die Stützpunkte
des Polygons eingezeichnet, welche in der alten Kodierungsform benutzt
werden. In den beiden Teilbereichen der gekrümmten Streckenverläufe 10 und 12, welche
Teilkreisen 3 entsprechen, wird die Abweichung zwischen
den beiden Repräsentationen
deutlich. Dabei ist im allgemeinen zu erwarten, dass die neue Repräsentation,
welche einen gleichmäßigeren Kurvenverlauf
zum Ergebnis hat, besser an den realen Verlauf der kodierten Straße angepasst
ist.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Kodierungsverfahren
beschriebenen und den drei geometrischen Basiselementen entsprechenden
Teilbereiche können
in einer Datenbanktabelle repräsentiert
werden, wie dies schematisch in 6 dargestellt
ist. Diese Datenbanktabelle verfügt über drei
Spalten. Zwei Spalten 32, 34 entsprechen den x-
und y-Koordinaten der Anfangs- oder Endpunkte der verschiedenen
Teilbereiche. Da der Endpunkt eines Teilbereiches gleichzeitig der
Anfangspunkt des folgenden Teilbereiches ist, kann auf den gleichzeitigen
Eintrag von Anfangs- und Endpunkten verzichtet werden. Eine Spalte 36 bestimmt
den Typ des geometrischen Basiselemente für den beschriebenen Teilbereich.
In einer weiteren optionalen Spalte 38 ist die charakteristische
Krümmung
des gekrümmten
Streckenabschnitts verzeichnet, um ihre Berechnung aus den vorhergehenden
oder folgenden Abschnitten zu vermeiden und einen einzigen Wert
zu erhalten, statt zweier Werte (aus den vorangehenden Abschnitten, aus
den folgenden Abschnitten), die sich aufgrund der begrenzten Präzision numerischer
Berechnungen unterscheiden. Diese Krümmungsinformation wird nämlich nicht
benötigt,
da die Krümmung
eines Klothoidenabschnittes durch seinen Anfangs- und Endpunkt und
den vorhergehenden (oder folgenden) geraden Abschnitt festgelegt
ist, der seine Anfangs- oder
End-) Richtung angibt. Mit dieser optionalen Zusatzspalte, die die
Krümmung
enthält
da die Krümmung
an einem der Endpunkte beider Klothoiden und im Teilkreis identisch
ist, muss sie für
eine gegebene Kurve nur einmal eingetragen werden. In dem in 6 gegebenen
Beispiel wird sie als Eigenschaft der ersten Klothoide aufgeführt. Wenn
die in einer ähnlich
wie in 6 entworfenen Datenbanktabelle eingetragenen Datensätze von
einer Anwendung ausgelesen werden, so kann durch die Anwendung eines
geeigneten Algorithnus einfach der Verlauf eines gekrümmten Streckenabschnitts
berechnet werden.