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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und
Bereitstellung von Informationen über Fahrsituationen entlang
einer Fahrstrecke mit einer Sensor einrichtung zur Erfassung von
Fahrzustandsgrößen entlang der Fahrstrecke, einer
Einrichtung zur Erfassung der Position des Fahrzeugs entlang der
Fahrstrecke, und einer Speichereinrichtung zur Speicherung der erfassten
Fahrzustandsgrößen und/oder daraus abgeleitete
Daten sowie der jeweils erfassten Position des Fahrzeugs. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung und Bereitstellung von
Informationen über Fahrsituationen entlang einer Fahrstrecke.
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Bereits
heute lastet auf den Automobilherstellern und deren Zulieferer ein
großer Druck, emissionsarme Fahrzeuge zu entwickeln und
zu vernünftigen Preisen auf den Markt zu bringen. Dieser
Druck wird in der Zukunft sicherlich noch zunehmen.
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Um
den Kraftstoffverbrauch und damit die Kohlendioxid-Emissionen zu
reduzieren und um den Komfort, die Sicherheit und die Zuverlässigkeit
beim Betrieb von Kraftfahrzeugen zu erhöhen, sind vielfältige
Wege eingeschlagen worden, die mittlerweile alle Komponenten in
einem Fahrzeug betreffen.
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Neben
den technischen Entwicklungen zur Energieeinsparung bleibt natürlich
das Verhalten eines Kraftfahrzeugführers, das ebenfalls
großen Einfluss auf den Energieverbrauch eines Fahrzeugs
besitzt. So kann ein Fahrzeugführer einen nicht unerheblichen
Beitrag zur Energieeinsprung durch eine vorausschauende Fahrweise
leisten. Um den Fahrzeugführer von der technischen Seite
zu unterstützen, gibt es mittlerweile bspw. elektronische
Gangwechselanzeigen, um ein Kraftstoffsparendes Schalten zu signalisieren.
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Trotz
der Fortschritte sowohl auf der technischen Seite als auch bei der
Unterstützung eines Fahrzeugführers, bleibt der
Wunsch bestehen, weitere Möglichkeiten der Kraftstoffeinsparung
bei Kraftfahrzeugen zu schaffen, wobei sowohl bei den Fahrzeugführer-Unterstützungssystemen
als auch bei der Steuerung von Fahrzeugantrieben noch größeres Optimierungspotenzial
gesehen wird, insbesondere auch bei technisch komplexeren Fahrzeugen
beispielsweise mit Hybridantrieb.
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Aus
dem Stand der Technik sind vielfältige Ideen bekannt, vorausschauend
den Fahrzeugführer zu unterstützen oder die Fahrzeugelektronik
zu beeinflussen. Diese sollen nachfolgend kurz erläutert werden.
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Aus
DE 199 16 967 C1 ist
ein Verfahren zur Aktualisierung einer datenverarbeitungsgestützten Verkehrswegenetzkarte
sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Fahrzeugsführungsinformationen
unter Verwendung einer solchen Karte bekannt. Dabei werden von mindestens
einem Probefahrzeug laufend Streckendaten aufgenommen, aus denen
mittels einer geeignet ausgebildeten Verarbeitungseinheit mindestens
Topografieinformationen, bspw. Steigungen und Kurvenradien errechnet
werden. Diese sowie ggf. weitere Informationen, bspw. Zeitinformationen,
werden als Attribute einer rechnergestützten Wegenetzkarte
hinzugefügt. Jede derartig erzeugte Information wird einer
Kante, d. h. einem Streckenabschnitt zwischen zwei in der Wegenetzkarte
gespeicherten Knotenpunkten zugeordnet. Zur genauen Verortung der
Zusatzinformation wird zusätzlich die metergenaue Entfernung
von einem Knotenpunkt sowie die Fahrtrichtung und ggf. Ortskoordinaten
gespeichert. Es wird in dieser Schrift erwähnt, dass nicht
nur Attribute, sondern auch neue Streckenabschnitte (Kanten) erstmalig
zu der Wegenetzkarte hinzugefügt werden können
und dass auch diese mit zusätzlichen Attributen ergänzt
werden können. Ferner können gespeicherte Informationen
durch Vergleich mit Informationen, die bei weiteren Fahrten gewonnen
werden, auf ihre Zuverlässigkeit überprüft werden.
Durch geeignete Gewichtung zwischen gespeicherter und aktueller
Information kann die gespeicherte Information aktualisiert, verbessert
und auch gelöscht werden, wodurch eine selbstaktualisierende
Karte entsteht. Es versteht sich, dass auch für den Sonderfall,
dass die Karte vor der ersten Fahrt mit dem Probefahrzeug leer ist,
d. h. noch keine Wegenetz- oder Zusatzinformation entsteht, im Laufe nachfolgender
Fahrten automatisch eine Wegenetzkarte erzeugt wird. Die gespeicherte
Information kann bspw. zur Bereitstellung von Vorausschauinformation
für Steuerungs- und Assistenzsysteme in dem Probefahrzeug
verwendet werden.
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In
der
DE 100 51 777
A1 und in der
DE
10 2005 049 458 A1 wird ein Verfahren zur Prognose des
Verkehrszustands und ein Verfahren zur Verbrauchsreduzierung unter Anwendung
dieser Verkehrszustandsprognose offenbart. Mit einer Ortungseinheit
wird die aktuelle Fahrzeugposition bestimmt. Ferner wird unter Verwendung
von im Fahrzeug angeordneten Messeinrichtungen wenigstens ein Verkehrszustandsparameter,
bestimmt. Durch Vergleich mit einer Mehrzahl von historischen Ganglinien,
die in einer Datenbank gespeichert sind, wird diejenige gespeicherte
Ganglinie ermittelt, die mit dem aktuellen Verkehrszustand am besten übereinstimmt.
Die gefundene Ganglinie wird zur Vorhersage des Verkehrszustands,
bspw. der Verkehrsdichte, auf dem voraus liegenden Streckenabschnitt
verwendet, um Fahrzeugsysteme zur Fahrerassistenz, zur Verbesserung
von Komfort und Sicherheit und zur Reduktion des Kraftstoffverbrauches
vorausschauend zu steuern. Das Verfahren erfordert eine unveränderliche
oder eine selbstaktualisierende digitale Karte, die im Fahrzeug
angeordnet ist, sowie eine Datenbank, in der die historischen, vorab
ermittelten Ganglinien gespeichert sind. Prinzipbedingt können
mit dem Verfahren nur Informationen zum Verkehrszustand, nicht jedoch
Topographie-Informationen bereitgestellt werden.
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Ein
wesentlicher Nachteil der zitierten Verfahren auf der Basis digitaler
Karten ist es, dass die voraus liegende Strecke, für die
Vorausschau-Information bereit gestellt werden kann (Vorausschauhorizont),
auf die Distanz bis zum jeweiligen Knotenpunkt beschränkt
ist, weil ohne zusätzliche Mittel nicht vorhergesagt werden
kann, welchen Streckenabschnitt (Kante) das Fahrzeug nach dem folgenden Knotenpunkt
befahren wird. Insbesondere ist es nicht vorgesehen, Informationen über
ausgewählte Routen, welche mehrere Knotenpunkte beinhalten,
zu speichern oder diese Informationen von anderen Systemen, bspw.
einem Navigationsgerät, zu beziehen. In Regionen mit hoher
Straßendichte, z. B. urbanen Ballungsräumen, folgen
Knotenpunkte in der Regel in kurzem Abstand aufeinander. Für
Anwendungen, welche einen langen Vorausschauhorizont erfordern,
ist das Verfahren nicht geeignet. Solche Anwendungen ergeben sich
insbesondere dann, wenn eine Optimierung der Energieflüsse,
der Auswahl einer von mehreren Antriebsquellen oder der Energiebetankung
im Fahrzeug vorausschauend für lange Distanzen vorab geplant
werden soll, bspw. bei Fahrzeugen mit einem Hybridantrieb, welche
längere Teilstrecken mit Elektroan trieb zurücklegen
können (Full-Hybrid), bei reinen Elektrofahrzeugen oder
bei Fahrzeugen mit mehreren Kraftstoffspeichern (z. B. für
Flüssiggas und Benzin).
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Weiterhin
ist für viele Anwendungen nachteilig, dass Topografie-Ereignisse
in der
DE 199 16 967 C1 lediglich
durch ihren Ort und ihre Länge beschrieben werden und dass
die Stärke dieser Ereignisse lediglich durch Mittelwerte
sowie Minimal- und Maximalwerte beschrieben wird. Bei der späteren,
vorausschauenden Nutzung der Topographie-Information ist es bei
dieser Art der Beschreibung nicht möglich, den Verlauf
der Stärke in Abhängigkeit von der fortlaufenden
Strecke zurückzugewinnen.
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In
der
DE 10 2006
058 304 A1 wird ein Verfahren offenbart, bei welchem wenigstens
ein Fahrerassistenzsystem oder wenigstens ein Sensor in einem Fahrzeug
Daten zu Ereignissen bereitstellt. Diese Daten werden zusammen mit
dem Ort, an dem das Ereignis aufgetreten ist, gespeichert. Wenn
sich das Fahrzeug einem der Orte, für die Ereignisse gespeichert
wurden, erneut nähert, können die gespeicherten
Daten vorausschauend für eine Warnung oder Information
des Fahrers oder für einen Eingriff an der Bordelektronik
genutzt werden.
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Das
Verfahren weist ähnliche Nachteile auf wie die oben zitierten
Verfahren auf der Basis digitaler Karten. Insbesondere kann die
Vorausschau-Information erst dann bereitgestellt werden, wenn sich das
Fahrzeug wieder bis auf einen bestimmten Abstand an den Ort des
gespeicherten Ereignisses annähert. Da die zeitlich-räumliche
Abfolge der gespeicherten Ereignisse nicht gespeichert wird, ist
eine Vorausschau, die mehr als ein Einzelereignis umfasst, nicht
möglich.
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Ebenfalls
wird in der
DE 199 38 261 eine Speicherung
von automatisch erkannten oder vom Fahrer manuell eingegebenen Ereignissen
gemeinsam mit dem Ort ihres Auftretens vorgenommen, wobei der Ereignisspeicher
mit einem Navigationssystem verbunden ist. Dadurch kann ein gespeichertes Ereignis,
welches sich auf der vom Navigationssystem vorgeschlagenen Route
befindet, bei erneutem Befahren dieser Route vorhergesagt und zur
Fahrerinformation oder für einen Fahrzeugeingriff verwendet
werden. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass für
die Funktion ein Navigationssystem zwingend notwendig ist, und dass
hierfür Kosten für die erstmalige Bereitstellung
einer digitalen Karte und deren Aktualisierung entstehen. Nachteilig
ist weiterhin, dass das Verfahren aufgrund der vorgesehenen manuellen
Dateneingabe durch den Fahrer in der Praxis auf punktuelle Ereignisse
wie Verkehrszeichen, Points of Interest, etc. beschränkt
ist. Für die automatische Erkennung von Ereignissen sind
vergleichsweise aufwändige Einrichtungen, insbesondere
eine Kamera mit nachfolgender Bildverarbeitung, vorgesehen.
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Weiterhin
ist aus der
DE 100
34 499 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der Steuerungsinformationen
für Fahrzeugsysteme, bspw. ein Kurvenlicht, als Zusatzinformationen
in einer digitalen Karte gespeichert sind und bei Annäherung
an einen Ort, für den eine Steuerungsinformation gespeichert
ist, ausgegeben und für eine vorausschauende Steuerung
des betreffenden Fahrzeugsystems genutzt werden kann. Die notwendige
Information wird vorzugsweise beim Hersteller des Fahrzeugsystems
erzeugt und vorab in der digitalen Karte gespeichert. Nachteilig
ist bei diesem Verfahren wiederum, dass eine digitale Karte notwendig
ist und dass die Vorausschauinformation vorab ermittelt und gespeichert
werden muss.
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Nachteilig
bei den oben genannten Verfahren ist die Abhängigkeit von
schnell veraltenden digitalen Karten, welche gegenwärtig
viele benötigte Informationen nicht oder nur mit einer
geringen Auflösung und Genauigkeit enthalten.
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Zusammenfassend
kann festgestellt werden, dass kein Verfahren bekannt ist, welches
die Bereitstellung hinreichend genauer Fahrsituationsdaten für eine
vorausschauende Betriebszustandsplanung sowie die Ansteuerung elektronischer
Systeme auch über lange, mehrfach befahrene Strecken ermöglicht,
das diese Aufgabe mit geringen Kosten für Sensoren, Computer,
Speicher und Rechenprogramme erfüllen kann und für
dessen Funktion keine vorab ermittelten Daten bereit gestellt werden
müssen, insbesondere weder digitale Wegenetzkarten noch
Datenbanken mit Verkehrsdichte-Informationen oder ähnliches.
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Vor
diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ein System und ein Verfahren zu schaffen, dass eine Reduzierung
des Energieverbrauchs durch eine vorausschauende Steuerung eines
Fahrzeugs ermöglicht, ohne jedoch hohe Kosten zu verursachen.
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Diese
Aufgabe wird durch das System der eingangsgenannten Art dadurch
gelöst, dass eine Einrichtung zur Ermittlung von Fahrsituations-Informationen
für die Fahrstrecke auf der Basis der erfassten Fahrzustandsgrößen
aufweist, wobei jede ermittelte Fahrsituations-Information zusammen
mit der entsprechenden erfassten Position des Fahrzeugs in der Speichereinrichtung
zur Bildung eines Fahrtprotokoll für die Fahrstrecke abgespeichert wird,
und eine Einrichtung zur Ausgabe der Fahrsituations-Informationen
des Fahrtprotokolls aus der Speichereinrichtung aufweist.
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Das
erfindungsgemäße System erfasst während
der Fahrt entlang einer Fahrstrecke einzelne Fahrzustandsgrößen,
wie beispielsweise Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsdaten, und
ermittelt daraus sogenannte Fahrsituations-Informationen, wie beispielsweise „Änderung
der Fahrtrichtung”, „Änderung des Fahrwiderstands” oder „Anhalten”. Diese
Fahrsituations-Information wird zusammen mit der Positionsinformation
des Fahrzeugs abgespeichert. Die so entlang der Fahrstrecke entstehenden Daten
werden beispielsweise in Form einer verketteten Liste als Fahrtprotokoll
abgespeichert. Ein Fahrtprotokoll ist folglich eine Abfolge von
Fahrsituations-Information, die entlang einer Fahrstrecke in dieser
Abfolge auftreten.
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Im
weiteren Verlauf der Anmeldung werden die Fahrsituations-Informationen
kurz auch als Fahrsituationen bezeichnet.
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Sobald
diese Fahrstrecke wieder befahren wird, können die zuvor
ermittelten und im Fahrtprotokoll dieser Fahrstrecke abgelegten
Fahrsituations-Informationen zur Unterstützung des Fahrers
und/oder direkt von den Steuer- und Regelsystemen des Fahrzeugs
genutzt werden und zwar direkt vor Fahrtbeginn oder auch während
der Fahrt. Der sogenannte Vorausschauhorizont geht also bis zum
Fahrtziel.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Personenkraftwagen,
insbesondere des niedrigen und mittleren Preissegments, jedoch auch
Busse und Lastkraftwagen häufig auf wiederkehrenden Fahrstrecken
bewegt werden. Aus einer Untersuchung des Deutschen Instituts für
Wirtschaftsforschung (DIW) ist bekannt, dass in Westeuropa 34% aller
Fahrten mit PKW den Weg zur Arbeit oder Ausbildung zum Zweck haben,
und dass weitere 24% auf das Einkaufen entfallen. Dies legt die Schlussfolgerung
nahe, dass PKW eine geringe Anzahl von Strecken häufig
wiederholt befahren. Ähnliches gilt für die LKW
von Fuhrunternehmen im Linienverkehr und im zyklischen Verteilerverkehr
und insbesondere für Linienbusse.
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Des
Weiteren liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Sensoren,
welche zur Erkennung der vorgenannten Fahrsituationen erforderlich
sind, bereits heute in der Mehrzahl aller neu zugelassenen Fahrzeuge
vorhanden sind. Hierbei sind insbesondere die Sensoren von Bedeutung,
die als Bestandteile einer Fahrdynamikregelung (z. B. bekannt unter
dem Markennamen ESP) bereits in mehr als 70% der in der EU neu zugelassenen
PKW vorhanden sind.
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Wenn
für diejenigen Strecken, die von einzelnen Fahrzeugen am
häufigsten befahren werden, hinreichend genaue Vorausschauinformationen
bereitgestellt werden, kann folglich für einen erheblichen
Teil der Gesamtfahrleistung eine Optimierung durchgeführt
werden.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nun
eine vorausschauende Regelung oder Steuerung von elektronischen
Systemen des Fahrzeugs möglich. Dies gilt insbesondere
für die Optimierung der Steuerung von Fahrzeugantrieben
mit automatischen Komponenten zur Leistungsbereitstellung und Kraftübertragung,
jedoch auch und insbesondere bei Fahrzeugen mit mehreren Antriebsquellen,
beispielsweise bei Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen sowie bei Fahrzeugen,
die mit mehreren Kraftstoffarten betrieben werden können.
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Des
Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
dem Fahrer Informationen über voraus liegende Fahrsituationen
oder konkrete Handlungsvorschläge zur Kenntnis bringen,
um ihn bei der Fahraufgabe zu unterstützen. Ein Beispiel
hierfür ist die Empfehlung, frühzeitig Gas wegzunehmen,
wenn eine Verringerung der Geschwindigkeit notwendig ist (beispielsweise
vor einer engen Kurve), oder eine zugkraftoptimale Gangempfehlung
bei einem Nutzfahrzeug.
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Bezüglich
der Optimierung der Fahrleistungen, des Energieverbrauches, des
Fahrkomforts oder der Reichweite ist es von großem Nutzen,
wenn die Position und Reihenfolge der zukünftig zu erwartenden
Fahrsituationen möglichst frühzeitig und für einen
möglichst großen Anteil der voraussichtlich zu befahrenden
Route bekannt sind. Von Interesse sind bspw. Änderungen
der Fahrtrichtung, der veränderte Fahrwiderstand an Steigungen,
Gefällen oder aufgrund unterschiedlicher, den Rollwiderstand
beeinflussender Fahrbahntypen sowie Teilstrecken, innerhalb derer
aufgrund gesetzlicher Begrenzungen oder aufgrund des Verkehrsumfelds
eine verminderte Fahrgeschwindigkeit zu erwarten ist.
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Im
besten Fall kann bei vollständiger Kenntnis der Abfolge
dieser Situationen bereits zu Beginn der Fahrt eine Ermittlung der
günstigsten Betriebsparameter für die gesamte
zu befahrende Strecke erfolgen, wobei während der Fahrt
bei Bedarf Korrekturen aufgrund der tatsächlichen Handlungen
des Fahrers vorgenommen werden können. Zusätzlich
zu der Information, welche Art von Fahrsituation eintreten wird,
ermöglicht eine Kenntnis der voraussichtlichen quantitativen
Eigenschaften dieser Fahrsituation, z. B. der Verlauf der Bahnkrümmung
oder des Fahrwiderstandes in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg,
eine präzise Ansteuerung von Antriebskomponenten während
der Fahrt.
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So
kann beispielsweise bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb vorab geplant
werden, welche Anteile der Antriebs- und Bremsleistung von dem Verbrennungsmotor
und von der Elektromaschine in Abhängigkeit von der Art
und Abfolge der Fahrsituationen und deren quantitativer Ausprägung
erbracht werden soll, um den Energieverbrauch für die gesamte
Fahrt zu minimieren oder um die Lebensdauer der Trakti onsbatterie
zu erhöhen. Ähnliche Möglichkeiten ergeben
sich für eine präzise Vorausberechnung des Energiebedarfs
und damit der Reichweite von Elektrofahrzeugen sowie bei der Verwendung von
gasförmigen oder anderen unkonventionellen Kraftstoffen,
insbesondere in Regionen, in denen die Dichte des Tankstellennetzes
für solche Kraftstoffe gering ist.
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Um
diese Vorausschau auch in Fahrzeugen des niedrigen und mittleren
Preissegments zu ermöglichen, werden die Vorausschau-Informationen mit
möglichst geringem Aufwand an Rechenleistung und Speicherplatz
sowie ohne die Verwendung kostenpflichtiger Daten erzeugt und bereitgestellt.
Vielmehr können die vielen in einem Fahrzeug bereits vorhandenen
Sensoren zur Erfassung von Fahrzustandsgrößen
verwendet werden.
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Im
Vergleich zu bisherigen Systemen, die Karteninformationen benützen,
findet eine Aufteilung in Teilstrecken und der Aufbau eines Wegenetzes
mit Knotenpunkten und Kanten erfindungsgemäß nicht statt.
Es ist also nicht Aufgabe der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, eine Wegenetzkarte zu erzeugen oder eine vorhandene
Wegenetzkarte zu modifizieren oder zu ergänzen.
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Vielmehr
werden erfindungsgemäß die Fahrsituationen lediglich
bezüglich ihrer Wirkung auf das Fahrzeug erfasst und gespeichert.
Beispielsweise ist es erfindungsgemäß weder vorgesehen
noch notwendig, zwischen einer Kurve und einem Abbiegevorgang zu
unterscheiden, da beide Ereignisse aus fahrdynamischer Sicht vergleichbare
Wirkungen am Fahrzeug erzeugen (z. B. eine erhöhte Giergeschwindigkeit).
Dies ist erfindungsgemäß mit einfacher Sensorik
möglich.
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Selbstverständlich
kann die Sensoreinrichtung auch andere bisher nicht genannte Sensoren umfassen,
die bspw. eine Umgebungserfassung durchführen. Solche Sensoren
können beispielsweise in Radarsystemen oder optischen Erfassungssystemen,
wie Kameras, Lidar, etc., gesehen werden. Diese Sensoren erlauben
die Erzeugung höherwertiger, nicht fahrzeugbezogener Informationen
und ermöglichen die Erkennung weiterer Situationen und Ereignisse,
die als Fahrsituationen im Fahrtprotokoll abgespeichert werden können.
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Unter
der Voraussetzung, dass eine bereits gespeicherte Abfolge von Fahrsituationen
bei erneutem Befahren entweder vom Fahrer oder von einer weiteren,
im Fahrzeug vorhandenen automatischen Einrichtung korrekt ausgewählt
wird, ermöglicht die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine Bereitstellung von Vorausschauinformationen über
die gesamte Distanz einer Fahrstrecke, falls für diese
Fahrstrecke eine Abfolge von Fahrsituationen gespeichert ist.
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Einer
der wesentlichen Vorteile der Erfindung ist es, dass die gestellte
Aufgabe unter Verwendung einfacher Sensoren und Informationen, die
ohnehin serienmäßig in vielen modernen Kraftfahrzeugen
vorhanden sind, gelöst wird, ohne dass zusätzliche,
vorab ermittelte Daten insbesondere zu einem Wegenetz oder zu Kurvenradien,
Steigungen, Verkehrsdichte oder Ähnlichem, notwendig sind.
Vielmehr erkennt die erfindungsgemäße Vorrichtung während
der Fahrt auftretende Fahrsituationen und speichert eine Mehrzahl
aufeinander folgender Fahrsituationen als Fahrtprotokoll in einem
Speicher. Mit jeder Fahrsituation werden zusätzlich der
Zeitpunkt und der geographische Ort des Auftretens gespeichert.
Weiterhin wird für jede Fahrsituation zusätzlich mindestens
ein Ordnungsmerkmal gespeichert, welches es ermöglicht,
die Abfolge der Fahrsituationen innerhalb eines Fahrtprotokolls
sowie die Wegstrecke, die jeweils seit der zuletzt gespeicherten
Fahrsituation zurückgelegt wurde, zu ermitteln. Des Weiteren
wird der quantitative Verlauf jeder erkannten Fahrsituation durch
eine geeignete mathematische Funktion angenähert und die
resultierenden Parameter dieser Annäherung ebenfalls mit
der Fahrsituation gespeichert. Zugunsten eines geringen Speicherbedarfs
werden nur solche Fahrsituationen gespeichert, die für
den späteren vorausschauenden Betrieb nützlich
sind, und es werden nur so viele Parameter gespeichert, dass eine
für die spätere Anwendung hinreichend genaue Wiederherstellung
des quantitativen Verlaufs einer Fahrsituation möglich
ist.
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Bei
erneutem Auftreten von gespeicherten Fahrsituationen werden die
gespeicherten Daten aktualisiert oder präzisiert. Wenn
bekannt ist, dass für die aktuell durchgeführ te
Fahrt bereits früher ein entsprechendes Fahrtprotokoll
gespeichert wurde, können gespeicherte Fahrsituationen
bereits frühzeitig vor deren erwartetem erneutem Eintreten
aus dem gespeicherten Fahrtprotokoll abgerufen werden und ermöglichen
die vorausschauende Beeinflussung der Betriebszustände
ausgewählter Kfz-Komponenten (im Folgenden zusammenfassend
als Vorausschaudaten-Verbraucher bezeichnet) sowie die Bereitstellung
von Informationen für den Fahrer. Dabei werden entweder
Steuerbefehle über eine geeignete Schnittstelle, insbesondere
ein Datennetzwerk, zu den Vorausschaudaten-Verbrauchern gesendet
oder der Fahrer wird über eine geeignete Mensch-Maschine-Schnittstelle
in geeigneter Weise informiert. Es versteht sich, dass hiermit auch
die Vorausplanung der Betriebsparameter für eine gesamte
gespeicherte Fahrt möglich ist.
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Wenn
nicht bekannt ist, ob die aktuelle Fahrt mit einer als Fahrtprotokoll
bereits früher gespeicherten Fahrt übereinstimmt,
so wird die erkannte Abfolge von Fahrsituationen als neues Fahrtprotokoll
gespeichert. Nach Beendigung dieser Fahrt kann durch Vergleich des
neuen Fahrtprotokolls mit früher gespeicherten Fahrtprotokollen
festgestellt werden, ob eine hinreichend genaue Übereinstimmung
vorliegt. In diesem Fall kann das neue Fahrtprotokoll entweder verworfen
oder für eine Verbesserung des gespeicherten Fahrtprotokolls
genutzt werden.
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Weiterhin
kann vorgesehen werden, dass ein gespeichertes Fahrtprotokoll, welches
innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums nur selten oder überhaupt
nicht erneut erkannt wird, aus dem Speicher gelöscht wird,
um Speicherplatz zu sparen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren gelöst,
das folgende Schritte aufweist: Erfassen von Fahrzustandsgrößen
entlang einer Fahrstrecke; Erfassen der Position des Fahrzeugs entlang
der Fahrstrecke; Ermitteln von Fahrsituations-Informationen für
die Fahrstrecke auf der Basis der erfassten Fahrzustandsgrößen, und
Abspeichern der ermittelten Fahrsituations-Informationen für
die Fahrstrecke zusammen mit der jeweiligen Position des Fahrzeugs
auf der Fahrstrecke in einer Speichereinrichtung zur Bildung eines
Fahrtprotokolls.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren besitzt die gleichen
Vorteile, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bereits beschrieben wurden. Es wird deshalb auf das
bereits Gesagte verwiesen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die in den Unteransprüchen
genannten Merkmale auch alleine ohne die anderen Merkmale des jeweiligen
Unteranspruchs verwendbar.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäße
Vorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung der Signalverarbeitung der Erfindung; und
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3 einen
beispielhaften Aufbau eines Fahrtprotokolls.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Erfassung und
Bereitstellung von Informationen über Fahrsituationen entlang
einer Fahrstrecke, wobei sich diese Vorrichtung vollständig innerhalb
eines Fahrzeugs 2 befindet. Ein Positionsbestimmungssystem 11 ermittelt
laufend den Ort, an dem sich das Fahrzeug befindet und übermittelt
diesen Ort an eine Rechnereinheit bzw. Computer 20. Weiterhin
kann das Positionsbestimmungssystem Informationen über
die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs
ausgeben. Eine Uhr 12 übermittelt die aktuelle
Zeit und das kalendarische Datum an den Computer 20. In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist diese Uhr als Bestandteil des
Positionsbestimmungssystems 11 ausgeführt, da
insbesondere satellitengestützte Positionsbestimmungssysteme
wie GPS die Uhrzeit und das Datum von Satelliten empfangen und ausgeben
können. Das Positionsbestimmungssystem 11 kann
wiederum entweder als eigenständige Komponente ausgeführt
sein oder in einer vorteilhaften Ausgestaltung Bestandteil eines
weiteren Fahrzeugsystems sein, beispielsweise eines Mobiltelefons
mit ortsbasierter Notruf-Funktion.
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Weiterhin
ist ein Sensor 13 für die Messung der Drehgeschwindigkeit
des Fahrzeugs um seine vertikale Achse (Gierrate) vorhanden, welcher
in Verbindung mit dem Positionsbestimmungssystem 11 eine
Erkennung und Quantifizierung von Fahrsituationen ermöglichen,
bei denen einer Änderung der Fahrtrichtung eintritt. Insbesondere
dann, wenn die Fahrgeschwindigkeit nicht mit ausreichender Genauigkeit
aus dem Signal des Positionsbestimmungssystems ableitbar ist, kann
zusätzlich ein Sensor für die Fahrzeuggeschwindigkeit 14 vorgesehen
werden.
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Weiterhin
wird von einer, in nahezu allen neuen Fahrzeugen vorhandenen Motorsteuerung 15 die
aktuelle Motordrehzahl und die Motorlast an den Computer 20 übermittelt.
In Verbindung mit einem Geschwindigkeitssignal kann die notwendige
Antriebskraft abgeschätzt werden, um Fahrsituationen mit
erhöhtem oder verringertem Fahrwiderstand zu erkennen und
zu quantifizieren. Zur Verbesserung dieser Abschätzung,
insbesondere wenn die Masse des Fahrzeugs nicht bekannt ist, oder
wenn das Lastsignal von der Motorsteuerung ungenau ist, kann zusätzlich
ein weiterer Sensor 16 für die Fahrzeuglängsbeschleunigung
oder für die Fahrzeugneigung in Längsrichtung
vorgesehen werden, z. B. um den Anteil von Steigungen an dem Fahrwiderstand zu
ermitteln.
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Die
Motorsteuerung 15 kann auch eine Mehrzahl von Steuergeräten
umfassen, insbesondere wenn in dem Fahrzeug mehr als ein Antriebsaggregat
vorhanden ist, beispielsweise bei einem Hybridfahrzeug.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Systems sind die Sensoren für die Gierrate, die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Längsbeschleunigung als Bestandteile eines ohnehin
vorhandenen Fahrzeugsystems ausgeführt, insbesondere einer
Fahrdynamikregelung (beispielsweise unter dem Markennamen ESP bekannt).
Alle Informationen, die von in der Sensoreinrichtung 10 enthaltenen
Komponenten zu dem Computer 20 übermittelt werden,
werden im Folgenden unter dem Begriff Rohdaten zusammengefasst.
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Weiterhin
ist der Computer 20 mit einer Vorrichtung 60 zur
Auswahl eines gespeicherten Fahrtprotokolls verbunden. Diese Vorrichtung
verfügt über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle,
mit deren Hilfe der Fahrer das Protokoll einer gespeicherten Fahrt aus
einer Mehrzahl von Fahrtprotokollen auswählen kann. Zusätzlich
kann vorgesehen werden, dass der Fahrer für eine gespeicherte
Fahrt eine Bezeichnung vergeben kann, z. B. ”Wohnung-Arbeitsplatz”.
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Die
Vorrichtung 60 kann Bestandteil einer im Fahrzeug ohnehin
vorhandenen Ein- und Ausgabevorrichtung sein, beispielsweise eines
Bordcomputers.
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Die
Ein- und Ausgabe der Vorrichtung 60 kann wahlweise als
optische Anzeige mit Eingabemöglichkeit über Tasten
oder über einen berührungsempfindlichen Bildschirm,
als Sprachein- und Ausgabe oder auf andere Weise ausgestaltet sein
kann.
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Bei
einer sinnvollen Weiterbildung des Verfahrens kann die Vorrichtung
60 so
ausgestaltet sein, dass die Erkennung und Auswahl eines gespeicherten
Fahrtprotokolls bereits zum Beginn der Fahrt durch ein automatisches
System vorgenommen wird, wobei hierfür bekannte Verfahren
zum Einsatz kommen können, wie bspw. aus
DE 10 2004 036 825 A1 ,
DE 103 53 680 A1 ,
oder
US 2006/017
88 24 A1 bekannt.
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Auf
dem Computer 20 wird ein Computerprogramm ausgeführt,
welches zur Durchführung des in 2 und 3 näher
beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Der Computer 20 ist
mit einem Speicher 30 verbunden, in dem Fahrsituationen
und Fahrtprotokolle gespeichert und wieder abgerufen werden können.
Der Speicher 30 ist so ausgestaltet, dass die gespeicherten
Informationen auch nach dem Ende einer Fahrt und dem Abstellen des
Fahrzeugs gespeichert bleiben, beispielsweise als Flash-Speicher.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung sind der Computer 20 und der
Speicher 30 Bestandteile eines ohnehin im Fahrzeug vorhandenen
elektronischen Systems, beispielsweise eines Bordcomputers oder
eines Steuergerätes.
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Es
versteht sich, dass die in 1 dargestellten
Verbindungen zwischen den Komponenten wahlweise mittels direkter
Leitungen, mittels eines Datennetzwerks (Bussystem) oder mittels
drahtloser Verbindungseinrichtungen (z. B. Bluetooth) ausgeführt
sein können.
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Es
wird nun nachfolgend auf 2 Bezug genommen. Im Computer 20 werden
die von der Sensoreinrichtung 10 bereitgestellten Rohdaten
verarbeitet, sobald diese Daten zur Verfügung stehen, was
in der Regel der Fall ist wenn die Fahrzeug-Elektronik aktiviert
wird. Die Verarbeitung der gelieferten Rohdaten durch den Computer
kann in die drei Verarbeitungsschritte ”Erkennen”, ”Verbessern” und ”Vorausschauen” aufgeteilt
werden, die im Folgenden beschrieben werden. In einer Ausgestaltung
der Erfindung wird jeder der genannten Verarbeitungsschritte in
einem eigenen Rechenprozess realisiert, wobei die Rechenprozesse
gleichzeitig ausgeführt werden können, und wobei
Daten mittels der Datenübergabe 6 zwischen den
Rechenprozessen ausgetauscht werden können, beispielsweise
indem vorgesehen wird, dass alle Rechenprozesse einen gemeinsam
genutzten Speicher beschreiben und lesen können.
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Zunächst
werden alle Rohdaten in einem Rohdatenspeicher 21 gespeichert.
Ab dem Beginn der Rohdatenspeicherung werden diese gespeicherten
Daten von dem im Computer 20 des erfindungsgemäßen
Systems ablaufenden Rechenprozess ”Erkennen” 22 fortwährend
auf Merkmale überprüft, die für relevante
Fahrsituationen charakteristisch sind. Die Merkmale werden durch
die Kombination aus Daten von mindestens einem der Sensoren 10 gebildet. Eine
relevante Fahrsituation im Sinne des erfindungsgemäßen
Systems ist ein zeitlich und räumlich abgrenzbares Ereignis,
welches durch Beobachtung der Verläufe von zwischengespeicherten
Rohdaten 21 erkannt werden kann.
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Beispiele
für Klassen von Fahrsituationen im Sinne dieser Definition
sind:
- • Fahrtrichtungsänderung,
verursacht z. B. durch Befahren einer Kurve, Abbiegen, Ein- und
Ausfahren aus einer Autobahn
- • Veränderter Fahrwiderstand, verursacht z.
B. durch Steigung/Gefälle, Wechsel des Fahrbahnbelags
- • Beschleunigung oder Verzögerung auf eine neue
Zielgeschwindigkeit und Fahrt mit dieser neuen Zielgeschwindigkeit,
verursacht z. B. durch eine Änderung der zulässigen
Höchstgeschwindigkeit, eine Verengung der Fahrbahn oder ähnliches
- • Anhaltesituation, verursacht z. B. durch die Annäherung
an eine Kreuzung, eine Lichtsignalanlage, beim Erreichen des Fahrtziels,
oder ähnliches
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Eine
relevante Fahrsituation gemäß dieser Definition
wird gemäß 3 durch
folgende Informationen beschrieben: a) eine Fahrsituationsklasse
aus einer Mehrzahl von Fahrsituationsklassen, welcher das Ereignis
zugeordnet wird, b) den Ort, an dem sich das Fahrzeug am Beginn
einer Fahrsituation befunden hat, angegeben in einem erdfesten Koordinatensystem,
c) das kalendarische Datum und die Uhrzeit bei Beginn der Fahrsituation
sowie die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende einer Fahrsituation,
d) einen Zähler, welcher angibt, wie oft das Fahrzeug eine gespeicherte
Fahrsituation am selben Ort erkannt hat, e) eine Zuverlässigkeits-Kennzahl,
welche umso größer ist, je öfter die
Fahrsituation am gleichen Ort wiedererkannt wurde, und je genauer
die Parameter der aktuell erkannten Fahrsituation mit den Parametern
der früher gespeicherten Fahrsituation übereinstimmen,
f) wenigstes ein Ordnungsmerkmal, das eine Beziehung zwischen der
Fahrsituation und weiteren gespeicherten Fahrsituationen herstellt
und es bei späteren Fahrten ermöglicht, festzustellen,
in welcher zeitlichen Reihenfolge und nach welcher Fahrstrecke die
jeweils nächsten Situationen voraussichtlich eintreten
werden und g) zusätzliche Informationen zu der Fahrsituation,
welche aus den Rohdaten erzeugt werden und welche die Fahrsituation
genauer beschreiben, und welche im Folgenden als Parameter der Fahrsituation
bezeichnet werden, beschrieben.
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Die
Anzahl und Bedeutung dieser Parameter ist abhängig von
der Fahrsituationsklasse und von der Art und Weise, in der die Information
genutzt werden soll. Die Anzahl der Parameter kann auch null betragen.
Erfindungsgemäß werden für jede Fahrsituation
nur wenige Parameter gespeichert, um den Speicherplatzbedarf gering
zu halten. In der Regel werden die Parameter als Koeffizienten von
mathematischen Näherungsfunktionen, z. B. von Polynomen,
oder als statistische Größen, z. B. Minimal- oder
Maximalwert, gespeichert.
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Sobald
eine relevante Fahrsituation 22 erkannt wurde, werden die
vorstehend beschriebenen Informationen a) bis g) zu einem Fahrsituations-Datensatz
zusammengefasst. Die zu der Fahrsituation gehörenden Rohdaten
im Rohdatenspeicher 21 sind nicht Bestandteil dieses Fahrsituations-Datensatzes und
werden nach der Bildung des Fahrsituations-Datensatzes gelöscht.
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Sobald
ein neuer Fahrsituations-Datensatz im Zwischenspeicher vorhanden
ist, wird dies dem Rechenprozess ”Verbessern” 23 signalisiert.
Dieser prüft, ob die neu erkannte Fahrsituation am gleichen Ort
bereits zu einem früheren Zeitpunkt eingetreten war. Hierzu
wird der neue Fahrsituationsdatensatz mit weiteren Fahrsituations-Datensätzen
verglichen, die in dem aktuell ausgewählten, in dem Speicher 30 gespeicherten,
Fahrtprotokoll enthalten sind. Verglichen werden hierbei i) die
Fahrsituationsklasse, ii) wenigstens eine Information, die es ermöglicht
festzustellen, ob der frühere und der aktuelle Ort des
Auftretens übereinstimmen und, bei zeitabhängige
Fahrsituationen, iii) wenigstens eine Information, die es ermöglicht
festzustellen ob das Zeitmerkmal der gespeicherten Fahrsituation
mit des aktuellen Zeitpunkt des Auftretens hinreichend genau übereinstimmen (z.
B. bezüglich der Uhrzeit oder des Wochentags).
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Wenn
der Vergleich ergibt, dass die neu erkannte Fahrsituation am gleichen
Ort und, bei zeitabhängigen Fahrsituationen, mit hinreichend
genau übereinstimmendem Zeitmerkmal, bereits früher
aufgetreten war, so wird aus dem Datensatz der neu erkannten Fahrsituation
und dem Datensatz der früher gespeicherten Fahrsituation
ein modifizierter Datensatz durch eine gewichtete Zusammenführung
der Datensätze gebildet. Anschließend wird im
Fahrtprotokollspeicher 30 der alte Datensatz durch den
modifizierten Datensatz ersetzt. Hierbei wird auch der Situationszähler
um eins erhöht und die Qualitätskennzahl neu berechnet.
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Bei
zeitabhängigen Fahrsituationen werden mehrere Sätze
von Parametern erzeugt, die sich durch ein zusätzliches,
zeitbezogenes Merkmal unterscheiden, z. B. für verschiedene
Tageszeiten (morgens, mittags, usw.), für verschiedene
Wochentage oder für verschiedene Jahreszeiten.
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Wenn
der Vergleich ergibt, dass die neu erkannte Fahrsituation am gleichen
Ort früher noch nicht eingetreten war, so wird ein neuer
Datensatz für die neu erkannte Fahrsituation angelegt und
in das ausgewählte Fahrtprotokoll eingefügt.
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Um
festzustellen ob gespeicherte Fahrsituationen im weiteren Verlauf
der aktuellen Fahrt voraussichtlich erneut eintreten werden, wird
ein weiteres Computerprogramm 24 aktiviert, dessen Aufgabe
es ist, die räumlich-zeitliche Abfolge der Fahrsituationen zu
ermitteln, welche in dem ausgewählten, in dem Speicher 30 vorhandenen
Fahrtprotokoll enthalten sind. Dies erfolgt, indem das mit jeder
Fahrsituation gespeicherte Ordnungsmerkmal „zurückgelegte Fahrstrecke” ausgewertet
wird. Wenn die Gesamtheit der zu den Fahrsituationen gespeicherten
Qualitätsmerkmale auf eine ausreichende Qualität
der Daten in einem gespeicherten Fahrtprotokoll hinweist, so wird
mindestens eine dieser räumlich geordneten Fahrsituationen über
eine Datenleitung 6 den Vorausschauverbrauchern 40 für
einen vorausschauenden Betrieb übermittelt. Weiterhin kann
für den Fahrer 1 ebenfalls Vorausschau-Information über
eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 50 bereitgestellt werden.
Die Übermittlung erfolgt entweder auf Anfrage des Vorausschau-Verbrauchers
oder automatisch, z. B. in Abhängigkeit von der mutmaßlichen
Entfernung, die das Fahrzeug noch bis zu mindestens einer erwarteten
Fahrsituation zurückzulegen hat, oder in vorgebbaren Zeitabständen.
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Einzelne
gespeicherte Fahrsituationen können vom Computer 20 selbsttätig
wieder aus dem Speicher 30 gelöscht werden, wenn
der Zeitpunkt, an dem eine Fahrsituation erstmals erkannt oder wenn die
letzte Wiedererkennung länger zurückliegt als
ein vorgebbarer Zeitraum (veraltete Fahrsituation). Zusätzlich
kann das mit der Fahrsituation gespeicherte Zuverlässigkeitsmerkmal
für die Entscheidung herangezogen werden, ob eine Fahrsituation
gelöscht wird. Des Weiteren können gespeicherte
Fahrtprotokolle vom Computer 20 selbsttätig wieder
aus einem Speicher 30 gelöscht werden, wenn diese
innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums nicht erneut ausgewählt
wurden. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, dass der Speicherplatzbedarf
in dem Speicher 30 nicht durch selten auftretende oder
unsichere Einträge immer weiter ansteigt.
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Bei
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems
ermöglichen Sensoren für Umgebungserfassung, bspw.
Radar, Kamera, etc., in der Sensoreinrichtung 10 die Erzeugung
höherwertiger, nicht fahrzeugbezogener Informationen und
ermöglicht in dem Rechenprozess 22 die Erkennung
weiterer Situationen und Ereignisse.
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In 3 ist
beispielhaft ein Fahrtprotokoll des erfindungsgemäßen
Systems dargestellt. Im Fahrtprotokoll wird die räumlich-zeitliche
Abfolge der erkannten Fahrsituationen festgehalten. Die erkannten
und im Speicher gespeicherten Fahrsituationen werden mit den zugeordneten
Informationen Uhrzeit und Wochentag des Erkennens der Situation,
geographische Position der erkannten Fahrsituation, Beschreibung
der quantitativen Ausprägung der Fahrsituation (Parameter)
und einem Ordnungsmerkmal, basierend auf der zurückgelegten
Fahrstrecke, eindeutig im Fahrtprotokoll abgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19916967
C1 [0007, 0010]
- - DE 10051777 A1 [0008]
- - DE 102005049458 A1 [0008]
- - DE 102006058304 A1 [0011]
- - DE 19938261 [0013]
- - DE 10034499 A1 [0014]
- - DE 102004036825 A1 [0056]
- - DE 10353680 A1 [0056]
- - US 2006/0178824 A1 [0056]