DE102010027777A1

DE102010027777A1 - Verfahren und Informationssystem zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route

Info

Publication number: DE102010027777A1
Application number: DE201010027777
Authority: DE
Inventors: Bettina Rentel; Markus Stepen; Andreas Engelsberg; Lothar Vogt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-20

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt vorgeschlagen, das einen Schritt des Auswählens mindestens eines Routenabschnitts aus einer Mehrzahl von Routenabschnitten einer Datenbasis unter Berücksichtigung einer Energieverbrauchsinformation, die dem mindestens einen Routenabschnitt zugeordnet ist, um die verbrauchsoptimierte Route zwischen dem Startpunkt und dem mindestens einen Zielpunkt zu ermitteln, aufweist. Dabei ist jedem Routenabschnitt der Mehrzahl von Routenabschnitten eine Energieverbrauchsinformation (510; 610) zugeordnet.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Startpunkt und mindestens einem Zielpunkt, auf ein entsprechendes Informationssystem sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Die Druckschrift US 2007/0299599 A1 beschreibt ein Routenplanungssystem, das mit Hilfe einer Datenbank arbeitet, die Beobachtungen über von Fahrern gewählte Routen enthält. Daraus werden in Bezug auf einen Kontext oder eine Bevorzugung relevante Routen erzeugt. Eine Routenerzeugungskomponente greift für eine Berechnung bevorzugter Routen zwischen zwei geographischen Punkten auf in der Datenbank gespeicherte Geschwindigkeiten, Kontextinformationen und weitere Erkenntnisse zurück. Kontextinformationen können auch Tageszeiten und Wochentage von Routen sein.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt, weiterhin ein Informationssystem, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Kern der Erfindung ist ein Navigationsverfahren und eine Navigation zur Bestimmung einer Route zwischen einem Start- und Zielpunkt unter Berücksichtigung des Energieverbrauches eines Fahrzeugs. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Routenführung in Bezug auf den Energieverbrauch und in Bezug auf eine Fahrzeit optimiert werden kann, wenn bei der Ermittlung der Route ein Einfluss der auf der Route voraussichtlich herrschenden Verkehrssituation auf den Energieverbrauch berücksichtigt wird.
Der erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht somit im Gegensatz zur Routensuche mit reiner Verbrauchsoptimierung anhand von fahrzeugbezogenen Verbrauchsmodellen eine zusätzliche Einbeziehung der Verkehrssituation bei der Routenermittlung. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich vermeintlich optimale Routen in der Praxis als nachteilig hinsichtlich Verbrauch und/oder Zeit erweisen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Startpunkt und mindestens einem Zielpunkt, das den folgenden Schritt umfasst: Auswählen mindestens eines Routenabschnitts aus einer Mehrzahl von Routenabschnitten einer Datenbasis, unter Berücksichtigung einer Energieverbrauchsinformation, die dem mindestens einen Routenabschnitt zugeordnet ist, um die verbrauchsoptimierte Route zwischen dem Startpunkt und dem mindestens einen Zielpunkt zu ermitteln, wobei jedem Routenabschnitt der Mehrzahl von Routenabschnitten eine Energieverbrauchsinformation zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in einem Informationssystem, das ein Navigationssystem eines Fahrzeugs oder ein Navigationsgerät darstellen kann, durchgeführt werden. Der Startpunkt und der mindestens eine Zielpunkt können von einem Benutzer über eine Benutzerschnittstelle eingegeben werden oder von dem Informationssystem bestimmt werden. Die Datenbasis kann beispielsweise von einer CD oder einem anderen digitalen Datenträger ausgelesen werden. Bei den Routenabschnitten kann es sich um Strecken zwischen Verzweigungspunkten eines Routenverlaufs handeln, an denen eine Wahlmöglichkeit zwischen mindestens zwei weiterführenden Routenverläufen besteht. Die zu ermittelnde verbrauchsoptimierte Route kann aus mehreren der Routenabschnitte zusammengesetzt sein. Der ausgewählte mindestens eines Routenabschnitt kann zwischen dem Startpunkt und dem mindestens einen Zielpunkt gelegen sein, um Teil der zu ermittelnden verbrauchsoptimierten Route zu werden. Unter der verbrauchsoptimierten Route kann eine Fahrt zwischen dem Startpunkt und dem oder den Zielpunkten verstanden werden, deren Verlauf so gewählt wird, dass der insgesamte Energieverbrauch des Fahrzeugs auf der Route möglichst gering ist. Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch können z. B. eine Verkehrsdichte auf einem bestimmten Routenabschnitt zu einer bestimmten Tageszeit oder ein Vorhandensein von Baustellen auf einem bestimmten Routenabschnitt sein. Eine Addierung der den Routenabschnitten einer gewählten Route zugeordneten Energieverbrauchsinformationen kann einen Hinweis auf den zu erwartenden Energieverbrauch für die gesamte Route geben. Generell wird der Energieverbrauch durch ein häufiges Abbremsen und Beschleunigen erhöht. Die Energieverbrauchsinformation kann z. B. in einer zu erwartenden benötigten Litermenge Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor für einen bestimmten Routenabschnitt und eine bestimmte Tageszeit angegeben werden. Somit kann die Energieverbrauchsinformation den für den bestimmten Routenabschnitt benötigten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs bestimmen. Im Falle eines Elektroantriebs liefert die Energieverbrauchsinformation beispielsweise die für den bestimmten Routenabschnitt benötigten Kilowattstunden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Energieverbrauchsinformation eine Mehrzahl von Energieverbrauchswerten umfassen, die unterschiedlichen Tageszeiten zugeordnet sind. Eine Summe der einzelnen Energieverbrauchswerte kann beispielsweise als Ganglinie in einem Koordinatensystem dargestellt werden. Dabei können z. B. für einen zugeordneten Routenabschnitt die 24 Stunden eines Tages in 5-Minuten-Intervallen unterteilt sein und für jedes 5-Minuten Intervall kann ein Delta eines Energieverbrauchs angegeben sein. Die Ganglinie, eine die Ganglinie abbildende Funktion oder eine der Ganglinie entsprechende Wertetabelle kann mit der Datenbasis zur Verfügung gestellt werden.
Ferner kann die Energieverbrauchsinformation einen absoluten Energieverbrauch eines Fahrzeugs auf dem zugeordneten Routenabschnitt repräsentieren. Der absolute Energieverbrauch kann z. B. als ein zu erwartender Benzinverbrauch in Litern für den zugeordneten Routenabschnitt angegeben werden. Der absolute Energieverbrauch kann als ein Durchschnittswert betrachtet werden, der aus einer Vielzahl von Historiendaten von Fahrzeugen, die den Routenabschnitt zu einer bestimmten Tageszeit befahren haben, gewonnen worden sein kann. Der Durchschnittswert kann gewichtet werden, um den zu erwartenden Energieverbrauch an das eigene Fahrzeug anzupassen.
Auch kann die Energieverbrauchsinformation einen Energiemehrverbrauch bezüglich eines minimalen Energieverbrauchs repräsentieren. Dabei kann der minimale Energieverbrauch einen absoluten Energieverbrauch des Fahrzeugs auf dem zugeordneten Routenabschnitt repräsentieren, wenn auf dem zugeordneten Routenabschnitt freie Fahrt gegeben ist. So kann bei einer den Energieverbrauch illustrierenden Ganglinie ein auf der Abszisse verlaufender Abschnitt der Ganglinie einen minimalen Energieverbrauch repräsentieren, der bei optimalen Verkehrsbedingungen vorliegt. Ein Energiemehrverbrauch liegt in diesem Fall dann vor, wenn die Ganglinie eine Abweichung von der Abszisse aufweist. Aus der Abweichung kann ein Energieverbrauchsdelta ermittelt werden, das tageszeitabhängig in der Datenbasis hinterlegt sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Energieverbrauchsinformation abhängig von einer Charakteristik eines Verkehrsflusses auf dem zugeordneten Routenabschnitt sein. Unter der Charakteristik kann dabei ein Ausmaß einer freien Fahrt gegenüber Verzögerungen durch erhöhtes Verkehrsaufkommen verstanden werden. Die Charakteristik kann ebenfalls mit Hilfe einer Ganglinie dargestellt werden, die sich aus Prozentwerten des Ausmaßes einer freien Fahrt zusammensetzen kann. Dabei können z. B. für einen zugeordneten Routenabschnitt die 24 Stunden eines Tages in 5-Minuten-Intervallen unterteilt sein und für jedes 5-Minuten-Intervall kann ein Prozentsatz eines freien Flusses des Verkehrs angegeben sein.
Ferner kann die Energieverbrauchsinformation einen im Wesentlichen indirekt proportionalen Wert zu einer durch eine Verkehrsdichte auf dem Routenabschnitt gegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit repräsentieren. Dabei kann die Durchschnittsgeschwindigkeit aus einem in Prozentahlen ausgedrückten Vorhandensein einer freien Fahrt ermittelt werden, wobei die freie Fahrt durch die zulässige Höchstgeschwindigkeit begrenzt wird. Beispielsweise kann die Energieverbrauchsinformation einen zu der Durchschnittsgeschwindigkeit inversen Wert darstellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Schritt des Auswählens zwischen zwei möglichen Routenabschnitten derjenige Routenabschnitt ausgewählt werden, dem die in Bezug auf einen Energiegesamtverbrauch günstigere Energieverbrauchsinformation zugeordnet ist. Dabei kann in dem Schritt des Auswählens an jedem Verzweigungspunkt eine Auswahl zwischen mindestens zwei möglichen Routenabschnitten erfolgen. Somit kann die Energieverbrauchsinformation bereits bei der Routenberechnung berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Mehrzahl von unterschiedlichen Routen zwischen dem Startpunkt und dem mindestens einen Zielpunkt aufweisen. Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Bestimmens eines Energiegesamtverbrauchs jeder der unterschiedlichen Routen, basierend auf den Energieverbrauchsinformationen, aufweisen. Dabei kann in dem Schritt des Auswählens diejenige der unterschiedlichen Routen mit dem geringsten Energiegesamtverbrauch als die verbrauchsoptimierte Route ausgewählt werden. Dabei können sich die unterschiedlichen Routen in mindestens einem Routenabschnitt unterscheiden. In diesem Fall können zuerst mögliche Routen nach bekannten Kriterien ermittelt werden. Anschließend kann mit Hilfe der Energieverbrauchsinformationen diejenige Route ausgewählt werden, die den geringsten Energiegesamtverbrauch aufweist.
Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Anpassens der Energieverbrauchsinformation an eine Fahrzeugeigenschaft des Fahrzeugs, für das die verbrauchsoptimierte Route ermittelt wird, aufweisen. Durch die Fahrzeugeigenschaft kann ein durchschnittlicher Energieverbrauch oder die Antriebsart eines bestimmten Fahrzeugtyps berücksichtigt werden. Somit kann das Verfahren beispielsweise an Hybridfahrzeuge angepasst werden, die mit einer Technologie ausgestattet sind, die eine Energierückgewinnung aus dem Bremsvorgang ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform kann jedem Routenabschnitt eine Straßenklasseninformation zugeordnet sein. Entsprechend kann in dem Schritt des Auswählens der mindestens eine Routenabschnitt ferner unter Berücksichtigung der Straßenklasseninformation ausgewählt werden. Vorteilhafterweise kann so beispielsweise vermieden werden, dass der Verkehr aufgrund eines geringeren Energieverbrauchs in die Straßen von Wohngebieten umgeleitet wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Informationssystem, insbesondere ein Navigationsgerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Navigationsgeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf eifern Fahrerinformationssystem ausgeführt wird. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werd, wenn das Programm ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen Beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Sammlung von Geschwindigkeitsprofilen;
3 eine gesonderte Darstellung eines Geschwindigkeitsprofils;
4 ein Fundamentaldiagramm zu dem Zusammenhang zwischen Verkehrsfluss und Verkehrsdichte;
5 ein Diagramm für einen Verlauf einer Verbrauchsganglinie; und
6 ein Diagramm zum Vergleich einer Verbrauchsganglinie und einer Geschwindigkeitsganglinie.
Inder nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 100 stellt ein Navigationsverfahren dar, bei dem in einem ersten Schritt 110 ein Zugriff auf eine Datenbasis ermöglicht wird, die eine Mehrzahl von Routenabschnitten aufweist. Jedem Routenabschnitt ist dabei mindestens eine Energieverbrauchsinformation zugeordnet. Beispielsweise können jedem Routenabschnitt für unterschiedliche Tageszeiten unterschiedliche Energieverbrauchsinformationen zugeordnet sein. Somit können unterschiedliche Verkehrsflusssituation berücksichtigt werden, die auf dem betreffenden Routenabschnitt zu unterschiedlichen Tageszeiten typischerweise auftreten. Die Datenbasis kann einmalig zur Verfügung gestellt werden, so dass bei weiteren Ausführungen des Verfahrens darauf zurückgegriffen werden kann. In einem zweiten Schritt 120 erfolgt eine Auswahl mindestens eines Routenabschnitts aus der Mehrzahl von Routenabschnitten. Der mindestens eines Routenabschnitt kann mittels eines bekannten Algorithmus zur Bestimmung der Route zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt ausgewählt werden, wobei erfindungsgemäß bei der Auswahl zumindest zusätzlich die Energieverbrauchsinformation berücksichtigt wird, die dem mindestens einen Routenabschnitt zugeordnet ist. Zur Ermittlung der Route zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt kann eine Auswahl einer Mehrzahl von Routenabschnitten aus der Datenbasis erforderlich sein. Somit kann der Schritt 120 mehrfach wiederholt ausgeführt werden. Indem bei der Auswahl des oder der Routenabschnitte jeweils die Energieinformation des jeweiligen Routenabschnitts berücksichtigt wird, kann die Route zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt verbrauchsoptimiert ermittelt werden. Sind dem oder zumindest einigen der Routenabschnitten unterschiedliche tageszeitabhängige Energieverbrauchsinformationen zugeordnet, so können für unterschiedliche Tageszeiten unterschiedliche verbrauchsoptimierte Routen ermittelt werden. Wird die Fahrt zwischen dem Start und dem Ziel zu unterschiedlichen Tageszeiten begonnen, so können aufgrund unterschiedlicher Verkehrssituationen und somit unterschiedlichen Energieverbrauchswerten unterschiedliche verbrauchsoptimierte Routen ermittelt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Energieverbrauchsinformation zu den einzelnen Routenabschnitten aus Geschwindigkeitsprofilen ermittelt, die aus den Geschwindigkeitsdaten von Fahrten einer Vielzahl von Fahrzeugen auf jedem Routenabschnitt gewonnen wurden.
2 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Auswahl solcher Geschwindigkeitsprofile. Die Geschwindigkeitsprofile sind in einem Diagramm 200 in einem Koordinatensystem dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Geschwindigkeitsganglinien 210 der Vielzahl von Geschwindigkeitsganglinien mit einem Bezugszeichen versehen ist. Auf der Abszisse des Koordinatensystems ist ein Verlauf von 24 Stunden eines Tages in einer Fünf-Minuten-Skalierung aufgetragen. Auf der Ordinate ist ein Prozentsatz eines freien Verkehrsflusses in Zehn-Prozent-Schritten, beispielsweise von 40% bis 100% aufgetragen. Der minimale Wert kann auch oberhalb oder unterhalb von 40% liegen.
Die in 2 gezeigten Ganglinie 210 stellen die erreichbaren Durchschnittsgeschwindigkeiten auf Strecken- bzw. Routenabschnitten, und damit einer Strecke, zu bestimmten Zeiten dar. Typisch ist eine Wochentag-Aufzeichnung über 24 Stunden. Aber auch andere Zeiten, z. B. Ferien, und Skalierungen ließen sich abbilden.
Die in 2 dargestellten Geschwindigkeitsganglinien 210 basieren nicht auf den erlaubten Höchstgeschwindigkeiten, sondern auf den tatsächlich erreichten Durchschnittsgeschwindigkeiten für eine Straße bzw. einen Routenabschnitt. Die Grundlage hierfür können anonym erhobene, historische Geschwindigkeitsprofile bilden. Um dies zu ermöglichen, haben z. B. Hersteller von Navigationssystemen diese Daten über mehrere Jahre hinweg von Navigationsgeräte-Nutzern gesammelt. Diese Informationen sind in Form von Geschwindigkeitsprofilen für alle Straßenklassen, soweit historische Geschwindigkeitsprofile vorliegen, abgelegt. Die Informationen sind für jeden Tag der Woche in Fünf-Minuten-Intervallen abgelegt. Eine Kennzeichnung von „Jahreszeiten” ist nicht vorhanden. Dies wäre jedoch möglich.
Aus der Darstellung in 2 ist ersichtlich, dass die für einen Routenabschnitt ermittelten einzelnen Geschwindigkeitsganglinien 210 sehr unterschiedliche Charakteristiken aufweisen. So bewegen sich einige der Geschwindigkeitsganglinien 210 im Tagesverlauf relativ gleichmäßig nach der 100%-Marke des Prozentsatzes eines freien Verkehrsflusses. Andere der Geschwindigkeitsganglinien 210 wiederum weisen zu bestimmten Tageszeiten einen stark veränderlichen Verlauf mit Abweichen in Richtung der 40% Marke des Prozentsatzes eines freien Verkehrsflusses auf. Die meisten der Geschwindigkeitsganglinien 210 weisen in der Früh und am Abend zu den typischen Berufsverkehrszeiten einen verringerten oder verlangsamten Verkehrsfluss auf. In diesen Zeiten kommt es durch das erhöhte Verkehrsaufkommen zu häufigen Brems- und Beschleunigungsvorgängen, die den Energieverbrauch erhöhen. Die Darstellung von Ganglinien in 2 ist aus „Tele Atlas” entnommen.
3 zeigt in Form eines Diagramms 300 ein Beispiel eines typischen Verlaufs einer ausgeprägten Geschwindigkeitsganglinie 210. Wiederum ist auf der Abszisse ein Verlauf von 24 Stunden in einer Fünf-Minuten-Skalierung aufgetragen und auf der Ordinate ein Prozentsatz eines freien Verkehrsflusses in Zehn-Prozent-Schritten von 40% bis 100%. In dem Diagramm 300 ist ein Verlauf einer Durchschnittsgeschwindigkeit 310 ohne Störungen im Verkehrsfluss über den gesamten Tagesverlauf aufgetragen. Diese maximale Durchschnittsgeschwindigkeit 310 ist liegt auf Höhe der 100%-Marke des Prozentsatzes eines freien Verkehrsflusses. Die Geschwindigkeitsganglinie 210 repräsentiert ein Durchschnittsgeschwindigkeitsprofil einer Vielzahl von Fahrzeugen auf dem Routenabschnitt im Tagesverlauf. Während der Nachtzeit zeigt die Geschwindigkeitsganglinie 210 den maximal möglichen freien Verkehrsfluss an. Das bedeutet, dass eine maximal erreichbare Durchschnittsgeschwindigkeit im Wesentlichen durch vorgeschriebene Geschwindigkeitsbeschränkungen sowie den Straßenverlauf beschränkt wird. Während der Tageszeit zeigt die Geschwindigkeitsganglinie 210 einen verringerten Verkehrsfluss an. Dies führt dazu, dass aufgrund des erhöhten Verkehrsaufkommens nur noch eine geringere als die maximal erreichbare Durchschnittsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Die Geschwindigkeitsganglinie 210 weist zwei Tiefpunkten oder Minimalwerte auf, die mit Δ1 bzw. Δ2 bezeichnet sind.
Δ1 und Δ2 der in 3 exemplarisch abgebildeten Abweichungen im Verlauf der Geschwindigkeitsganglinie 210 ergeben sich durch Störungen. wie z. B. eine sehr hohe Verkehrsdichte o. ä. Es ist offenkundig, dass in solchen Situationen der Fluss einer Fahrt eines Fahrzeuges eher ungleichförmig ist. Die Größe des Deltas oder der Abweichung ist ein indirektes Maß für die Ungleichförmigkeit des Fahrtflusses. Zudem ist bekannt, dass ungleichförmiges Fahren zu deutlich höherem Energieverbrauch führt. Das bedeutet, steigt die Abweichung zur Durchschnittsgeschwindigkeit 310 ohne Störungen (100% Wert), so steigt die Ungleichförmigkeit.
Der Energieverbrauch hängt mit der Fahrgeschwindigkeit zusammen. Häufiges Bremsen vernichtet demnach sehr viel Energie (Ekin = 1/2 mv²). Beispielsweise vernichtet ein Abbremsen von 130 km/h auf 120 km/h genauso viel Energie wie ein Abbremsen von 50 km/h auf 0 km/h.
Zu dem Zusammenhang zwischen dem Verbrauch und der Durchschnittsgeschwindigkeit, somit also der Verkehrssituation, liegen Studien vor. So lässt sich beispielsweise feststellen, dass im Falle von Verkehrsstauungen, die eine durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit von maximal 40 km/h zulassen, der Energieverbrauch umso mehr steigt, je geringer die durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit ist. So können z. B. bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 20 km/h mit einem Liter Kraftstoff lediglich etwa 8 km zurückgelegt werden. In diesem Bereich kann hat ein Fahrer keine Möglichkeit, durch seine Fahrweise Einfluss auf den Energieverbrauch zu nehmen. Es empfiehlt sich hier, auf eine andere Route mit keinen oder weniger Stauungen auszuweichen. Bei einer durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit ab 40 km/h ist eine Einflussnahme des Fahrers hingegen möglich. Bei synchronisiertem bzw. freiem Verkehr kann der Fahrer durch eine Optimierung seiner Fahrweise den Energieverbrauch verringern. So empfiehlt sich beispielsweise für einen durchschnittlichen Personenwagen bei freiem Verkehrsfluss eine durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit von etwa 80 km/h. So können mit den meisten Fahrzeugen in etwa 15 km Wegstrecke mit einem Liter Kraftstoff zurückgelegt werden. Somit ist es vorteilhaft, das Fahrzeug so gut wie möglich „gleichförmig” und mit „hoher” Durchschnittsgeschwindigkeit zu bewegen.
4 zeigt zur weiteren Verdeutlichung dieses Sachverhalts eine Darstellung eines Fundamentaldiagramms 400 zu der Veränderung des Energieverbrauchs durch den Zusammenhang von Verkehrsfluss und Verkehrsdichte. In einem Koordinatensystem ist auf der Abszisse eine Verkehrsdichte und auf der Ordinate ein Verkehrsfluss aufgetragen. Eine Kennlinie 410 repräsentiert eine Veränderung des Verkehrsflusses in Abhängigkeit der Verkehrsdichte.
Die Kennlinie 410 steigt zunächst an und erreicht ihren Höhepunkt, wenn bei einem gewissen Ausmaß der Verkehrsdichte ein Maximum an freiem Verkehrsfluss erreicht ist. Anschließend fällt die Kennlinie 410 bis zu einem Verkehrsfluss von 0% bei einer sehr hohen Verkehrsdichte ab. Die Kennlinie 410 ist in drei Abschnitte 420, 430, 440 unterteilt. Der Abschnitt 420 kennzeichnet eine freie Fahrt. In diesem Bereich der Kennlinie 410 bestimmt die gewählte Fahrgeschwindigkeit den Energieverbrauch. Zur Unterstützung eines Fahrers bei der Energieeinsparung empfiehlt sich beispielsweise ein Einsatz eines Eco-Tempomats und/oder eines Gangwahlassistenten. Der Abschnitt 430 der Kennlinie 410 kennzeichnet einen Bereich einer Möglichkeit des synchronisierten Fahrens. Hier haben Beschleunigungs- und/oder Bremsvorgänge Einfluss auf den Energieverbrauch. Der Einsatz eines elektronischen Gaspedals (E-Gas), eines Eco-Mengenbegrenzers (Eco-Limiter) oder Eco-ACC kann hier sinnvoll sein. In durch die Abschnitte 420 und 430 repräsentierten Verkehrssituationen kann mit Hilfe eines vorausschauenden Fahrstils 450 optimal im Verkehrsfluss mitgefahren werden. Der Abschnitt 440 kennzeichnet einen Bereich des stauenden Verkehrs. Hier besteht nur noch eine geringe Einflussnahme auf den Energieverbrauch durch die Fahrweise. Hier empfiehlt es sich, eine andere Route zu wählen, sollte dies möglich und effizient sein. Hilfreich hierbei sind z. B. der Einsatz einer dynamischen ökologischen Streckenführung (dynamic eco routing) und eines Energiemanagementsystems 460.
Aus den erläuterten Studien und dem in 4 dargestellten Diagramm 400 lässt sich ableiten, dass sich der größte Hebel bei Eco-Routing durch eine Optimierung der Strecke ergibt, in der die durchschnittlich gefahrene Geschwindigkeit möglichst gleichförmig ist. Ein gesamter Energieverbrauch FC ergibt sich aus der Summe einzelner Energieverbrauche (FC_Fahrzeug, FC_Verkehr, FC_Strecke, FC_Fahrer, etc.). So gilt: FC = FC_Verkehr + FC_Strecke + FC_Fahrer + FC_Fahrzeug + ...
Dabei kann die Summe aus FC_Verkehr und FC_Strecke durch das Routing bzw. die Streckenführung beeinflusst werden. Die Fahrstrategie, also z. B. vorausschauendes Fahren, bewirkt eine Änderung des Parameters FC_Fahrer, und sonstige Einflussfaktoren wirken auf FC_Fahrzeug.
FC_Verkehr ist eine Funktion von Verkehr und Fahrer. Bewegt sich ein Fahrzeug in dem Fundamentaldiagramm 400 aus 4 in dem Abschnitt „Freie Fahrt” 420 der Kennlinie 410, so wird der Verbrauch maßgeblich durch den Fahrer bestimmt. Bewegt man sich in dem Fundamentaldiagramm 400 in den Bereichen „Synchronisierter Verkehr” 430 bzw. „Stauender Verkehr” 440, so wird der Verbrauch maßgeblich durch die Verkehrsdichte bestimmt.
5 zeigt im Zusammenhang mit dem gesamten Energieverbrauch FC ein Diagramm 500 mit einem Verlauf einer Verbrauchsganglinie 510. Die Abszisse eines Koordinatensystems ist mit „Delta Ganglinie” bezeichnet. Die Ordinate des Koordinatensystems ist mit „Delta Energieverbrauch FC” bezeichnet. Auf der Abszisse sind entsprechende Abweichungen oder Deltas einer Geschwindigkeitsganglinie aufgetragen, wie sie im Zusammenhang mit 3 erläutert sind. Dabei repräsentiert eine Größe eines Deltas die Größe einer Abweichung einer Geschwindigkeitsganglinie von dem optimalen Verlauf bei einem freien Verkehrsfluss von 100%. Somit repräsentiert der Verlauf der Verbrauchsganglinie bzw. Energieverbrauchsinformation 510 in 5 beispielshaft die Abhängigkeit der Abweichung des Energieverbrauches FC von der Abweichung der Geschwindigkeitsganglinien. Es ist ersichtlich, dass sich der Energieverbrauch FC von einem optimalen Energieverbrauchswert umso mehr entfernt und somit erhöht, je größer die Abweichung der Geschwindigkeitsganglinie ist.
6 zeigt eine prinzipielle Darstellung 600 bei der für einen Routenabschnitt eine Abweichung des Energieverbrauches in Abhängigkeit der Zeit im gleichen Diagramm wie eine Geschwindigkeitsganglinie aufgetragen ist. In dem Diagramm 600 ist auf der Abszisse die Zeit, z. B. die Tageszeit, in Minuten aufgetragen. Auf der Ordinate des Koordinatensystems ist zum einen das Delta des Energieverbrauchs und zum anderen der Prozentsatz eines freien Verkehrsflusses aufgetragen. Bezüglich des Deltas des Energieverbrauchs ist eine Verbrauchsganglinie 610 und bezüglich des Prozentsatzes eines freien Verkehrsflusses ist eine Geschwindigkeitsganglinie 620 gezeigt. Bei der Geschwindigkeitsganglinie 620 kann es sich um die in 3 gezeigte Ganglinie handeln. Zu Beginn zeigt die Geschwindigkeitsganglinie 620 einen maximalen Verkehrsfluss, d. h. die 100%-Marke des freien Verkehrsflusses auf. Die Verbrauchsganglinie 610 zeigt zu Beginn einen minimalen Energieverbrauch an.
Aus 6 ist ersichtlich, dass der Energieverbrauch minimal ist, wenn der Verkehrsfluss maximal ist. Sobald der Verkehrsfluss abnimmt, nimmt der Energieverbrauch zu. Nimmt der Verkehrsfluss auf der Route ab, so ist bezogen auf einen minimal möglichen Energieverbrauchs auf der Route mit einem zusätzlichen Energieverbrauch zu rechnen. Der zusätzliche Energieverbrauch ist in 6 als Delta Energieverbrauch dargestellt. Der zusätzliche Energieverbrauch ist dann am größten, wenn die Geschwindigkeitsganglinie 620 ihren tiefsten Punkt erreicht, also der Verkehrsfluss den geringsten Wert aufweist. Umso geringer die Abweichung der Geschwindigkeitsganglinie 620 von dem hundertprozentigen Verkehrsfluss ist, umso geringer ist auch der zusätzlich erforderliche Energieverbrauch.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Routenwahl so durchgeführt werden, dass diejenige Strecke oder Route gewählt wird, deren Geschwindigkeitsganglinien die. geringsten Abweichungen aufweisen unter Berücksichtigung von Fahrzeugeigenschaften und Straßenklassen wie beispielsweise Wohnstraßen, Landstraßen, Autobahnen, etc.
In Navigationsgeräten können verschiedene Routensuchalgorithmen implementiert werden. Bei einer Routensuche mit „Verbrauchsganglinien” können die implementierten Routensuchalgorithmen weiterhin genutzt werden. Für eine verbrauchsoptimale Route ist das Optimierungskriterium nicht die Zeit und somit die schnellste Route oder die Strecke und somit die kürzeste Route sondern die Verbrauchsganglinie.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Erfindungsgemäße Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0299599 A1 [0002]

Claims

Verfahren (100) zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Startpunkt und mindestens einem Zielpunkt, mit folgendem Schritt: Auswählen (120) mindestens eines Routenabschnitts aus einer Mehrzahl von Routenabschnitten einer Datenbasis, unter Berücksichtigung einer Energieverbrauchsinformation, die dem mindestens einen Routenabschnitt zugeordnet ist, um die verbrauchsoptimierte Route zwischen dem Startpunkt. und dem mindestens einen Zielpunkt zu ermitteln, wobei jedem Routenabschnitt der Mehrzahl von Routenabschnitten eine Energieverbrauchsinformation (510; 610) zugeordnet ist.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Energieverbrauchsinformation (510; 610) eine Mehrzahl von Energieverbrauchswerten umfasst, die unterschiedlichen Tageszeiten zugeordnet sind.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Energieverbrauchsinformation (510; 610) einen absoluten Energieverbrauch eines Fahrzeugs auf dem zugeordneten Routenabschnitt repräsentiert.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Energieverbrauchsinformation (510; 610) einen Energiemehrverbrauch bezüglich eines minimalen Energieverbrauchs repräsentiert, wobei der minimale Energieverbrauch einen absoluten Energieverbrauch des Fahrzeugs auf dem zugeordneten Routenabschnitt repräsentiert, wenn auf dem zugeordneten Routenabschnitt freie Fahrt gegeben ist.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Energieverbrauchsinformation (510; 610) abhängig von einer Charakteristik eines Verkehrsflusses auf dem zugeordneten Routenabschnitt ist.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Energieverbrauchsinformation (510; 610) einen im Wesentlichen indirekt proportionalen Wert zu einer durch eine Verkehrsdichte auf dem Routenabschnitt gegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit (210) repräsentiert.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem in dem Schritt des Auswählens (120) zwischen zwei möglichen Routenabschnitten derjenige Routenabschnitt ausgewählt wird, dem die in Bezug auf einen Energiegesamtverbrauch (FC) günstigere Energieverbrauchsinformation (510; 610) zugeordnet ist.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Ermittelns einer Mehrzahl von unterschiedlichen Routen zwischen dem Startpunkt und dem mindestens einen Zielpunkt und einem Schritt des Bestimmens eines Energiegesamtverbrauchs jeder der unterschiedlichen Routen, basierend auf den Energieverbrauchsinformationen (510; 610), wobei in dem Schritt des Auswählens diejenige der unterschiedlichen Routen mit dem geringsten Energiegesamtverbrauch (FC) als die verbrauchsoptimierte Route ausgewählt wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Anpassens der Energieverbrauchsinformation (510; 610) an eine Fahrzeugeigenschaft des Fahrzeugs, für das die verbrauchsoptimierte Route ermittelt wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem jedem Routenabschnitt eine Straßenklasseninformation zugeordnet ist und in dem Schritt des Auswählens der mindestens eine Routenabschnitt ferner unter Berücksichtigung der Straßenklasseninformation ausgewählt wird.
Informationssystem, insbesondere Navigationsgerät, das ausgebildet ist, um die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programm auf einem Fahrerinformationssystem ausgeführt wird.