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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Berechnung einer Fahrtstrecke eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Stand der Technik
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Bei heutzutage eingesetzten Navigationssystemen werden Routen für beliebige Start-Zielkombinationen auf in der digitalen Karte gespeicherten Straßengraphen berechnet. Dies erfolgt meist unter dem Kriterium der Zeit, so dass eine schnellste Route berechnet wird. Daneben kann auch eine kürzeste Route berechnet werden. Hierfür existieren viele Verfahren, die eine solche Route effizient berechnen.
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Eine Berechnung hierfür ist üblicherweise statisch und basiert auf festgelegten Daten. Die Position des Zielobjektes muss daher bekannt und statisch sein.
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Es gibt aber Situationen, in denen ein Fahrzeugführer zwar an einem konkreten Ziel, nicht aber an einer bestimmten Position interessiert ist. Eine Routenberechnung wird aber für das Erreichen einer Position durchgeführt: Dabei wird davon ausgegangen, dass nach Ablauf der Zeit, die zum Erreichen der Position benötigt wird, das Ziel weiterhin mit der Position übereinstimmt und somit beim Erreichen der Position auch das Ziel erreicht wird.
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Für unbewegliche Objekte trifft dies durchaus zu, während dies bei beweglichen Objekten, wie beispielsweise bei mobilen Verkaufsständen dazu führen kann, dass sich das gewünschte Ziel beim Erreichen einer Position nicht mehr dort befindet. Dieser Faktor wird bei heutigen Navigationssystemen nur unzureichend berücksichtigt.
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Aus der
DE 10 2006 034 413 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem es möglich ist einen gemeinsamen Treffpunkt für mindestens zwei Navigationsgeräte, ausgehend von deren aktuellen Standorten automatisch zu bestimmen, wobei es nicht erforderlich ist, dass der gemeinsame Treffpunkt in einem der beteiligten Navigationsgeräte vorab bekannt ist.
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Darüberhinaus wird in der
DE 103 13 541 B4 ein Verfahren und ein System beschrieben, mittels derer beim Vereinbaren eines Zielortes, insbesondere eines Treffpunktes Schwierigkeiten oder Unklarheiten schon im voraus sicher und zuverlässig beseitigt und ausgeschlossen werden können.
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Bei diesen beiden bekannten Verfahren werden also gemeinsame Ziele ausgehend von den Eigenschaften der beiden mit Navigationssystemen ausgestatteten Fahrzeuge berechnet. Ein Zielpunkt ist aber auch wieder ein statischer Zielpunkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt ausgehend hiervon die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem es möglich wird ein sich in einem Straßennetz bewegendes Objekt abzufangen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination, sowie durch eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt und eine Datenstruktur mit Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein Verfahren zur Berechnung einer Fahrtstrecke eines Fahrzeuges in einem Straßennetz von einem Ausgangspunkt zu einem sich in dem Straßennetz bewegenden Zielobjekt bereitgestellt, wobei der Ausgangspunkt und ein aktueller Aufenthaltspunkt des Zielobjektes bekannt sind. Iterativ wird nun ein möglicher Abfangpunkt des Zielobjektes und über ein Streckenführungssystem eines Kraftfahrzeuges und über Eigenschaften des Zielobjektes eine Route zu einem möglichen Abfangpunkt des Zielobjektes berechnet.
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Bei dem sich bewegenden Zielobjekt kann es sich dabei beispielsweise um Verkaufswagen, wie Brötchenwagen handeln. Daneben kann dies auch ein Fußgänger sein, oder ein fahrender Bus, den man abfangen oder erreichen möchte.
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Mit einem solchen Verfahren wird nun also ausgehend von einer Position eine Route zum Abfangen eines Ziels berechnet, dass sich auf dem Straßennetz bewegt. Hierzu wird iterativ eine Route berechnet, die es ermöglicht das Ziel unter dem Kriterium der Zeit möglichst effizient zu erreichen. Hierfür sind die aktuelle eigene wie auch die momentane Position des Zielobjektes bekannt. Desweiteren werden für die Bewegung relevante Eigenschaften über das Zielobjekt verwendet.
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Durch die Berechnung der Routen im Straßennetz wird gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt, dass sich die Objekte auf vorgegebenen Straßen bewegen und damit Geschwindigkeiten und gegebenenfalls auch andere Randbedingungen, wie beispielsweise Staus, auf unterschiedlichen Straßen stark variieren können.
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In dem hier gemäß der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren wird diesen Umständen Rechnung getragen.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist damit für Navigationssysteme im Straßenverkehr einsetzbar und berechnet aufgrund vorhandener Daten eine Route zu einem möglichen Abfangpunkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Eigenschaften auch eine zukünftige Streckenführung des Zielobjektes.
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Ebenso ist es aber auch möglich ein Objekt abzufangen, bei dem der zukünftige Weg nicht bekannt ist und daher nur geschätzt werden kann.
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So kann innerhalb einer gewissen Zeitspanne ein Objekt erreicht werden, unter der Voraussetzung, dass es auch physikalisch erreicht werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Route zum möglichen Abfangpunkt des Zielobjektes permanent neu berechnet wird.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei der Ermittlung der Route zum möglichen Abfangpunkt des Zielobjektes eine Risikobereitschaft berücksichtigt wird.
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Durch die iterative Berechnung des Abfangpunktes ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das Risiko beim Abfangen individuell zu gestalten.
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Risiko beziehungsweise Risikobereitschaft bedeutet hierbei, dass die erwartete Zukunft als wahr angesehen wird. Bei einem Verfahren, bei dem die zukünftige Streckenführung des Objektes bekannt ist, bedeutet das beispielsweise, dass das Erreichen der Punkte auf der gegebenen Route wie vorhergesagt geschieht. In diesem Fall gibt es eine eindeutige optimale Lösung. Tritt dies aber nicht ein, da das Zielobjekt schneller ist oder das Fahrzeug langsamer ist, kann es sein, dass man einen erheblichen zeitlichen Mehraufwand habe, da beispielsweise das Fahrzeug den Abfangpunkt bereits passiert hat und man hinterherfahren muss. Hier wäre ein auf der Strecke weiter hinten liegender Punkt besser gewesen. Bei einer defensiveren Ausrichtung werden eher solche Punkte gewählt.
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Ebenso gilt es bei einem Verfahren, bei dem die zukünftige Streckenführung des Zielobjektes beispielsweise nicht bekannt ist, abzuwägen, inwieweit das Zielobjekt direkt angesteuert wird. Hier kann es sich in alle Richtungen bewegen von denen einige sich negativ oder stark negativ auf die Erreichung auswirken. Nur wenn, das Objekt sich nicht bewegt, ist eine direkte Anfahrt optimal. Das muss auch durch die Risikobereitschaft des Fahrers, der in Abhängigkeit von der Entfernung beziehungsweise der benötigten Zeit entscheiden muss, das Zielobjekt direkt anzufahren, entschieden werden.
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Eine defensivere Herangehensweise könnte bedeuten, dass man länger auf Straßen höherer Ebene verweilt und so schneller zu verschiedenen Orten kommen kann, als wenn man schon früh bspw. in ein Wohngebiet einfährt und dort nur noch sehr langsam vorankommt und schlechter reagieren kann. Hier ist als besonderer Fall auch noch auf Einbahnstraßen verwiesen, wo man nur noch auf anderem Wege zurückkommen kann.
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Da es auch vorkommen kann, dass ein Zielobjekt physikalisch gar nicht erreicht werden kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform darüberhinaus auch zeitliche Abbruchkriterien vorsehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Navigationssystem für die Berechnung einer Fahrtstrecke eines Fahrzeuges in einem Straßennetz von einem Ausgangspunkt zu einem sich in dem Straßennetz bewegenden Zielobjekt beschrieben, wobei der Ausgangspunkt und ein aktueller Aufenthaltspunkt des Zielobjektes bekannt sind. Hierbei sind Mittel vorgesehen sind, um iterativ einen möglichen Abfangpunkt des Zielobjektes zu berechnen und über ein Streckenführungssystem eines Kraftfahrzeuges und über Eigenschaften des Zielobjektes eine Route zu einem möglichen Abfangpunkt des Zielobjektes zu berechnen.
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Darüberhinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das Programmteile zum Ausführen eines oben näher beschriebenen Verfahrens und eine maschinenlesbare, insbesondere computerlesbare, Datenstruktur, erzeugt durch ein oben näher beschriebenes Verfahren und/oder durch mindestens ein Computerprogrammprodukt aufweist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt hierbei
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1 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform; und
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2 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
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Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die aufeinander aufbauen.
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Bei dem ersten beschriebenen Verfahren ist die zukünftige Route des Zielobjektes bekannt und damit auch aufgrund bekannter Eigenschaften des Zielobjektes die zeitliche Veränderung der Position. Beispielsweise könnte dies der Fall sein, dass man jemanden zu einem bereits fahrenden Bus bringen möchte, der entlang einer festen Strecke und gemäß bestimmter Zeiten unterwegs ist.
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Bei dem zweiten beispielhaft beschriebenen Verfahren ist der Weg des Zielobjektes nicht oder nur teilweise bekannt, so dass die Berechnung des Abfangzeitpunktes unter größerer Unsicherheit durchgeführt wird. Die könnte beispielsweise die Situation sein, dass man einen Brötchenwagen erreichen möchte, der in einem Gebiet unterwegs ist und man jeweils einen aktuellen Aufenthaltspunkt erfahren kann.
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Beide hier vorgestellte Verfahren laufen iterativ ab, um eine möglichst zeiteffiziente Route zum Erreichen eines mobilen Zielobjektes zu berechnen. Dabei spielen als weitere Kriterien gemäß der beschriebenen Ausführungsform die Rechenzeit und auch die Risikobereitschaft beim Abfangen des Objektes eine Rolle.
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Insbesondere bei einem Verfahren, bei dem die zukünftige Strecke des Zielobjektes gänzlich oder zumindest teilweise unbekannt ist, spielt die Risikobereitschaft bei der Auswahl einer Strecke beziehungsweise Route eine große Rolle. Dies spiegelt auch den mobilen Charakter des Zielobjektes und die damit verbundene zusätzliche Unsicherheit wider.
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Bei dem Verfahren, bei dem die Streckenführung des Zielobjektes bekannt ist, wird in einem Schritt 1 das Verfahren initialisiert, wenn ein mobiles Zielobjekt angesteuert werden soll. Als Grundlage dienen die auch sonst vorhandenen Daten der Digitalen Karte aber auch der zukünftige Weg des Zielobjektes. Da die Zeit als Zielkriterium genommen wird, muss aus dem zukünftigen Weg auch die Zeit beziehungsweise die Zeiten ablesbar sein oder aufgrund der Charakteristika, wie der Geschwindigkeiten, berechenbar sein.
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In einem weiteren Schritt 2 des Verfahrens wird dann eine Routenberechnung mit der aktuellen Position des Zielobjektes als Ziel, durchgeführt.
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Im Anschluss daran wird als nächstes eine Route entlang des zukünftigen Weges des Zielobjektes hinzugefügt, bis dieses erreicht wird oder eine bestimmte Zeit überschritten wurde, was als 3 in der 1 gezeigt ist. Stimmen die Route zur ursprünglichen Position und der zukünftige Weg schon vorher nur in entgegengesetzter Richtung überein, kann dieser Teil weggelassen werden, und damit eine bessere Zeit erreicht werden.
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Wird die bestimmte Abbruchzeit überschritten 4, so wird erneut eine Standardroutenberechnung zum auf diese Weise erreichten Punkt durchgeführt 3. Die so ermittelte Zeit ist höchstens so groß wie die vorherige, so dass ausgehend von diesem Punkt der Schritt des Hinterherfahrens erneut durchgeführt werden kann, bis das zeitliche Abbruchkriterium erneut erreicht wird.
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Dies kann abhängig von den Einstellungen des Fahrers mehrmals wiederholt. werden. Ist das mobile Ziel so nicht erreichbar, wird dem Fahrzeugführer ausgegeben, dass das Ziel nicht erreicht werden kann. in der Regel tritt dieser Fall aber auf, wenn die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeuges nur unwesentlich größer als die des Zielobjektes ist, was üblicherweise aber nicht der Fall ist und ein Abfangen nahezu unmöglich macht.
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Andernfalls ist auf diese Weise ein erster Abfangpunkt und eine erste Abfangzeit bestimmt worden. Nun wird versucht, diese Lösung iterativ zu verbessern. Hierfür wird eine Route zum Abfangpunkt direkt berechnet 6. Wie schon oben beschrieben, ist die benötigte Zeit für die so berechnete Route höchstens so lang, wie die ursprüngliche. Daher kann die so gewonnene Zeit genutzt werden, um dem Zielobjekt entlang seiner zukünftigen Strecke entgegenzufahren, bis es erreicht wird 7.
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So erlangt man einen neuen Anfangspunkt mit einer kürzeren Erreichungszeit. Die Verbesserung wird nun analog fortgesetzt, indem erneut eine Route zu diesem neuen Abfangpunkt berechnet und die gewonnene Zeit benutzt wird.
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Dieses Verfahren kann so lange fortgesetzt werden, bis der Zeitgewinn unter eine gewisse Schranke gefallen ist 8. Diese kann von den eingestellten Risikokriterien des Fahrers abhängen, sollte aber auch generell eine Mindestgröße nicht unterschreiten, um den Rechenaufwand zu begrenzen. Damit hat man nun eine Lösung zum Abfangen des Zielobjektes bestimmt.
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Die so erreichte Lösung kann nun beispielsweise dadurch noch verbessert werden, indem weitere Routen zu Punkten entlang des Weges des Zielobjektes zwischen seiner aktuellen Position und des Abfangpunktes berechnet werden, um herauszufinden, ob ein schnelleres Abfangen möglich ist. Die Anzahl der Punkte kann manuell angegeben werden und sie werden nacheinander abgearbeitet 9.
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Es wird nun ein Punkt ausgewählt 10 und die schnellste Route zu diesem Punkt berechnet 11.
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Es werden drei Fälle unterschieden. Liegt die berechnete Ankunftszeit vor der Ankunftszeit des mobilen Zielobjektes 12, so ist diese Zeit auch kleiner als die bisher ermittelte Abfangzeit. Daher kann dieser Punkt als ein neuer Abfangpunkt genommen werden und das Verfahren zur weiteren Verbesserung neu aufgenommen werden 13.
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Ist die Zeit größer als die berechnete Abfangzeit 14, so wird der Punkt verworfen 15. Ebenso können benachbarte Punkte verworfen werden, wenn diese innerhalb der Differenz zwischen der ermittelten Zeit und der Abfangzeit erreicht werden können, da sie somit auch keine bessere Zeit ergeben könnten.
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Liegt die berechnete Zeit zwischen der Abfangzeit und der Erreichungszeit des Zielobjektes 16, muss ermittelt werden, ob es bis zur Abfangzeit möglich ist, das Zielobjekt zu erreichen 17. Ist dies der Fall, ergibt sich eine neue bessere Lösung 18, andernfalls wird auch dieser Punkt verworfen 19. Je nachdem wird entsprechend der Abfangpunkt und die Abfangzeit an den Fahrzeugführer ausgegeben 20.
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Auf diese Weise soll vermieden werden, dass eine im ersten Teil ermittelte Lösung nur ein lokales Minimum darstellt, was bei der heterogenen Struktur des Straßennetzes und der damit schwer vergleichbaren Lösungen durchaus der Fall sein kann.
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Für das zweite hier beschriebene Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Berechnung eines Abfangpunktes bei einem unbekannten zukünftigen Weg muss grundsätzlich defensiver agiert und die Route angepasst werden. Ziel ist es dabei, sich zunehmend an das Zielobjekt anzunähern und es immer direkter anzusteuern.
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Es wird, wie auch schon beim vorher beschriebenen Verfahren davon ausgegangen, dass das Zielobjekt kein Fluchtverhalten aufweist, was das Abfangen deutlich schwieriger machen würde. Dafür bräuchte das Zielfahrzeug vorzugsweise zusätzlich Informationen über das eigene Fahrzeug, was zu einer Gegenstrategie führen würde, um möglichst lange zu entkommen. Das könnte wiederum zu einer Strategie, um die Gegenstrategie zu kompensieren beziehungsweise auszunutzen führen. Um dieses zu vermeiden wurde vorausgesetzt, dass das Zielfahrzeug ein unabhängiges Verhalten aufweist, um eine Abfangstrategie aufzuzeigen.
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Ist das Zielobjekt deutlich langsamer und hat ein unbekanntes aber einfaches Fluchtverhalten, ist eine Erreichung mit den beschriebenen Verfahren immer noch möglich, so dass hier auf die Einschränkung verzichtet werden könnte. Bei einer zu Fuß flüchtenden Person, von der man von anderen Positionen bekommt, könnte man dieses Verfahren anwenden.
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Es wird nun also wie schon beim vorher beschriebenen Verfahren die digitale Karte, die aktuelle Position und Eigenschaften des Fahrzeuges sowie die aktuelle Position und Eigenschaften des Zielobjektes zur Verfügung gestellt 30. Dann wird, wie auch schon vorher, eine Route zur aktuellen Position des Zielobjektes berechnet 31. Ist diese berechnete Fahrzeit kleiner als eine bestimmte vorgegebene Schranke 32, die von der Risikobereitschaft des Fahrers abhängt, wird der Punkt direkt angesteuert und das mobile Zielobjekt so lange verfolgt 33, bis es erreicht ist 34.
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Ist diese berechnete Fahrzeit jedoch größer als eine bestimmte vorgegebene Schranke 35, wird anhand der verfügbaren Daten über das Zielobjekt ermittelt, wohin es sich in dieser Zeit bewegen könnte 36. Dabei werden je nach Rechenaufwand eine Anzahl von Routen und Punkten bestimmt.
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Von diesen wird der Punkt ermittelt, bei dem das Verhältnis zwischen direktem Erreichen von der momentanen Position aus und einer Route mit der vorherigen Position des Zielobjektes als Zwischenziel am niedrigsten ist 37. Für diese Position hätte ein direktes Ansteuern die größten negativen Auswirkungen.
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Entlang der Route des mobilen Objektes zu diesem Punkt werden nun wieder Punkte analog zum vorhergehenden Verfahren bestimmt 38 und Routen zu diesem Punkten berechnet 39.
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Aus dieser Menge von Punkten wird nun ein Punkt in Abhängigkeit des Unterschieds der Erreichungszeit des eigenen Fahrzeugs und der des Zielobjektes sowie der Risikobereitschaft ausgewählt 40 und angefahren 41.
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Dies trägt sowohl dem Umstand Rechnung, dass der Weg des Zielobjektes unbekannt ist, lässt aber dem Fahrer auch Gestaltungsspielraum, um die Erreichungszeit gegen Inkaufnahme von Risiko zu verbessern.
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Bei Erreichen des Punktes wird das Verfahren mit der Berechnung einer schnellsten Route zu der aktuellen Position des Zielobjektes fortgesetzt. Da dies, wie schon oben angemerkt wurde, kein Fluchtverhalten aufweise, sollte die neue, schnellste Route eine kürzere Fahrtzeit aufweisen und ein Annähern an das Ziel ermöglichen ohne es zu verpassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006034413 A1 [0006]
- DE 10313541 B4 [0007]
