DE102012009674B4

DE102012009674B4 - Verfahren zum Bereitstellen von Routeninformationen in einem Steuergerät eines Kraftwagens, sowie Navigationssystem eines Kraftwagens, sowie Kraftwagen

Info

Publication number: DE102012009674B4
Application number: DE102012009674.7A
Authority: DE
Inventors: Mirko Mählisch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: DE102012009674A1

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen von Routeninformationen (22', 36, 38, 42, 46) in einem Steuergerät (14, 16, 18) eines Kraftfahrzeugs (10), umfassend die Schritte:- Ermitteln (S10) von Fahrroutendaten betreffend ein Fahrroutenprofil (22) einer Fahrroute durch ein Navigationssystem (12), wobei das Fahrroutenprofil (22) zumindest eines aus den folgenden Profilen umfasst:ein Höhenprofil, ein Steigungsprofil, ein Kurvenprofil, ein Krümmungsprofil;gekennzeichnet durch die Schritte:- in dem Navigationssystem (12) Transformieren (S14) der Fahrroutendaten mittels einer Frequenztransformation und hierdurch Ermitteln einer vorbestimmten Anzahl von Transformationskoeffizienten, wobei die Anzahl der Transformationskoeffizienten, die übertragen werden, unabhängig von einer Länge der Fahrroute festgelegt wird;- Übertragen (S20) der Transformationskoeffizienten von dem Navigationssystem (12) zu dem Steuergerät (14, 16, 18);- in dem Steuergerät (14, 16, 18) Ermitteln (S22 bis S34) der Routeninformationen (22', 36, 38, 42, 46) aus den übertragenen Transformationskoeffizienten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mittels welchem in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs Routeninformationen zu einer Fahrroute bereitgestellt werden. Zu der Erfindung gehören auch ein Navigationssystem und ein Kraftwagen, der das erfindungsgemäße Navigationssystem aufweist.
In einem Kraftwagen, wie beispielsweise einem Personenkraftwagen, kann durch ein Steuergerät ein energieeffizienter oder schonender Betrieb einer Komponente des Kraftwagens dadurch erreicht werden, dass beim Steuern der Komponente berücksichtigt wird, welche Anforderungen an diese Komponente während einer Fahrt in nächster Zukunft gestellt werden. Beispiele für solche Steuergeräte sind etwa ein Motorsteuergerät, eine Ladesteuerung für eine Traktionsbatterie eines elektrischen Antriebsmotors, eine Steuerung für die Koordination eines Hybridantriebs, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, und ein Steuergerät für einen Partikelfilter. Steuergeräte dieser Art sind in der Lage, Funktionen wie beispielsweise ein Thermomanagement, eine Reichweitenberechnung, eine Betriebs- und Ladestrategie für elektrifizierte und hybride Antriebe oder, wie etwa im Falle eines Dieselpartikelfilters, auch eine Planung für Regenerationszyklen zu optimieren.
Damit ein Steuergerät die Steuerung optimieren kann, ist es aber in der Regel nötig, dem Steuergerät Routeninformationen zu der von dem Kraftwagen gerade gefahrenen Route zur Verfügung zu stellen, so dass anhand dieser vorausschauenden Streckeninformationen ermittelt werden kann, welche Anforderungen an die gesteuerte Komponente zu erwarten sind. Wichtige Informationen sind hierbei beispielsweise ein Steigungs- oder Höhenprofil der Fahrroute. Aber auch ein Kurvenprofil kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem Fahrerassistenzsystem genutzt werden, um einen Fahrkomfort bei einer automatisierten Fahrgeschwindigkeitsregelung zu verbessern.
In diesem Zusammenhang ist aus der nächstkommenden DE 10 2008 035 944 A1 eine Kombination aus einem Navigationssystem und einem Steuergerät bekannt, bei welcher durch das Navigationssystem ein Streckenprofil einer zu befahrenden Fahrroute ermittelt wird und das ermittelte Streckenprofil über einen Datenbus an das Steuergerät übertragen wird, wo es zur Optimierung eines Fahrerassistenzsystems und einer Motorsteuerung sowie einer Getriebesteuerung genutzt wird. Es werden in der der DE 10 2008 035 944 A1 zu einer Fahrtroute mehrere unterschiedliche Streckenparameter, wie beispielsweise ein Höhenprofil, ein Steigungsprofil und ein Kurvenradius, über einen Datenbus an ein Steuergerät übertragen. Durch das Steuergerät wird unter Berücksichtigung der Streckenparameter eine Soll-Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entlang der ermittelten Fahrtroute bestimmt.
Bei der Übertragung eines Streckenprofils über einen Datenbus eines Kraftwagens muss stets darauf geachtet werden, dass es keine Fahrsituation gibt, in welcher durch den Transport des Fahrroutenprofils über den Datenbus die Datenkommunikation anderer Geräte gestört wird. Insbesondere bei einer sehr langen Fahrroute, die von dem Kraftwagen zurückgelegt werden soll und zu der eine Vielzahl von Steuergeräten das Fahrroutenprofil benötigt, kann die zu übertragende Datenmenge eine kritische Größe erreichen. Da der einwandfreie Betrieb eines Kraftwagens für alle Fahrsituationen gewährleistet sein muss, muss also bei der Auslegung des Datenbuses stets der sogenannte Worst-Case, d.h. der schlimmste Fall, berücksichtigt sein. Im vorliegenden Fall einer Übertragung von Fahrroutenprofilen wäre dies beispielsweise die Annahme, dass ein Fahrroutenprofil zu übertragen ist, das einer Länge einer Fahrroute entspricht, die mit einer kompletten Tankfüllung des Kraftwagens zurückgelegt werden kann. Durch Reservieren einer entsprechenden Bandbreite auf dem Datenbus zur Übertragung eines Fahrroutenprofils einer derart langen Fahrroute werden aber Ressourcen des Datenbusses gebunden, die nur selten für eine tatsächliche Übertragung eines Fahrroutenprofils genutzt werden, da Fahrstrecken erwartungsgemäß in der Regel kürzer sind.
In der DE 10 2006 062 584 A1 , der DE 10 2009 028 751 A1 und der DE 10 2009 052 853 A1 ist ebenfalls die Verwendung von Fahrroutendaten für eine Steuerung einer Kraftfahrzeugkomponente beschrieben. Mittels der Fahrroutendaten wird hierbei der Energieverbrauch für einen elektrischen Antrieb abgeschätzt, um so die Reichweite des Kraftfahrzeugs bei elektrischem Betrieb zu optimieren.
In der US 2005 / 0 171 649 A1 ist ein Verkehrsinformationssystem beschrieben, durch welches von einer zentralen Sendeeinheit aus aktuelle Verkehrsdaten und eine Prognose über die Verkehrsentwicklung an mehrere Kraftfahrzeuge ausgesendet werden. Durch die Sendeeinheit werden ausschließlich Verkehrsinformationen übertragen, welche eine aktuelle Staulage und eine abgeschätzte Reisedauer für einzelne Fahrroutenabschnitte an die Kraftfahrzeuge beschreiben. In den Kraftfahrzeugen ist jeweils eine digitale Karte mit Fahrroutenprofilen gespeichert. Durch die Navigationssysteme der Kraftfahrzeuge werden dann die empfangenen Verkehrsinformationen in die lokal vorliegende digitale Karte eingetragen. Um die Verkehrsinformationen in die digitale Karte einordnen zu können, wird durch die Sendeeinheit nicht das Fahrroutenprofil selbst, sondern ein Referenzcode für die einzelnen Straßen-abschnitte übertragen. Um die Verkehrsinformation kompakt übertragen zu können, führt die Sendeeinheit eine Kanalcodierung auf der Grundlage eines Huffman- oder Shannon-Fano-Codes durch. Die Daten werden vor der Kodierung zusätzlich quantisiert, um eine weitere Datenreduktion zu erzielen. Um einen Quantisierungsfehler gleichmäßig über die Verkehrsinformationen zu verteilen, ist vorgesehen, die Stauinformationen und Geschwindigkeitsinformationen vor der Quantisierung durch eine FourierTransformation zu transformieren und die Quantisierung und Kodierung auf den Transformationskoeffizienten durchzuführen.
In der DE 10 2005 058 293 A1 sind ein Verfahren und ein System zur Lokalisierung eines Streckenabschnitts in einer Karte beschrieben. Um zwei Kartenausschnitte miteinander zu vergleichen, werden in beiden Ausschnitten stufige, harte Grau- oder Farbübergänge in weiche Grau- oder Farbverläufe überführt und anschließend diese unscharfen Bilder mittels einer WaveletTransformation transformiert und erst diese Transformationskoeffizienten miteinander verglichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Routeninformationen auf eine effiziente Weise in einem Steuergerät eines Kraftwagens bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Navigationssystem gemäß Patentanspruch 13, sowie einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, in einem Kraftwagen ein Fahrroutenprofil einer Gesamtfahrstrecke unabhängig von deren Länge mit einer vorbestimmten, begrenzten Datenrate zu einem Steuergerät hin zu übertragen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden hierzu durch ein Navigationssystem Fahrroutendaten betreffend das Fahrroutenprofil der Fahrstrecke oder Fahrroute ermittelt, die dann in dem Navigationssystem mittels einer Frequenztransformation transformiert werden. Hierdurch ergeben sich Transformationskoeffizienten, welche die Fahrroutendaten in einem Transformationsbereich der Frequenztransformation repräsentieren. Durch die Wahl der Transformationslänge oder bevorzugt durch nachträgliches Auswählen einer vorbestimmten Anzahl von Transformationskoeffizienten aus dem Transformationsergebnis kann dann festgelegt werden, durch wie viele Transformationskoeffizienten die Fahrroutendaten im Steuergerät repräsentiert werden sollen. Es werden insbesondere Transformationskoeffizienten ausgewählt, welche die niedrigen Frequenzen repräsentieren. Die Anzahl der ausgewählten Transformationskoeffizienten ist bevorzugt kleiner als die Transformationslänge.
Die ausgewählten Transformationskoeffizienten werden dann von dem Navigationssystem zu dem Steuergerät hin übertragen. In dem Steuergerät können dann die gewünschten Routeninformationen aus den übertragenen Transformationskoeffizienten ermittelt werden. Beispielsweise können die empfangenen Transformationskoeffizienten einfach durch das Steuergerät mit der inversen Frequenztransformation zurücktransformiert werden. Auf diese Weise lässt sich ein Fahrroutenprofil mit einer vorbestimmten, d.h. limitierten Anzahl von Transformationskoeffizienten an das Steuergerät übertragen. Bei dem Fahrroutenprofil kann es sich um ein Höhenprofil oder ein Steigungsprofil der Fahrroute, ein Kurvenprofil oder auch ein Krümmungsprofil oder eine Kombination aus zweien oder mehr dieser Profile handeln. Das Navigationssystem muss sich hierbei nicht einmal in dem Kraftwagen befinden. Es kann sich auch um ein ortsfestes System handeln, welches die Transformationskoeffizienten dann über eine Funkverbindung in den Kraftwagen überträgt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Navigationssystem aber um ein bordeigenes System.
Eine geeignete Frequenztransformation, mittels welcher Fahrroutendaten repräsentiert werden können, ist beispielsweise durch eine Fouriertransformation, eine Cosinustransformation oder eine Wavelettransformation gegeben. Zu Fouriertransformationen sind sehr effiziente Berechnungsalgorithmen verfügbar. Eine Cosinustransformation lässt sich mit besonders einfachen arithmetischen Operationen realisieren. Wavelettransformationen erlauben es, Grobstrukturen und Feinstrukturen des Fahrroutenprofils unterschiedlich detailliert zu repräsentieren.
Die Anzahl der Transformationskoeffizienten, die übertragen werden, wird unabhängig von einer Länge der Fahrroute festgelegt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sich der oben beschriebene „Worst-Case“ von einer Fahrroute mit durchschnittlicher Fahrlänge nicht unterscheidet. Nach der Frequenztransformation wird durch Auswählen einer begrenzten Anzahl von Transformationskoeffizienten lediglich der Grad, in welchem Details des Fahrroutenprofils rekonstruierbar sind, reduziert. Als Fahrroutendaten, die sich für eine Frequenztransformation eignen, haben sich insbesondere Stützstellen des Fahrroutenprofils erwiesen, wie sie sich durch Abtasten, insbesondere äquidistantes Abtasten, eines Verlaufs des Fahrroutenprofils bilden lassen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass durch das Navigationssystem zusätzlich aus einem Startpunkt und einem Endpunkt der Fahrroute zunächst ein lineares Fahrroutenprofil berechnet wird. Hierbei handelt es sich um ein Fahrroutenprofil, das die Fahrroute lediglich durch ein Geradenstück beschreibt, das sich vom Startpunkt zum Endpunkt erstreckt. Das lineare Fahrroutenprofil wird dann von dem eigentlichen Fahrroutenprofil subtrahiert und aus dem so berechneten modifizierten Fahrroutenprofil dann die Fahrroutendaten für die Frequenztransformation ermittelt. Diese Modifizierung des Fahrroutenprofils weist den Vorteil auf, dass der Startpunkt und der Endpunkt den selben Profilwert aufweisen und hierdurch die Profilrepräsentation durch die Transformationskoeffizienten verbessert wird.
Eine fahrroutenabhängige Steuerung durch ein Steuergerät lässt sich noch weiter verbessern, wenn zusätzlich zu den Transformationskoeffizienten auch weitere Routenattribute von dem Navigationssystem zu dem Steuergerät übertragen werden. Durch ein Routenattribute ist hierbei zumindest ein Merkmal der Fahrroute beschreibt, durch welche das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs auf der Fahrroute voraussichtlich beeinflusst werden wird. Insbesondere handelt es sich bei den Routenattributen um folgende Merkmale: eine Lage eines Ortseingangs und/oder Ortsausgangs, eine Lage einer Autobahnauffahrt und/oder -abfahrt, eine Lage eines Stauanfangs und/oder -endes, einen Routenabschnitt mit Tempolimit, eine Anzahl von Moutstationen, von Ampeln und/oder von Abbiegungen innerhalb eines vorbestimmten Routenabschnitts. Durch Übertragen der Routenattribute ergibt sich der Vorteil, dass in dem Steuergerät zusätzlich zu dem Fahrroutenprofil auch ein Geschwindigkeitsprofil für die Fahrroute ermittelt werden kann oder auch beispielsweise eine Abbiegedichte für einen Routenabschnitt abgeschätzt werden kann. Mit einer Abbiegedichte ist hierbei ein Wahrscheinlichkeitswert gemeint, die angibt, wie häufig der Kraftwagen die Fahrtrichtung voraussichtlich ändern oder in eine andere Straße einbiegen muss.
Für den Fall, dass eine Navigationsdatenbank, anhand welcher das Navigationssystem das Fahrroutenprofil ermittelt, nicht vollständig ist und Routenabschnitte existieren, zu welchen kein Fahrroutenprofil vorliegt, ergibt sich ein Vorteil durch folgende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch Interpolieren des Fahrroutenprofils werden interpolierte Fahrroutendaten erzeugt. Die Fahrroutendaten mit den teilweise interpolierten Werten können dann wie gehabt durch das Navigationssystem transformiert werden. Mit den so erzeugten Transformationskoeffizienten werden auch entsprechende Routenattribute übertragen, durch welche die Lage des Routenabschnitts angegeben ist, zu welchem keine tatsächlichen Informationen zum Fahrroutenprofil vorlagen. Durch Mitsenden der Routenattribute ist es in dem Steuergerät möglich, denjenigen Abschnitt zu identifizieren, welcher interpoliert wurde. Zum Interpolieren wird bevorzugt der fehlende Fahrroutenabschnitt durch eine Gerade ersetzt. Eine solche Interpolation weist den Vorteil auf, dass nach einem Rücktransformieren der Transformationskoeffizienten diejenigen Abschnitte des rekonstruierten Fahrroutenprofils, zu welchem in der Navigationsdatenbank tatsächlich Fahrroutendaten vorlagen, nur geringfügig durch den interpolierten Abschnitt beeinflusst sind.
Bei den Fahrrouteninformationen, die im Steuergerät anhand der Transformationskoeffizienten ermittelt werden, kann es sich um das Fahrroutenprofil selbst handeln. Wie bereits erwähnt, kann das Fahrroutenprofil hierbei besonders einfach durch eine inverse Frequenztransformation der empfangenen Transformationskoeffizienten berechnet werden. Die Verwendung von Transformationskoeffizienten bietet aber auch die Möglichkeit, auf besonders einfache Weise Fahrroutenprofile ineinander umzuwandeln, so dass in einem Steuergerät nicht unbedingt dasjenige Fahrroutenprofil als Routeninformation rekonstruiert werden muss, welches im Navigationssystem der Transformation zugrunde gelegt wurde. So ist es möglich, aus einem Höhenprofil ein Steigungsprofil zu berechnen und umgekehrt. Genauso kann aus einem Kurvenprofil ein Krümmungsprofil berechnet werden und umgekehrt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich hierzu eine vorteilhafte Weiterbildung, wenn durch das Steuergerät nicht erst ein rekonstruiertes Fahrroutenprofil umgewandelt wird, sondern bereits die empfangenen Transformationskoeffizienten selbst umgewandelt werden. Mit anderen Worten werden nicht die Profile ineinander umgerechnet, sondern es werden lediglich die Transformationskoeffizienten verändert, wodurch sich dann Transformationskoeffizienten zu dem anderen Fahrroutenprofil ergeben. Um beispielsweise aus einem Höhenprofil ein Steigungsprofil zu machen, müsste zu dem Höhenprofil eine mathematische Ableitung berechnet werden. Um diese verhältnismäßig aufwändige Berechnung zu umgehen, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, die Transformationskoeffizienten mit einem Faktor zu multiplizieren, welcher im Transformationsbereich der Frequenztransformation einer solchen mathematischen Ableitung entspricht. Es muss dann also einfach eine Multiplikation anstelle einer Ableitung berechnet werden. Genauso ist es möglich eine Integration der Fahrroutendaten dadurch zu berechnen, dass stattdessen die Transformationskoeffizienten mit einem entsprechenden Faktor multipliziert werden.
Die derart veränderten Transformationskoeffizienten können dann genau wie die ursprünglichen Transformationskoeffizienten durch die inverse Frequenztransformation transformiert werden, so dass sich hierdurch dann das gewünschte Fahrroutenprofil ergibt.
Wie bereits beschrieben, wird durch die fest vorgegebene Anzahl von zu einem gegebenen Fahrroutenprofil zu übertragenden Transformationskoeffizienten ermöglicht, ein beliebig langes Fahrroutenprofil mit einer vorgebbaren Datenrate zu übertragen. Nur der Detailgrad des im Steuergerät rekonstruierten Fahrrouteprofils ist dann von der Anzahl der übertragenen Transformationskoeffizienten abhängig. Dies stellt in der Regel kein Problem dar, da für ein Steuergerät bei einer langen Fahrt sowieso eine genaue, wie vorausschauende Planung der Steuerung der Fahrzeugkomponente durch andere Unwägbarkeiten, wie beispielsweise das Verhalten des Fahrers, ohnehin schwierig ist. Im Verlauf der Fahrt wird allerdings derjenige Fahrroutenabschnitt, der noch vor dem Fahrzeug liegt, immer kürzer, so dass hier eine genauere Darstellung des Fahrroutenprofils im Steuergerät die Möglichkeit bietet, beispielsweise verbleibende Reserven in dem Kraftwagen gezielter zu nutzen. Es müssen dazu allerdings detailliertere Routeninformationen zum verbleibenden Routenabschnitt ermittelt werden. Hierzu sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, während einer Fahrt des Kraftwagens Fahrroutendaten zu einer verbleibenden Fahrroute der Fahrt zyklisch zu ermitteln und daraus Transformationskoeffizienten zu bestimmen, die dann an das Steuergerät übertragen werden. Mit anderen Worten werden periodisch Transformationskoeffizienten zu dem verbleibenden Fahrroutenabschnitt an das Steuergerät übertragen. Bleibt hierbei die Zahl der übertragenen Transformationskoeffizienten gleich, so wird aufgrund des kürzer werdenden Fahrroutenabschnitts der Detailgrad der Repräsentation des verbleibenden Fahrroutenabschnitts durch die Transformationskoeffizienten immer größer. Hiermit ergibt sich zum Ende einer Fahrt hin eine immer genauere Planungsmöglichkeit im Steuergerät.
Wie bereits erwähnt gehört zu der Erfindung auch ein Navigationssystem eines Kraftwagens. Eine Steuereinrichtung des Navigationssystems ist hierbei dazu ausgelegt, in der beschriebenen Weise Fahrroutendaten betreffend ein Fahrroutenprofil einer Fahrroute mittels einer Frequenztransformation zu transformieren und dann eine vorbestimmte Anzahl der Transformationskoeffizienten an einem Busanschluss auszugeben, welcher die Steuereinrichtung mit einem Kommunikationsbus des Kraftwagens koppelt. So lassen sich mittels des Navigationssystems die Transformationskoeffizienten in einem Kommunikationsbus des Kraftwagens bereitstellen. Vorzugsweise lässt sich bei der Steuereinrichtung mittels eines Stellparameters einstellen, wie viele Transformationskoeffizienten für ein bestimmtes Fahrroutenprofil von dem Navigationsgerät über den Kommunikationsbus zu übertragen sind. Hierdurch lässt sich die Bandbreite für die Übertragung einfach einstellen.
Als Gegenstück zu dem erfindungsgemäßen Navigationssystem ist bei einem Steuergerät eine Steuereinrichtung dazu ausgelegt, über einen Busanschluss von einem Kommunikationsbus die Transformationskoeffizienten zu empfangen und aus diesen und/oder aus daraus gebildeten umgewandelten Transformationskoeffizienten durch eine inverse Frequenztransformation ein Fahrroutenprofil zu ermitteln. Zu der Erfindung gehört schließlich auch ein Kraftwagen, welcher die beschriebenen Komponenten zum Realisieren des erfindungsgemäßen Verfahrens, also das Navigationssystem und wenigstens ein Steuergerät aufweist.
Zu den beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen umfasst die Erfindung zudem auch Weiterbildungen, die Merkmale aufweisen, die den Merkmalen der bereits beschriebenen Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Aus diesem Grund sind die Merkmale der entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von konkreten Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dazu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftwagens,
2 ein Fahrroutenprofil, wie es von einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Navigationssystems in dem Kraftwagen von 1 ermittelt wurde,
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines linearen Fahrroutenprofils,
4 ein Diagramm mit einem mittels des linearen Fahrroutenprofils modifizierten Fahrroutenprofils,
5 das modifizierte Fahrroutenprofil von 4 mit darin eingetragenen Routenattributen,
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
7 einen Vergleich eines Höhenprofils mit einem Steigungsprofil und
8 einen Vergleich zwischen dem Fahrroutenprofil von 2 mit einem in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts rekonstruierten Fahrroutenprofil.

Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
In 1 ist ein Kraftwagen 10 gezeigt, in welchem ein Navigationssystem 12 und in diesem Beispiel drei Steuergeräte 14, 16, 18 über einen Kommunikations- oder Datenbus 20 des Kraftwagens 10 oder ein Busnetz in an sich bekannter Weise miteinander gekoppelt sind. Der Datenbus 20 kann beispielsweise ein CAN-Bus (CAN - Controller Area Network) sein oder ein anderer, aus dem Stand der Technik an sich bekannter Datenbus für einen Kraftwagen. Bei dem Kraftwagen 10 kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln. Der Kraftwagen 10 kann für einen Fahrantrieb einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder auch eine Hybridantrieb aufweisen. Bei dem Steuergerät 14 kann es sich entsprechend beispielsweise um ein Motorsteuergerät handeln, bei dem Steuergerät 16 um ein Navigationsassistenzsystem, bei dem Steuergerät 18 um ein Ladegerät für einen elektrischen Akkumulator des Kraftwagens 10. Die Steuergeräte 14, 16, 18 können beispielsweise dazu ausgelegt sein, ein energieeffizientes Fahren des Kraftwagens 10 zu ermöglichen. Diese Funktionen sind beispielsweise das Thermomanagement, die Reichweitenberechnung, die Betriebs- und Ladestrategie elektrifizierter und hybrider Antriebe oder die vorausschauende Planung der Regenerationszyklen beispielsweise eines Dieselpartikelfilters. Für eine Optimierung benötigen die Steuergräte 14, 16, 18 vorausschauende Streckeninformationen, die beispielsweise Steigungs- oder Höhendaten zu einer Fahrroute beinhalten, die mit dem Kraftwagen 10 während einer momentanen Fahrt zurückgelegt werden soll. Für eine möglichst umfassende Optimierungsstrategie, beispielsweise bei einer verbrauchsminimierenden Ausplanung der Verwendung verschiedener Antriebsenergiequellen während der Fahrt entlang der Fahrroute, werden Daten betreffend ein Fahrroutenprofil möglichst für die gesamte Fahrstrecke bis zum Ziel benötigt. Im Falle eines Höhenprofils oder eines Kurvenprofils müssen dabei neben den eigentlichen Höhendaten bzw. Krümmungsdaten auch Geschwindigkeitsgebote, Ortschaften, Straßenklassen (Landstraße, Autobahn und dergleichen), voraussichtliche Anhalte- und Abbiegevorgänge mit berücksichtigt werden. Diese Daten sind hier als Routenattribute bezeichnet. Zu einer bestimmten Fahrroute können das Fahrroutenprofil und die Routenattribute bei den Kraftwagen 10 durch das Navigationssystem 12 ermittelt werden. Sie können anschließend über den Datenbus 20 an die Steuergeräte 14, 16, 18 übertragen werden, wo die einzelnen Steuergeräte 14, 16, 18 dann auf Grundlage des Fahrroutenprofils und der Routenattribute die von ihnen umzusetzende Optimierungsstrategie verwirklichen können. Die Übertragung des Fahrroutenprofils und der Routenattribute benötigt bei den Kraftwagen 10 eine besonders geringe Bandbreite auf den Datenbus 20.
Zur Veranschaulichung eines Fahrroutenprofils, wie es von dem Navigationssystem 12 zunächst ermittelt wird, ist in 2 beispielhaft ein Höhenprofil 22 wiedergegeben. Es handelt sich hierbei um das Höhenprofil einer Fahrroute von Ingolstadt nach Venedig mit einer Länge von ungefähr 630 km. Das Fahrroutenprofil 22 gibt an, nach welcher Weglänge R ausgehend von dem Startpunkt Ingolstadt welche Höhe H (über dem Meeresspiegel) auf der geplanten Fahrroute erreicht ist. Zur Veranschaulichung der Erfindung wird im Folgenden Bezug auf das Höhenprofil 22 genommen. Die beschriebenen Verarbeitungsschritte des Fahrroutenprofils ist aber auch auf jedes andere Fahrroutenprofil anwendbar. In 6 ist eine Übersicht der im Folgenden erläuterten Verarbeitungsschritte in Form eines Flussdiagramms gezeigt.
Das Navigationssystem 12 sammelt in einem Schritt S10 zu dem Höhenprofil 22 über die gesamte Route insgesamt N Stützstellen, d.h. Wertepaare, bei welchen einem Abstand R (siehe 2) vom Startpunkt ein zugehöriger Höhenwert H zugeordnet ist, also H(R). N ist vorzugsweise eine Zweierpotenz, zum Beispiel N = 128. Diese Fahrroutendaten H(R) aus allen N Stützstellen werden komprimiert. Dazu wird zunächst aus der Analyse des Startpunkts 24 und des Endpunkts 26 des Höhenprofils 22 in einem Schritt S12 eine globale Steigung 28 berechnet. Die von dem Navigationssystem berechnete globale Steigung 28 ist in 3 als Geradenstück veranschaulicht, welches den Startpunkt 24 und den Endpunkt 26 verbindet.
Die globale Steigung 28 wird von dem Navigationssystem 12 aus dem Höhenprofil 22 herausgerechnet, indem von dem Höhenprofil 22 die Werte des Geradenstücks der globalen Steigung 28 subtrahiert werden. Hierzu ist in 4 das sich ergebende modifizierte Höhenprofil 30 (in 6 mit MOD abgekürzt) dargestellt. Bei dem modifizierten Höhenprofil 30 weisen dessen Startpunkt 32 und dessen Endpunkt 34 den gleichen Höhenwert auf. Es sei noch einmal betont, dass anstelle des Höhenprofils auch beispielsweise ein Steigungsprofil verwendet werden kann, das ebenfalls auf die beschriebene Weise in ein modifiziertes Steigungsprofil umgerechnet werden kann.
Das modifizierte Höhenprofil 30 kann von dem Navigationsgerät 12 in einem Schritt S14 einer Frequenztransformation, beispielsweise einer Fouriertransformation, unterzogen werden. In dem Flussdiagramm von 6 ist entsprechend die Frequenztransformation als schnelle Fouriertransformation (FFT Fast Fourier Transform) angegeben, wobei hier, wie gesagt, jede beliebige andere Frequenztransformation möglich ist. Durch das beschriebenen Herausrechnen der globalen Steigung 28 ergibt sich hierbei der Vorteil, dass sich das modifizierte Höhenprofil 30 stetig periodisch fortsetzen lässt, sich also eine Kopie des Höhenprofils an den Endpunkt 34 anfügen lässt und dieser Vorgang beliebig wiederholbar ist. Da Frequenztransformationen, insbesondere die Fouriertransformation, solche periodisch wiederholbaren Signale voraussetzen, wird durch Verwendung des modifizierten Höhenprofils 30 anstelle des Höhenprofils 22 bei der Frequenztransformation die Repräsentation des Höhenprofils durch die bei der Frequenztransformation entstehenden Transformationskoeffizienten erheblich verbessert.
Durch das Navigationssystem 12 werden des Weiteren in dem Schritt S12 die erwähnten Routenattribute ermittelt. In 5 ist hierzu beispielhaft dargestellt, wie entlang des modifizierten Höhenprofils 30 ein Ortseingang 36 und ein Ortsausgang 38 zu dem modifizierten Höhenprofil 30 eingetragen werden. Zwischen dem Ortseingang 36 und dem Ortsausgang 38 ergibt sich nach den geltenden Verkehrsregeln eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit von hier 50 km pro Stunde. Des Weiteren ist in dem modifizierten Höhenprofil 30 der Beginn eines Fahrroutenabschnitts 40 markiert, in welchem ein Tempolimit 42 von 130 km/h gilt.
Weitere mögliche Routenattribute sind beispielsweise eine Auffahrt zu einer Autobahn, eine Autobahnabfahrt, eine Einfahrt in eine Umweltzone, eine Ausfahrt aus einer solchen, ein Stauanfang und ein Stauende, Tempolimits, eine Angabe zur Anzahl möglicher Stopps, Moutstationen, Ampeln und Abbiegevorgänge für einen vorbestimmten Routenabschnitt. Für das letzte Routenattribut wird vorzugsweise jeweils zu einem Ende eines solchen Routenabschnitts die Zahl der in dem Routenabschnitt zu erwartenden Stopps und dergleichen übertragen.
Durch Routenattribute können auch Routenabschnitte kenntlich gemacht werden, für welche keine Höhendaten im Fahrroutenprofil 22 verfügbar sind. Für diesen Bereich wird dann das modifizierte Höhenprofil 30 linear interpoliert, um die eigentliche Frequenztransformation unverändert durchführen zu können. Durch die entsprechenden Routenattribute ist dann auf Seiten der Steuergeräte erkennbar, dass die Angaben innerhalb des Routenabschnitts nur interpolierte Daten darstellen. Auf der Grundlage der Routenprofile können die Steuergeräte 14, 16, 18 zusätzlich zu dem übertragenen Fahrroutenprofil auch beispielsweise ein Geschwindigkeitsprofil in Form einer Treppenfunktion zu der Fahrroute ermitteln.
Über den Kommunikationsbus 20 versendet das Navigationssystem 12 an die Steuergeräte 14, 16, 18 in einem Schritt S16 die Länge der von dem modifizierten Fahrroutenprofil 30 repräsentierten Fahrroute, wobei die Angabe beispielsweise in Kilometern sein kann. Des Weiteren werden Werte zur globalen Steigung 28 übertragen. Es kann auch vorgesehen sein, die aktuelle Fahrposition des Kraftwagens 10 im Fahrroutenprofil anzugeben, beispielsweise als prozentuale Angabe bezogen auf die Gesamtlänge. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass davon ausgegangen wird, dass sich der Kraftwagen 10 am Beginn des aktuellen Fahrroutenprofils befindet.
Die Transformationskoeffizienten können von dem Navigationssystem noch in einem Schritt S18 quantisiert werden. Im Falle einer Fouriertransformation ergeben sich komplexwertige Koeffizienten, von denen dann jeweils z.B. eine Phase und eine Amplitude durch die Fouriertransformation ermittelt werden. Die Quantisierung kann hierbei jeweils K = 8 Bit für die Phase und die Amplitude betragen. Des Weiteren werden die Routenattribute mit jeweiligen Offsetwerten übertragen, wobei die Offsetwerte angeben, wo entlang des Fahrroutenprofils das jeweilige Routenattribut einzutragen ist.
Von den Transformationskoeffizienten, die mittels der Frequenztransformation ermittelt wurden, werden die ersten M (gegebenenfalls quantisierten) Transformationskoeffizienten in einem Schritt S20 übertragen. Es ist beispielsweise möglich, eine Fouriertransformation auf der Grundlage von N=256 Stützstellen durchzuführen und hiervon dann nur M = 45 Koeffizienten zu übertragen.
Die Steuergeräte 14, 16, 18, welche über den Datenbus 20 von dem Navigationsgerät 12 die beschriebenen Daten empfangen, können nun ihrerseits auf Grundlage der Transformationskoeffizienten zunächst das modifizierte Höhenprofil 30 durch eine inverse Frequenztransformation, also beispielsweise der inversen Fouriertransformation, erzeugen. In dem Flussdiagramm von 6 ist dies als Schritt S22 repräsentiert. Das sich durch die inverse Frequenztransformation im Schritt S22 ergebende rekonstruierte modifizierte Höhenprofil 30 kann mittels der in dem Schritt S16 übertragenen globalen Steigung 28 in einem Schritt S24 wieder demodifiziert werden, so dass sich hieraus das eigentliche Höhenprofil rekonstruieren lässt. In einem Schritt S26 können dann in das rekonstruierte Höhenprofil die Routenattribute eingetragen werden.
Aus dem Höhenprofil kann durch ein Steuergerät 14, 16, 18 aber auch mit geringem Rechenaufwand in einem Schritt S28 ein Steigungsprofil berechnet werden. Das Steigungsprofil ist die erste mathematische Ableitung des Höhenprofils. Für den Fall, dass als Frequenztransformation eine Fouriertransformation verwendet wird, kann die Fouriertransformierte des Steigungsprofils aus den Fourierkoeffizienten des Höhenprofils gewonnen werden, indem alle Koeffizienten mit einem Faktor i * w multipliziert werden, wobei hier i die imaginäre Einheit (mit i² = -1) und w die Kreisfrequenz des Koeffizienten ist, die sich als w = 2 * π * f ergibt. Allgemein ergibt sich also für eine Funktion f(x), dass deren Fouriertransformierte F{ f(x)} in der folgenden Weise mit der Fouriertransformierten F{ f(x)} der mathematischen Ableitung f (x) verknüpft ist: $F {f' (x)} = i*w*F {f (x)}$
Falls also die Fouriertransformation senderseitig auf einem Steigungsprofil berechnet wurde und das empfangene Steuergerät an einem Höhenprofil interessiert ist, müssen die empfangenen Fourierkoeffizienten entsprechend zunächst durch i * w dividiert werden. Falls die Fouriertransformation senderseitig auf einem Höhenprofil berechnet wurde und das empfangene Steuergerät an einem Steigungsprofil interessiert ist, müssen die Fourierkoeffizienten vom Empfänger vor der inversen Fouriertransformation zunächst mit i * w multipliziert werden. Unabhängig davon, ob der Sender die Koeffizienten auf Basis der Höhen- oder Steigungen berechnet hat, kann der Empfänger also mit den gleichen Koeffizienten immer beide Profile rekonstruieren. Dies ist ein weiterer Vorteil, der zur Verringerung der benötigten Bandbreite auf dem Datenbus 20 führt.
Die modifizierten Transformationskoeffizienten können dann in einem Schritt S30 mittels der inversen Frequenztransformation rücktransformiert und in einem Schritt S32 in der beschriebenen Weise, falls nötig, auch demodifiziert werden, so dass dann in einem Schritt S34 in dem so konstruierten anderen Fahrroutenprofil wieder die Routenattribute eingetragen werden können.
In 7 ist hierzu ein Höhenprofil 22' gezeigt, wie es sich aus dem Höhenprofil 22 rekonstruieren lässt, wenn als Transformationskoeffizienten M = 45 Fourierkoeffizienten verwendet werden, deren Amplitude und Phase mit jeweils 8 Bit quantisiert wurde. Das Höhenprofil 22 ist hierbei mit 256 Stützstellen beschrieben worden. Durch Multiplizieren der (nicht dargestellten) Fourierkoeffizienten des Höhenprofils 22 und anschließendes inverses Fouriertransformieren (iFFT) ergibt sich ein Steigungsprofil 44.
Insgesamt ergibt sich also aus den Schritten S26 bzw. S34 eine Gesamtprofilvorschau der von dem Kraftwagen 10 zurückzulegenden Route bis zum Ziel. Nachdem ein Fahrroutenprofil und dessen Routenattribute vollständig übertragen wurden, beginnt in dem Navigationssystem 12 von neuem die Berechnung eines neuen Fahrroutenprofils ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition des Kraftwagens 10. Die somit zyklisch berechneten Fahrroutenprofile werden während einer Fahrt also immer kürzer. Da stets dieselbe Anzahl M von Transformationskoeffizienten zur Repräsentation des Fahrroutenprofils verwendet wird, steigt im Verlauf der Fahrt mit jedem Fahrroutenprofil die Genauigkeit der Höhen- bzw. Steigungsdaten immer weiter.
Insgesamt ergeben sich durch die Erfindung die folgenden Vorteile: Frequenztransformationen, wie beispielsweise die Fouriertransformation, sind als Standardalgorithmen bekannt, die auf vielen Hardware-Plattformen verfügbar sind. Die auf einem Datenbus verfügbare Datenrate wird unabhängig von der Länge einer Fahrroute, zu welcher ein Fahrroutenprofil gebildet werden soll, stets optimal genutzt, um die Profilinformationen zu übertragen. Bei kürzeren Strecken steigt bei gleichbleibender Anzahl M übertragener Transformationskoeffizienten die Genauigkeit der Repräsentation des Fahrroutenprofils. Bei längeren Strecken wird das Fahrroutenprofil automatisch komprimiert. Eine wesentliche Eigenschaft der hier verwendeten Transformationskoeffizienten ist dabei, dass stets die wesentlichen Profileigenschaften erhalten bleiben. Dies ist noch einmal in 8 veranschaulicht, wo das Fahrroutenprofil 22 (repräsentiert durch 256 Stützstellen) und ein daraus rekonstruiertes Fahrroutenprofil 46 übereinander gezeichnet sind. Das rekonstruierte Fahrroutenprofil ist aus lediglich M = 12 Fourierkoeffizienten gebildet, deren Amplitude und Phase jeweils wieder mit K = 8 Bit quantisiert wurden. Trotz der großen Datenkompression wird das ursprüngliche Fahrroutenprofil 22 durch das rekonstruierte Fahrroutenprofil 46 gut approximiert.
Die Anzahl der Koeffizienten kann variiert werden, ohne hierbei die Schnittstelle, über welche die Koeffizienten zu übertragen sind verändern zu müssen. Damit kann ein Arbeitspunkt des Navigationsgeräts 12 und der Steuergeräte 14, 16, 18 stufenlos zwischen verschiedenen Genauigkeitsanforderungen und verschiedenen Datenerneuerungsraten des Fahrroutenprofils eingestellt werden. Ein empfangendes Steuergerät hat bereits eine grobe Information über die Gesamtstrecke, auch wenn nur sehr wenige Koeffizienten übertragen wurden (siehe hierzu 8). Zudem lassen sich Höhen- und Steigungsprofile (und entsprechend auch Kurven- und Krümmungsprofile) mit den gleichen Koeffizienten übertragen, d.h. es muss keine Erhöhung der Datenrate erfolgen, um unterschiedliche Profilanfragen bedienen zu können, denn ein Steuergerät kann aus einem Typ von Transformationskoeffizienten stets den benötigten anderen Typ durch einfache arithmetische Berechnungen selbst ermitteln.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Routeninformationen (22', 36, 38, 42, 46) in einem Steuergerät (14, 16, 18) eines Kraftfahrzeugs (10), umfassend die Schritte: - Ermitteln (S10) von Fahrroutendaten betreffend ein Fahrroutenprofil (22) einer Fahrroute durch ein Navigationssystem (12), wobei das Fahrroutenprofil (22) zumindest eines aus den folgenden Profilen umfasst: ein Höhenprofil, ein Steigungsprofil, ein Kurvenprofil, ein Krümmungsprofil; gekennzeichnet durch die Schritte: - in dem Navigationssystem (12) Transformieren (S14) der Fahrroutendaten mittels einer Frequenztransformation und hierdurch Ermitteln einer vorbestimmten Anzahl von Transformationskoeffizienten, wobei die Anzahl der Transformationskoeffizienten, die übertragen werden, unabhängig von einer Länge der Fahrroute festgelegt wird; - Übertragen (S20) der Transformationskoeffizienten von dem Navigationssystem (12) zu dem Steuergerät (14, 16, 18); - in dem Steuergerät (14, 16, 18) Ermitteln (S22 bis S34) der Routeninformationen (22', 36, 38, 42, 46) aus den übertragenen Transformationskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch die Fahrroutendaten Stützstellen des Fahrroutenprofils (22) repräsentiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Navigationssystem (12) aus einem Startpunkt (24) und einem Endpunkt (26) der Fahrroute ein lineares Fahrroutenprofil (28) berechnet wird und das lineare Fahrroutenprofil (28) von dem Fahrroutenprofil (22) subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu den Transformationskoeffizienten auch Routenattribute (36, 38, 42) von dem Navigationssystem (12) zu dem Steuergerät (14, 16, 18) übertragen werden, wobei durch die Routenattribute (36, 38, 42) zumindest ein das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs (10) voraussichtlich beeinflussendes Merkmal der Fahrroute beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs (10) voraussichtlich beeinflussende Merkmal der Fahrroute zumindest eines der folgenden Merkmale ist: eine Lage eines Ortseingangs (36) und/oder Ortsausgangs (38), eine Lage einer Autobahnauffahrt und/oder -abfahrt, eine Lage eines Stauanfangs und/oder -endes, ein Routenabschnitt (40) mit Tempolimit (42), eine Anzahl von Mautstationen, Ampeln und/oder Abbiegungen innerhalb eines vorbestimmten Routenabschnitts.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Navigationssystem (12) zu einem Routenabschnitt, zu welchem kein Fahrroutenprofil vorliegt, durch Interpolieren interpolierte Fahrroutendaten erzeugt werden, und durch das Navigationssystem zusammen mit den Transformationskoeffizienten, die auf der Grundlage der interpolierten Fahrroutendaten erzeugt wurden, entsprechende Routenattribute übertragen werden, durch welche die Lage des Routenabschnitts angegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Fahrroutenprofil mittels eines geraden Abschnitts interpoliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Steuergerät (14, 16, 18) die übertragenen Transformationskoeffizienten umgewandelt werden (S28), und hierdurch Transformationskoeffizienten zu einem anderen Fahrroutenprofil (44) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei durch das Steuergerät (14, 16, 18) die übertragenen Transformationskoeffizienten durch eine Multiplikation mit einem Faktor, welcher im Transformationsbereich der Frequenztransformation einer mathematischen Ableitung oder einer Integration der Fahrroutendaten entspricht, umgewandelt werden (S28).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Routeninformationen (22', 36, 38, 42, 46) ein Fahrroutenprofil (22, 44, 46) umfassen, das durch eine inverse Frequenztransformation von Transformationskoeffizienten berechnet wird (S22, S30).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während einer Fahrt des Kraftwagens (10) zyklisch Fahrroutendaten zu einer verbleibenden Fahrroute der Fahrt ermittelt werden und daraus Transformationskoeffizienten ermittelt werden, die dann an das Steuergerät (14, 16, 18) übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Frequenztransformation eine aus den folgenden Transformationen verwendet wird: eine Fouriertransformation, eine Cosinustransformation, eine Wavelettransformation.
Navigationssystem (12) eines Kraftwagens (10), welches eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, Fahrroutendaten betreffend ein Fahrroutenprofil einer Fahrroute zu ermitteln, wobei das Fahrroutenprofil (22) zumindest eines aus den folgenden Profilen umfasst: ein Höhenprofil, ein Steigungsprofil, ein Kurvenprofil, ein Krümmungsprofil, die Fahrroutendaten mittels einer Frequenztransformation zu transformieren, eine vorbestimmten Anzahl von Transformationskoeffizienten zu ermitteln, wobei die Anzahl der Transformationskoeffizienten, die übertragen werden, unabhängig von einer Länge der Fahrroute festgelegt wird, und die Transformationskoeffizienten an einem Busanschluss auszugeben, welcher dazu ausgelegt ist, die Steuereinrichtung mit einem Kommunikationsbus (20) des Kraftwagens (10) zu koppeln.
Navigationssystem (12) nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Anzahl der Transformationskoeffizienten in Abhängigkeit von einem Stellparameter festzulegen.
Kraftwagen (10) mit einem Navigationssystem (12) gemäß Anspruch 13 oder 14.