DE102012016768A1

DE102012016768A1 - Technik zum Verarbeiten kartographischer Daten für das Bestimmen energiesparender Routen

Info

Publication number: DE102012016768A1
Application number: DE102012016768.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Wolf
Original assignee: Elektrobit Automotive GmbH
Current assignee: Elektrobit Automotive GmbH
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US9062984B2; CN103630142B; CN103630142A; US20140058673A1

Abstract

Es wird eine Technik zum Bestimmen einer energiesparenden Route zwischen zwei geographischen Positionen auf Basis vorgegebener kartographischen Daten beschrieben, wobei die kartographischen Daten ein reales Verkehrswegenetz in Form von Routensegmenten und Routenknoten beschreiben. Ein Verfahrensaspekt umfasst die Schritte des Unterteilens der für eine Routenberechnung bereitgestellten Routensegmente in Routensegmentabschnitte mit jeweils vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil, des Bereitstellens eines für die Routensegmentabschnitte jeweils zu erwartenden Energieverbrauchswerts auf Basis des jeweils zugeordneten Geschwindigkeitsprofils und des Berechnens von Gewichten für die jeweiligen Routensegmente auf Basis der für die Routensegmentabschnitte bereitgestellten Energieverbrauchswerte, wobei die Gewichtee zum Bestimmen der energiesparenden Route im Rahmen der Routenberechnung herangezogen werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Bestimmen energiesparender Routen. Insbesondere wird eine Technik zum Bestimmen energiesparender Routen basierend auf in geeigneter Weise verarbeiteten geographischen Daten angegeben.
Hintergrund
Verfahren zum Berechnen von Routen zwischen zwei oder mehr vorgegebenen geographischen Positionen (z. B. durch Eingabe von Startpunkt, Zielpunkt und/oder Zwischenzielen) auf Basis vorgegebener kartographischer Daten sind allgemein bekannt. Berechnete Routen werden hierbei in der Regel als ein Graph aus Knoten und Routensegmenten ermittelt, wobei den Knoten häufig Kreuzungen beziehungsweise Abzweigungen und den Routensegmenten Abschnitte zwischen benachbarten Kreuzungen beziehungsweise Abzweigungen entsprechen.
Routensegmente und Knoten können durch zusätzliche Attribute, welche beispielsweise auf eine Länge von Abschnitten, einen Abschnittstyp, eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit, eine Fahrtrichtung, Art der Kreuzung, usw. hinweisen, näher beschrieben werden. Anhand dieser Attribute kann ein Routensuchalgorithmus Gewichte für einzelne Routensegmente ermitteln, auf deren Basis dann die optimale Route berechnet wird. Solche Gewichte können den Routensegmenten und Knoten aber auch bereits in den kartographischen Daten fest zugewiesen sein.
Häufig implementieren Suchalgorithmen verschiedene Suchoptionen, gemäß denen eine optimierte Route zwischen zwei ausgewählten Positionen gesucht werden kann. Beispielsweise wird durch Auswahl der Option ”Schnellste Route” eine Route mit der kürzesten Reisezeit gesucht, die nicht unbedingt gleichzeitig die Route kürzester Distanz sein muss. Eine derartige verfeinerte Suche wird ermöglicht, indem der Routensuchalgorithmus beispielsweise Routensegmente für Autobahnabschnitte gegenüber anderen Routensegmenten des Straßennetzes bevorzugt, wobei er die Gewichte dieser Abschnitte entsprechend modifiziert (je nach Algorithmus erniedrigt oder erhöht). Je nach Auswahl der Suchoption kann so ein Nutzer eine Route zwischen zwei oder mehr Positionen suchen lassen, die ganz bestimmten Reisekriterien genügt.
Aus der DE 10 2010 027 777 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route zwischen einem Start- und einem Zielpunkt bekannt, bei dem jedem Routenabschnitt eine Energieverbrauchsinformation zugeordnet ist. Die Energieverbrauchsinformation repräsentiert einen Energiemehrverbrauch bezüglich eines minimalen Energieverbrauchs, wobei die Energieverbrauchsinformation eine Mehrzahl von Energieverbrauchswerten umfassen kann, die einer Verkehrsflusscharakteristik auf den zugeordneten Routenabschnitten Rechnung tragen. Die Energieverbrauchsinformation ist zusammen mit den Routenabschnitten in einer Datenbank abgespeichert.
Die Ermittlung einer verbrauchsoptimierten Route ist ferner aus der DE 10 2010 053 489 B3 bekannt. Hierbei werden mehrere, zwischen einem Start- und einem Zielpunkt ermittelte Routen unter ökologischen Gesichtspunkten bewertet. Der voraussichtliche Kraftstoffverbrauch für die Routen wird mit Hilfe einer hinterlegten Kraftstoffverbrauchsfunktion ermittelt, die einen minimalen Verbrauch in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit angibt.
Den bekannten Verfahren zum Ermitteln einer verbrauchsoptimierten Route ist gemeinsam, dass sie auf teilweise vereinfachten Verbrauchsmodellen basieren und somit häufig nur eine grobe Vorhersage zu energiesparenden Routen geben. Andererseits verlangt die Implementierung von detaillierten Verbrauchsmodellen, welche beispielsweise Charakteristika des Verkehrswegenetzes, Fahrergewohnheiten, Fahrzeugparameter und eine Verkehrslage berücksichtigen, hohe Rechenkapazitäten.
Kurzer Abriss
Es ist daher eine Technik bereitzustellen, welche in flexibler und ressourcenschonender Weise eine Bestimmung einer energiesparenden Route unter Berücksichtigung von zum Energieverbrauch beitragenden Faktoren ermöglicht, ohne hierbei die Geschwindigkeit des Suchvorgangs wesentlich zu beeinträchtigen.
Hierfür wird ein computergestütztes Verfahren zum Verarbeiten kartographischer Daten für das Bestimmen einer energiesparenden Route zwischen zwei geographischen Positionen angegeben, wobei die kartographischen Daten ein reales Verkehrswegenetz in Form von Routensegmenten und Routenknoten wiedergeben und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Unterteilen der für eine Routenberechnung bereitgestellten Routensegmente in Routensegmentabschnitte mit jeweils vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil; Bereitstellen eines für die Routensegmentabschnitte jeweils zu erwartenden Energieverbrauchswerts auf Basis (wenigstens) des jeweils zugeordneten Geschwindigkeitsprofils; und Berechnen von Gewichten für die Routensegmente auf Basis der für die Routensegmentabschnitte bereitgestellten Energieverbrauchswerte, wobei die Gewichte zum Bestimmen der energiesparenden Route im Rahmen der Routenberechnung heranziehbar sind.
Im Umfang der vorliegenden Offenbarung ist ein Gewicht nicht notwendigerweise im Zusammenhang mit dessen Verwendung im Rahmen einer Multiplikation zu verstehen. Vielmehr können Gewichte auch auf der Grundlage anderer Rechenoperationen verarbeitet werden. Des Weiteren kann ein Energieverbrauchswert ganz allgemein einen Wert bezeichnen, der in einem Zusammenhang mit dem Energieeinsatz für das Zurücklegen eines bestimmten Routensegmentabschnitts steht.
Das den Routensegmenten jeweils zugrunde gelegte Geschwindigkeitsprofil kann den Geschwindigkeitsverlauf einer Reisegeschwindigkeit während des Passierens eines dem Routensegment entsprechenden Routensegmentabschnitts wiedergeben. Jedes Routensegment der kartographischen Daten kann somit mit einem Geschwindigkeitsprofil in Verbindung gebracht werden, welches auf eine Reisegeschwindigkeit innerhalb des entsprechenden Routensegmentes hindeutet, wobei sich die Reisegeschwindigkeit innerhalb des Routensegmentes ändern kann. So kann der einem Routensegment zugeordnete Geschwindigkeitsverlauf eine veränderliche Größe darstellen mit Abschnitten zunehmender, fallender und/oder (im Wesentlichen) konstanter Geschwindigkeit. Abschnitte zunehmender Geschwindigkeit können mit einem (Fahrzeug-)Beschleunigungsvorgang, Abschnitte konstanter Geschwindigkeit mit einer gleichförmigen (nicht-beschleunigten) Bewegung und Abschnitte fallender Geschwindigkeit mit einem (Fahrzeug-)Verzögerungsvorgang in Verbindung gebracht werden.
Ein Routensegment kann anhand seines Geschwindigkeitsprofils in Routensegmentabschnitte unterteilt werden, wobei jedem Abschnitt ein Geschwindigkeitsprofilabschnitt mit (z. B. vorgegebenem) Geschwindigkeitsprofil entspricht. Als Option kann jedem Routensegmentabschnitt ein Geschwindigkeitsprofil mit entweder einem konstanten Geschwindigkeitsverlauf oder einer stetigen (beispielsweise gleichmäßigen) Geschwindigkeitsänderung (gemäß einer Fahrzeug-Beschleunigung oder einer Fahrzeug-Verzögerung) entsprechen. So kann jedes Geschwindigkeitsprofil eines Routensegmentabschnittes ganz bestimmte Fahrzustände (z. B. Fahrt mit positiver oder negativer Beschleunigung oder mit konstanter Fahrgeschwindigkeit) abbilden. Die Anzahl der Unterteilungen eines Routensegments und somit die Zahl der erhaltenen Routensegmentabschnitte kann somit von der Anzahl der einen bestimmten Fahrzustand abbildenden Geschwindigkeitsprofilabschnitte abhängen, die dem Geschwindigkeitsprofil eines Routensegments zuordenbar sind. So können pro Routensegment ein, zwei, drei oder mehr Routensegmentabschnitte ermittelt werden.
Jeder Routensegmentabschnitt kann durch eine Anfangs- und Endgeschwindigkeit des dem Routensegmentabschnitt zugeordneten vorgegebenen Geschwindigkeitsprofils festgelegt werden. Im Fall eines Routensegmentabschnittes mit konstantem Geschwindigkeitsprofil sind die Beträge von Anfangs- und Endgeschwindigkeit am Anfang und Ende des Abschnitts jedenfalls im Wesentlichen gleich. Im Fall einer Beschleunigung/Verzögerung ist der Geschwindigkeitsbetrag am Anfang des Abschnitts in ausreichender Weise kleiner/größer als der Geschwindigkeitsbetrag am Ende des Abschnitts, wobei sich die Geschwindigkeit innerhalb des Abschnitts gleichmäßig ändern kann. Es ist auch vorstellbar, dass die Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines Abschnitts zwar dasselbe Vorzeichen aufweist (entsprechend einer Beschleunigung oder Verzögerung), jedoch nicht gleichmäßig (z. B. linear) verläuft und beispielsweise einem Potenzgesetz folgt.
Der für einen Routensegmentabschnitt zu erwartende Energieverbrauchswert kann dadurch bereitgestellt werden, dass ein dem Geschwindigkeitsprofil des Abschnitts zugeordneter Energieverbrauchswert aus wenigstens einer Zuordnungstabelle ausgelesen wird. Die wenigstens eine Zuordnungstabelle kann hierfür für vorgegebene Geschwindigkeitsprofile, die beispielsweise durch eine Anfangs- und Endgeschwindigkeit eindeutig festgelegt sein können, vorab berechnete Energieverbrauchswerte umfassen. Eine explizite Berechnung von Energieverbrauchswerten während eines Routensuchvorgangs auf Basis ermittelter Geschwindigkeitsprofile und weiterer modellabhängiger Parameter (z. B. Fahrzeugparameter) kann somit ganz oder zumindest teilweise entfallen.
Die Energieverbrauchswerte können in Abhängigkeit einer Vielzahl vorgegebener Geschwindigkeitsprofile berechnet und in der wenigstens einen Zuordnungstabelle organisiert und abgespeichert werden. Wie die kartographischen Daten, kann die wenigstens eine Zuordnungstabelle in einer Datenbank einer Navigationseinrichtung vorab hinterlegt sein. Alternativ hierzu kann die wenigstens eine Zuordnungstabelle mit Inbetriebnahme einer Navigationseinrichtung erzeugt oder aktualisiert werden.
Die wenigstens eine Zuordnungstabelle kann dann in der Datenbank oder einem Zwischenspeicher für die Gewichtsberechnung zwischen- bzw. abgespeichert werden.
Abhängig vom Energieverbrauchsmodell, das der Berechnung des Energieverbrauchs zugrunde gelegt wird, können die Energieverbrauchswerte neben einem Energieanteil, welcher den Energieverbrauch eines Fahrzeuges (bzw. Fahrzeugmotors) im Leerlaufbetrieb umfasst, wenigstens einen vom vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil abhängigen kinetischen Energieanteil, einen Luftströmungswiderstandsenergieanteil, einen Reibungsverlustanteil und/oder einen potentiellen Energieanteil umfassen. Es versteht sich, dass die einzelnen Energieanteile in einer oder mehreren Zuordnungstabellen organisierbar sind. Es versteht sich auch, dass Geschwindigkeitsprofil-unabhängige Energieanteile während des Suchvorgangs direkt ermittelt werden können und somit nicht in einer Zuordnungstabelle vorab gespeichert werden müssen.
Das Verfahren kann ferner das Bestimmen von Geschwindigkeitsprofilen auf Basis von den Routensegmenten und Routenknoten zugeordneten kartographischen Daten umfassen. Hierfür kann wenigstens ein den Routensegmenten zugeordneter Parameter, wie beispielsweise eine Länge des Routensegments, eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit, ein Segmenttyp, eine Verkehrslage usw. zur Berechnung von Geschwindigkeitsprofilen herangezogen werden. Ferner können Haltepunkte, Informationen zu Gefälle, Steigungen und/oder Angaben zur Anzahl und Geometrie von Kurven in die Berechnung von Geschwindigkeitsprofilen einfließen. Es ist auch denkbar, dass für die Routensegmente jeweils vorab berechnete Geschwindigkeitsprofile mit den kartographischen Daten bereitgestellt werden.
Bei der Berechnung des Geschwindigkeitsprofils kann zusätzlich ein Fahrerprofil zugrunde gelegt werden, welches die Fahrgewohnheiten eines Fahrers quantitativ erfasst. Es ist denkbar, dass das Fahrerprofil aus gesammelten Fahrdaten individuell ermittelbar ist. Derartige Fahrdaten können Angaben zum Beschleunigungsverhalten (z. B. zur Art des Verzögerns und Beschleunigen) enthalten. Es ist aber auch denkbar, dass ein Fahrerprofil durch einen Fahrer aus einer Mehrzahl vorab gespeicherter Profile auswählbar ist. Hierbei können beispielsweise voreingestellte Fahrzeugprofile verwendet werden, welche im Zuge einer Motorsteuerung oder einer Bremsanlagesteuerung von Fahrzeugherstellern verwendet bzw. bereitgestellt werden.
Das Gewicht eines (jeden) Routensegments kann aus einer Summe der für die jeweiligen Routensegmentabschnitte des Routensegments bereitgestellten Energieverbrauchswerte berechnet werden. Das Gewicht kann die Summe der Energieverbrauchswerte darstellen oder mit dem berechneten Summenwert korrelieren. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Gewicht proportional oder überproportional mit dem Summenwert zunimmt. Eine überproportionale Zunahme kann bewirken, dass Routensegmente mit hohem Energieverbrauch besonders stark bestraft werden und damit keine Berücksichtigung bei der Berechnung einer Route finden. Das so berechnete Gewicht kann ein Grundgewicht für jedes Routensegment darstellen. Dieses Grundgewicht kann während der Routenberechnung (mit Hilfe eines Gewichtungsalgorithmus) berechnet werden. Sind Angaben zu Fahrzeugparametern und Fahrerprofil bekannt, so ist auch denkbar, dass die Grundgewichte für das gesamte in Form kartographischer Daten abgespeicherte Straßennetz oder für Teile davon vorausberechnet und abgespeichert werden. Die vorausberechneten Gewichte können dann zusammen mit anderen kartographischen Daten beim Berechnen einer Route aufgerufen und weiterverarbeitet werden.
Dem Grundgewicht eines (jeden) Routensegments kann zusätzlich ein Gewichtsanteil hinzugefügt werden, welcher auf einen Energieverbrauch hinweist, der beim Übergang zwischen dem Routensegment und einem dem Routensegment nachfolgenden Routensegment aufgrund möglicher unterschiedlicher Geschwindigkeitswerte im jeweiligen Geschwindigkeitsprofil am Übergang zusätzlich aufgewandt werden muss. Hierfür werden beispielsweise zunächst die Geschwindigkeitswerte, welche den beiden aufeinanderfolgenden Routensegmenten (bzw. den jeweiligen End- und Anfangsabschnitten der beiden aufeinanderfolgenden Routensegmente) zuordenbar sind, miteinander verglichen. Auf Basis des Vergleiches kann dann ein Energieverbrauchswert berechnet werden, der einer Energie entspricht, um ein Fahrzeug von einer ersten Geschwindigkeit des entsprechenden Routensegments (d. h., des vorausgehenden Routensegments) auf eine zweite Geschwindigkeit des nachfolgenden Routensegmentes zu beschleunigen. Die Berechnung des zu erwartenden Energieverbrauchswert kann wiederum dadurch erfolgen, dass ein der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Endabschnitt des vorausgehenden und dem Anfangsabschnitt des nachfolgenden Routensegments entsprechender Energieverbrauchswert aus einer vorabgespeicherten Zuordnungstabelle ausgelesen wird. Auf Basis des zusätzlich berechneten Energieverbrauchswertes kann so dann ein (zusätzliches) Gewicht für den Übergang zwischen einem vorausgehenden und einem nachfolgenden Routensegmenten berechnet werden, wobei das zusätzliche Gewicht jeweils dem Grundgewicht des vorausgehenden Routensegments hinzugefügt (z. B., auf das Grundgewicht beaufschlagt oder vom Grundgewicht abgezogen) wird.
Es versteht sich, dass je nach Geschwindigkeitswert des vorausgehenden und des nachfolgenden Routensegments (Routensegmentabschnitte) am Routensegmentübergang (also am Routenknoten) eine Geschwindigkeitserhöhung oder Geschwindigkeitserniedrigung vorliegen kann, welche wiederum eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung (Bremsung) mit sich führt. Umfasst ein Fahrzeug eine Energierückgewinnungsvorrichtung kann bei einer Verzögerung an einem Übergang zwischen benachbarten Routensegmenten anstatt eines zusätzlichen Energieverbrauchs sogar Energie zurück gewonnen werden. Entsprechend kann das zusätzliche Gewicht dann einen negativen Wert annehmen oder vom Grundgewicht des Routensegments abgezogen werden.
Für die Berechnung von energiesparenden Routen können ferner die Routenknoten mit Gewichten versehen werden, die einen Energieverbrauch von Manövern an den Routenknoten berücksichtigen. Beispielsweise kann ein Manöver an einem Knoten gegenüber einem anderen Manöver am selben Knoten energetisch günstiger sein (z. B. Rechtsabbiegen gegenüber Linksabbiegen). Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Art einer Straßenkreuzung (z. B., X-Kreuzung mit Ampeln, Kreisverkehr, usw.) direkten Einfluss auf den Energieverbrauch haben. Entsprechend kann jedem Routenknoten wenigstens ein Gewicht zugeordnet sein, welches den Energieverbrauch eines möglichen Manövers an der Straßenkreuzung berücksichtigt, und welches bei der Berechnung einer Route zusätzlich berücksichtigt wird.
Ferner ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen des hier beschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei das Computerprogrammprodukt auf einer Computereinrichtung (z. B. eines Navigationsgerät) ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann hierfür auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium (z. B., einer Speicherkarte oder einem Festspeicher) abgespeichert sein.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Verarbeiten kartographischer Daten für das Bestimmen einer energiesparenden Route zwischen zwei geographischen Positionen vorgesehen, wobei die kartographischen Daten ein reales Verkehrswegenetz in Form von Routensegmenten und Routenknoten wiedergeben, und wobei die Vorrichtung umfasst: eine Speichereinheit zum Speichern wenigstens der kartographischen Daten; eine Einrichtung zum Unterteilen der für eine Routenberechnung bereitgestellten Routensegmente in Routensegmentabschnitte mit jeweils vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil; eine Einrichtung zum Bereitstellen eines für die Routensegmentabschnitte jeweils zu erwartenden Energieverbrauchswerts auf Basis (wenigstens) des jeweils zugeordneten Geschwindigkeitsprofils; und eine Einrichtung zum Berechnen von Gewichten für die Routensegmente auf Basis der für die Routensegmentabschnitte bereitgestellten Energieverbrauchswerte, wobei die Gewichte zum Bestimmen der energiesparenden Route im Rahmen der Routenberechnung heranziehbar sind.
Die Vorrichtung kann ferner eine Einrichtung zum Bestimmen einer energiesparenden Route auf Basis der kartographischen Daten und der berechneten Gewichte umfassen. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Bereitstellen von Geschwindigkeitsprofilen umfassen. Außerdem ist ein Navigationsgerät vorgesehen, welches die Vorrichtung zum Bestimmen einer energiesparenden Route umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der hier beschriebenen Offenbarung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a–3b eine schematische Darstellung der Berechnung eines Geschwindigkeitsprofils;
4a–4c eine schematische Darstellung zur Berechnung von Gewichten; und
5 eine schematische Darstellung eines Implementierungsbeispiels zur Berechnung einer energiesparenden Route.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zum Verarbeiten kartographischer Daten für das Bestimmen einer energiesparenden Route zwischen zwei geographischen Positionen, wobei die kartographischen Daten Routensegmente und Routenknoten eines realen Straßennetzes umfassen. Die Vorrichtung kann Teil eines fest eingebauten Navigationsgeräts, eines Personal Digital Assistent (PDA), eines Smartphones oder eines Personal Navigation Device (PND) sein. Obwohl die Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit einem Straßennetz beschrieben werden, kann die vorliegende Offenbarung allgemein im Zusammenhang mit Verkehrswegenetzen (z. B. auch für Schienennetze) zum Einsatz gelangen.
Die Vorrichtung 100 umfasst eine Kernfunktionalität 1000 in Form einer zentralen Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU), eines Mikroprozessors oder in Form eines Software-Moduls (SW-Modul), eine Einrichtung 1010 zum Bereitstellen von Geschwindigkeitsprofilen, eine Einrichtung 1020 zum Unterteilen von Routensegmenten, eine Einrichtung 1030 zum Bereitstellen von Energieverbrauchswerten, eine Einrichtung 1040 zum Berechnen von Gewichten, eine Einrichtung 1050 zum Bestimmen einer energiesparenden Route sowie wenigstens eine Schnittstelle 1060, über die ein Datenaustausch mit der Umwelt erfolgen kann. Die Einrichtungen 1010, 1020, 1030, 1040, 1050 und 1060 können als eigenständige Einrichtungen ausgebildet sein oder alternativ hierzu in der Kernfunktionalität 1000 als Teileinheit oder als Software-Untermodule integriert sein, wie in 1 durch den gestrichelten Linienverlauf angedeutet ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 ferner eine Speichereinheit 1070 und eine Eingabeeinrichtung 1080. Es ist aber auch denkbar, dass Eingabeeinrichtung 1080 und Speichereinheit 1070 nicht Teil der Vorrichtung sind und Navigationsdaten bzw. Eingabedaten über die Schnittstelle 1070 eingelesen werden. Die wenigstens eine Schnittstelle 1060, die Eingabeeinrichtung 1080 und die Speichereinheit 1070 stehen in kommunizierender Verbindung mit der Kernfunktionalität 1040.
Die wenigstens eine Schnittstelle 1060 ist dazu vorgesehen, die Vorrichtung 100 mit externen Steuerkomponenten, Speicherkomponenten oder Rechenkomponenten kommunikativ zu verbinden. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 als Bestandteil in einem Fahrzeugnavigationsgerät integriert sein und über die Schnittstelle 1060 mit Fahrzeugsensoren, einer Motorsteuereinheit und/oder einer Bremssteuereinheit in Kommunikation stehen, um Fahrzeugdaten und/oder Daten über Fahrergewohnheiten (Beschleunigungsdaten, Verzögerungsdaten) auszulesen. Insbesondere kann die Vorrichtung 100 als Teil eines Navigationsgerätes mit Datenspeichern und Prozessoren des Navigationsgeräts in Kommunikation stehen, um beispielsweise auf im Navigationsgerät abgespeicherte kartographische Daten zuzugreifen oder berechnete Gewichte dem Navigationsgerät bereitzustellen. Die wenigstens eine Schnittstelle 1060 kann hierbei als Hardware-Schnittstelle oder als Softwareschnittstelle (Application Programming Interface, API) oder als gemischte Hardware- und Softwareschnittstelle ausgebildet sein.
In der Speichereinheit 1070 sind kartographische Daten in wenigstens einer Datenbank DB 30 (siehe 4) abgespeichert, die der Berechnung einer Route zwischen zwei oder mehreren (vorgebbaren) Positionen (z. B. einem Start- und einem Zielpunkt mit optionalen Zwischenpunkten) zugrunde gelegt werden. Die kartographischen Daten umfassen Routensegmente mit Segmentattributen sowie Knoten mit Knotenattributen, die in Form relationaler Tabellen organisiert sein können. Abgespeicherte Attribute zur Berechnung von Routen können hierbei Angaben zur mittleren Reisegeschwindigkeit, zu Wendemanövern, zum Straßentyp, zur Straßenumgebung (z. B. Stadt oder Land), zum Verkehrsaufkommen (z. B. mittleres Verkehrsaufkommen in Abhängigkeit von Tageszeiten), zu Haltesignalen (z. B. Ampeln und Stopp-Schilder), zu Straßensteigungen, zu relativen Höhenunterschieden und/oder zur Zahl und Beschaffenheit von Straßenkurven umfassen, je nach Art des verwendeten kartographischen Datensatzes. Die Daten innerhalb der Datenbank 30 können hierbei gemäß einem vorgegebenen Datenformat organisiert und strukturiert sein. Beispielsweise können die Daten gemäß dem Navigation Data Standard(NDS)-Format organisiert sein oder ein beliebiges anderes Format annehmen.
Die Eingabeeinrichtung 1080 ist dazu ausgebildet, der Kernfunktionalität 1000 oder den Einrichtungen 1020, 1030, 1040, 1050 Eingaben zu einem Startpunkt (z. B. von einem Positionssensor) und einem Zielpunkt (mit optionalen Zwischenstopps) zur Verfügung zu stellen. Ferner können Eingaben zu Fahrgewohnheiten und/oder Kraftfahrzeugparametern (z. B. durchschnittliche Energieverbrauchsangaben) bereitgestellt werden.
Die Eingabeeinrichtung 1080 kann auch dazu benutzt werden, Auswahloperationen durchzuführen. Beispielsweise können vorab gespeicherte Navigationsoptionen einem Nutzer über ein Ausgabegerät zur Auswahl bereitgestellt werden. Derartige Auswahloperationen können Angaben über Suchoptionen enthalten. So kann ein Suchalgorithmus eine Suche nach bestimmten Kriterien durchführen, wie beispielsweise nach dem Kriterium der kürzesten Distanz, des schnellsten Weges oder der energiesparendsten Route zwischen zwei oder mehreren Positionen. Die Eingabe kann hierbei durch Betätigen von Eingabetasten, eines berührungsempfindlichen Bildschirms und/oder akustisch, wie beispielsweise durch Mitteilung von Ortsnamen, Straßennamen usw., vorgenommen werden. Ferner kann die Kernfunktionalität 1000 über einen externen oder zur Vorrichtung 100 gehörigen Positionssensor (in 1 nicht gezeigt) aktuelle Positionsinformationen, die auch den Startpunkt definieren können, empfangen.
Die Einrichtungen 1010, 1020, 1030, 1040 und 1050, welche als Softwareuntermodule oder als Hardwaremodule mit geeigneten Softwareroutinen ausgebildet sein können, stehen untereinander und mit der Kernfunktionalität 1000 in wechselseitiger Kommunikation. Die Wirkungsweise jeder einzelnen Einrichtung 1010, 1020, 1030, 1040, 1050 wird in Zusammenhang mit dem in 2 dargestellten Flussdiagram näher diskutiert.
Das in 2 dargestellte Flussdiagram zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen einer energiesparenden Route, welches nun beispielhaft anhand der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 näher erläutert wird.
In einem ersten Schritt S1 wird durch die Einrichtung 1010 ein Geschwindigkeitsprofil für Routensegmente bereitgestellt. Die Einrichtung 1010 ist dazu ausgebildet, Geschwindigkeitsprofile für Routensegmente auf Basis kartographischer Daten und, gegebenenfalls, auf Basis eines Fahrerprofils zu ermitteln. Das den Routensegmenten zugrunde gelegte Geschwindigkeitsprofil gibt den realen bzw. erwarteten Verlauf der Reisegeschwindigkeit während des Passierens eines den Routensegmenten entsprechenden Straßenabschnitts wieder.
Die Geschwindigkeitsprofile können gemäß einem Ausführungsbeispiel durch die Einheit 1010 vorab berechnet, in der Speichereinheit 1070 abgespeichert und bei der Routenbestimmung ausgelesen werden. Alternativ hierzu können die Geschwindigkeitsprofile während einer Routenermittlung ermittelt werden und zur Routenberechnung gemäß dem vorliegenden Verfahren herangezogen werden. Die während einer Routenberechnung ermittelten Geschwindigkeitsprofile können ferner in der Speichereinheit 1070 für nachfolgende Routenberechnungen abgespeichert werden.
Ermittelte Geschwindigkeitsprofile für einen Straßenabschnitt sind in den 3a und 3b exemplarisch dargestellt. 3a zeigt einen Ausschnitt eines realen Straßennetzes, entlang welchem eine Route zwischen zwei Punkten geführt wird. Die zu befahrende Route befindet sich auf Straße 1, welche von einer Straße 2 gekreuzt wird, wobei der Verkehr an der Kreuzung der beiden Straßen 1 und 2 durch Ampeln geregelt wird. In 3b sind zwei ermittelte Geschwindigkeitsprofile 10, 20 für die Route entlang der Straße 1 wiedergegeben, welche den Verlauf der Reisegeschwindigkeit (Ordinate) in Abhängigkeit des Straßenverlaufs (Abszisse) der Straße 1 wiedergeben. Das Ermitteln derartiger Geschwindigkeitsprofile 10, 20 kann unter Berücksichtigung von Routensegmentattributen (wie beispielsweise der Straßenlänge, des Straßentyps und der maximal zulässigen Geschwindigkeit) sowie unter Berücksichtigung von Kreuzungsattributen erfolgen.
Im vorliegenden Beispiel weist das ermittelte Geschwindigkeitsprofil in Fahrtrichtung (siehe Pfeile in 3a, welche die Fahrtrichtung entlang der Straßensegmente angeben) einen Abschnitt j1, j1' konstanter Geschwindigkeit, einen Abschnitt j2, j2' einer Geschwindigkeitsabnahme (durch Fahrzeugverzögerung), einen Abschnitt j3, j3' einer Geschwindigkeitszunahme (durch Fahrzeugbeschleunigung) und einen weiteren Abschnitt j4, j4' konstanter Geschwindigkeit auf. Die Geschwindigkeitsbeträge der Abschnitte j1, j4 j1', j4' konstanter Geschwindigkeit können den den entsprechenden Routensegmenten zugeordneten maximal zulässigen Geschwindigkeiten entsprechen (z. B. 50 km/h oder 70 km/h). Die Verzögerungs- und Beschleunigungsabschnitte j2, j3, j2', j3' hängen von der Kreuzungsart und den Fahrgewohnheiten ab, wobei bei einer ampelgeregelten Kreuzung hier eine Verzögerung eines Fahrzeuges bis zum Stillstand angenommen wird. Die Länge der Beschleunigungsabschnitte j2, j3, j2', j3' hängt insbesondere vom Fahrverhalten eines Fahrers (Fahrerprofil) ab. Bei einem sportlichen Fahrstil sind erfahrungsgemäß die Bremswege und die Beschleunigungswege kurz (vgl. Geschwindigkeitsprofil 20), während bei einem vorausschauenden Fahrstil die Beschleunigungs- und Verzögerungswege länger sind. Kurze Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswege sind mit einem starken Geschwindigkeitsanstieg bzw. Geschwindigkeitsabfall (und einer entsprechenden Steigung) im Geschwindigkeitsprofil und, damit einhergehend, mit einem relativen hohen Energieverbrauch verbunden. Es versteht sich, dass auch die Geschwindigkeitswerte für die Abschnitte konstanter Geschwindigkeit vom Fahrstil abhängen und Werte annehmen können, die gegenüber der maximal zulässigen Geschwindigkeit oder gegenüber einer empfohlenen Richtgeschwindigkeit erhöht oder erniedrigt sein können. Durch Berücksichtigung von Fahrerprofilen, welche in quantitativer Weise den Fahrstil eines Fahrers beschreiben, können so Fahrer-abgestimmte Geschwindigkeitsprofile bestimmt werden. Fahrerparameter können hierbei aus gesammelten Fahrdaten ermittelt werden.
Es ist aber auch denkbar, Fahrparameter aus einer im Fahrzeug eingestellten Fahroption (z. B. normal, sportlich, ökologisch, usw.) zu ermitteln.
Für die Berechnung von Geschwindigkeitsprofilen können ferner Kurveneigenschaften eines Straßenabschnittes berücksichtigt werden. Für jedes Routensegment können hierbei der Straßenverlauf bezüglich seiner Kurvencharakteristik analysiert werden und die Reisegeschwindigkeit entsprechend der Kurvencharakteristik angepasst werden. So kann die Reisegeschwindigkeit vor einer bevorstehenden Kurve erniedrigt und nach einer Kurve wieder erhöht werden. Auf diese Weise kann für jeden Straßenabschnitt (Routensegment) ein realistisches, Straßensegment-abhängiges Geschwindigkeitsprofil erstellt werden, welches aus aufeinanderfolgenden Abschnitten konstanter Geschwindigkeit und Abschnitten (relativ) mit Geschwindigkeitszunahme oder Geschwindigkeitsabnahme besteht. Ein derartiges Profil ist wesentlich genauer als ein für ein Routensegment berechneter Reisegeschwindigkeitsdurchschnittswert ist.
Zurück zu 2. In einem zweiten Schritt S2 werden die Routensegmente gemäß den von der Einrichtung 1020 bereitgestellten Geschwindigkeitsprofilen 10, 20 in Routensegmentabschnitte unterteilt. Die Einrichtung 1020 analysiert hierbei die im Geschwindigkeitsprofil 10, 20 der Routensegmente auftretenden Geschwindigkeitsänderungen und unterteilt die Routensegmente in Routensegmentabschnitte derart, dass jedem Abschnitt eines Routensegments ein Geschwindigkeitsprofilabschnitt j1, j1', j2, j2', j3, j3', j4, j4' zugeordnet werden kann, der entweder einen jedenfalls im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeitsverlauf oder einen abnehmenden oder zunehmenden Geschwindigkeitsverlauf aufweist. In Bezug auf die in 3a dargestellten Straßenabschnitte 1a, 1b und das dazugehörige Geschwindigkeitsprofil (3b) wird das Routensegment, das dem Straßenabschnitt 1a entspricht, in einen Abschnitt mit konstanten Geschwindigkeitsverlauf (Abschnitt j1, j1') und einen Abschnitt mit abnehmenden Geschwindigkeitsverlauf (Abschnitt j2, j2') zerlegt. Genauso wird das den Straßenabschnitt 1b repräsentierende Routensegment in einen Abschnitt mit zunehmender Geschwindigkeit (Abschnitt j3, j3') und einen Abschnitt mit konstanter Geschwindigkeit (Abschnitt j4, j4') unterteilt. Insgesamt kann jedes Routensegment abhängig von dem zugrunde gelegten Geschwindigkeitsprofil 10, 20 in einen oder mehrere Abschnitte unterteilt werden, wobei jedem Abschnitt eine gleichförmige Bewegung oder eine verzögerte oder beschleunigte Bewegung entspricht, wobei alle zu einem Routensegment gehörigen Routensegmentabschnitte das betreffende Routensegment in seiner Gesamtlänge wiedergeben.
Der Vorteil einer solchen Unterteilung besteht darin, dass jedes Routensegment mit einem beliebigen Geschwindigkeitsprofil in Abschnitte mit bekannten Geschwindigkeitsprofilen (d. h. in Abschnitte, die entweder ein Beschleunigungsprofil, ein Verzögerungsprofil oder ein Profil gleichförmiger Bewegung aufweisen) zerlegt werden kann. Diese Abschnitte sind also über einen Geschwindigkeitswert am Anfang und Ende eines Routensegmentabschnitts beschreibbar. Im Fall eines Abschnittes mit konstantem Geschwindigkeitsprofil sind die Beträge von Anfangs- und Endgeschwindigkeit v_A, v_B, v_A', v_B' am Anfang und Ende des Abschnitts gleich, wobei sich die Geschwindigkeit auch innerhalb des Abschnitts nicht wesentlich ändert. Im Fall einer Beschleunigung/Verzögerung ist der Geschwindigkeitsbetrag v_A, v_A' am Anfang des Abschnitts kleiner/größer als der Geschwindigkeitsbetrag v_B, v_B' am Ende des Abschnitts. Der Einfachheit halber werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb eines jeden Abschnitts gleichmäßige (lineare) Geschwindigkeitsänderungen angenommen. Es ist auch vorstellbar, dass die Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines Abschnitts zwar dasselbe Vorzeichen aufweist (also Beschleunigung oder Verzögerung), sich jedoch nicht gleichmäßig ändert. In diesem Fall könnte der nichtlineare Verlauf durch mehrfache Unterteilung linear angenähert werden. Insgesamt ist jedes Geschwindigkeitsprofil durch seine Anfangs- und Endgeschwindigkeit v_A, v_B, v_A', v_B' eindeutig festgelegt.
In einem darauffolgenden dritten Schritt S3 werden für jeden Routensegmentabschnitt j1', j2, j2', j3, j3', j4, j4 mit vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil entsprechende Energieverbrauchswerte bereitgestellt. Die Bereitstellung der Energieverbrauchswerte erfolgt durch die Einrichtung 1030, welche auf Basis der Anfangs- und Endgeschwindigkeiten v_A, v_B, v_A', v_B' eines jeden Abschnitts entsprechende vorausberechnete Energieverbrauchswerte E(v_A, v_B) aus wenigstens einer (zweidimensionalen) Zuordnungstabelle 60 ausliest (vgl. 4). In der wenigstens einen Zuordnungstabelle 60 sind Energieverbrauchswerte als Funktion von Anfangs- und Endgeschwindigkeitswerten v_A, v_B, v_A', v_B' abgespeichert. Der Vorteil der Benutzung einer Zuordnungstabelle liegt darin, dass während der Berechnung einer energiesparenden Route möglichst realistische Energieverbrauchswert auf Basis möglichst realistischer Geschwindigkeitsprofile ohne großen Rechenaufwand bestimmbar sind. Mit anderen Worten kann eine energiesparende Route mit den gewöhnlichen Hardwareressourcen selbst eines portablen Navigationsgerätes gleichschnell oder nur unwesentlich langsamer berechnet werden als eine Route, die etwa nur auf Basis des Kriteriums des kürzesten Weges berechnet wird. Zum Berechnen der Gewichte müssen lediglich Zuordnungstabellen, welche in der Speichereinheit 1070 abgespeichert oder zwischengespeichert sind, aus der Speichereinheit 1070 in einen Arbeitsspeicher der Vorrichtung 100 geladen werden, wo sie dann der Einrichtung 1030 zur Auswahl geeigneter Energiewerte zur Verfügung stehen.
Es ist auch denkbar, dass verschiedene Beiträge zum Energieverbrauch in unterschiedlichen Zuordnungstabellen 60 abgespeichert sind. Um eine flexible und einfache Handhabung der Berechnung der Energieverbrauchswerte zu gewährleisten, können je nach Energieverbrauchsmodell Beiträge zur kinetischen Energie, zum Reibungsverlust, zur potentiellen Energie durch Höhenänderung und/oder Beiträge zum Luftwiderstandsverlust in unterschiedlichen Zuordnungstabellen gespeichert sein. Insbesondere können Energieverbrauchswerte, die Abschnitten konstanter, zunehmender oder abnehmender Geschwindigkeit zuordenbar sind, in unterschiedliche Zuordnungstabellen organisiert sein. Die Einrichtung 1030 liest für jeden Routensegmentabschnitt die dem Geschwindigkeitsprofil zugeordneten Energieverbrauchswerte aus der wenigstens einen Zuordnungstabelle 60 aus und übergibt diese der Einrichtung 1040 zum Berechnen von Gewichten.
Gemäß 2 werden im darauffolgenden vierten Schritt S4 Gewichte für die Routensegmente auf Basis der bereitgestellten Energieverbrauchswerte berechnet. Hierfür berechnet die Einrichtung 1040 Gewichte eines jeden Routensegments als eine Summe der Energieverbrauchsbeträge seiner Routensegmentabschnitte. Konkret ermittelt die Einrichtung 1040 den Energieverbrauch eines jeden Routensegments aus der Summe von Energiebeiträgen entsprechend der Stufenfunktion

E(v_A, v_B, d) = E_LUTacc(v_A, v_B), E_LUTdec(v_A, v_B) für v_A <> v_B

= d·E_LUTconst(v_A, v_B) für v_A = V_B,

wobei E_LUTacc und E_LUTdec Energiewerte für Beschleunigungsabschnitte bzw. Verzögerungsabschnitte und E_LUTconst Energiewerte für Abschnitte mit konstanter Geschwindigkeit pro Wegeinheit darstellen. Da der Energiewerte E_LUTconst nur vom Geschwindigkeitsbetrag v_A (wobei v_A = v_B) abhängt, kann dieser als wegunabhängiger Wert in der wenigstens einen Zuordnungstabelle 60 abgespeichert sein, wobei dieser dann vor der Addition mit einem entsprechenden Abstandswert d skaliert wird. Der Abstandswert d2 entspricht der Länge des betreffenden Routensegmentabschnittes. Die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte E_LUTacc E_LUTdec können als wegunabhängige Energiewerte in Abhängigkeit der Funktionswerte v_A, v_B in der wenigstens einen Zuordnungstabelle 60 abgespeichert sein. Bei der Vorabberechnung der Beschleunigungs- und Verzögerungswerte E_LUTacc und E_LUTdec kann ferner ein bestimmtes Fahrerprofil und/oder ein Fahrzeugmodell zugrunde gelegt werden, das beispielsweise die Stärke der Verzögerung/Beschleunigung (und somit den benötigten Verzögerungs- und Beschleunigungsweg) berücksichtigt.
Das derart für jedes Routensegment separat berechnete Gewicht entspricht somit der Summe über die Energieverbrauchswerte, welche für die Routensegmentabschnitte eines jeden Routensegments bereitgestellt wurden. Alternativ hierzu kann das für jedes Routensegment berechnete Gewicht einen Wert darstellen, welcher mit dem berechneten Summenwert in einem vorgegebenen funktionellen Zusammenhang steht. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Gewicht (oder der Betrag des Gewichts) proportional oder überproportional mit dem Summenwert zunimmt. Eine überproportionale Zunahme kann bewirken, dass Routensegmente mit hohem Energieverbrauch besonders stark bestraft werden. Im Zuge einer Routenberechnung bestimmt das einem Routensegment zugeordnete Gewicht, ob das Routensegment bei der Routenberechnung gegenüber benachbarten Routensegmenten benachteiligt oder bevorzugt wird. Hierbei kann das berechnete Gewicht, abhängig vom eingesetzten Suchalgorithmus, positive oder negative Werte aufweisen. Auf die konkrete Berechnung der Gewichte in Abhängigkeit der den Routensegmenten zugeordneten Energiewerte kommt es hierbei nicht an. Wesentlich ist, dass die berechneten Gewichte mit den berechneten Energieverbrauchswerten skalieren und Routensegmente mit einem zu erwartenden hohen/niedrigen Energieverbrauch mittels der ermittelten Gewichte entsprechend bestraft/bevorzugt werden.
Die auf Basis von den Routensegmenten zugeordneten Geschwindigkeitsprofilen berechneten Gewichte können für jedes Routensegment unabhängig (d. h. ohne Berücksichtigung möglicher nachfolgender Routensegmente, die für eine Route in Betracht kommen könnten) berechnet werden. Sie stellen ein Grundgewicht für jedes Routensegment dar. Derartige Grundgewichte sind routensegmentspezifisch und können während der Routenberechnung direkt oder auch vorab berechnet und zusammen mit den Navigationsdaten (z. B. Kartendaten) in einer Datenbank gespeichert sein. Wesentlich ist, dass diese Grundgewichte jedoch nicht die Energie berücksichtigen, die beispielsweise aufgebracht werden muss, um ein Fahrzeug an einer Kreuzung oder Abzweigung bei einem Übergang von einem befahrenen Straßenabschnitt (im Folgenden vorausgehendes Routensegment genannt) zu einem anschließenden Straßenabschnitt (im Folgenden nachfolgendes Routensegment genannt) von einer ersten Geschwindigkeit (im Folgenden Geschwindigkeit v_A genannt) auf eine zweite Geschwindigkeit (im Folgenden Geschwindigkeit v_B genannt) zu beschleunigen.
In diesem Zusammenhang versteht sich, dass abhängig davon, von welchem vorausgehenden Routensegment man sich einer Kreuzung nähert und über welches nachfolgende Routensegment man die Kreuzung verlässt, sich abhängig von den für die einzelnen Routensegmente bereitgestellten Geschwindigkeitsprofile ganz unterschiedliche Energieverbrauchswerte für einen an der Kreuzung erfolgten Übergang ergeben können. Ist beispielsweise der Wert der dem nachfolgenden Routensegment (bzw. dessen Anfangsabschnitt) zugeordneten Geschwindigkeit v_B größer als der dem vorausgehenden Routensegment (bzw. dessen Endabschnitt) zugeordnete Geschwindigkeitswert v_A, so wird zusätzlich Energie für eine Fahrzeugbeschleunigung am Übergang benötigt. Ist hingegen der Geschwindigkeitswert v_B kleiner als der Geschwindigkeitswert v_A, so wird bei einem entsprechenden Verzögerungsvorgang (Fahrzeugbremsung) am Übergang keine zusätzliche Beschleunigungsenergie verbraucht. Vielmehr wird kinetische Energie bei dem entsprechenden Bremsvorgang in Form von Wärme vernichtet.
Umfasst das Fahrzeug eine Energierückgewinnungsvorrichtung, welche beispielsweise kinetische Energie beim Bremsvorgang in elektrische Energie umwandeln kann, so kann durch den Verzögerungsvorgang sogar Energie zurück gewonnen werden. Eine derartige Energierückgewinnung kann beim Routenberechnen dann dadurch berücksichtigt werden, dass ein dem Energierückgewinnungswert entsprechender (negativer) Gewichtswert bereitgestellt wird oder vom Grundgewicht der Routensegmente abgezogen wird.
In den 4a bis 4d wird ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wie zusätzliche Energieverbrauchswerte beim Übergang zwischen benachbarten Routensegmenten in die Berechnung der Routengewichte miteinbezogen werden.
4a zeigt beispielhaft einen Ausschnitt eines realen Straßennetzes, entlang welchem eine Route zwischen zwei Punkten geführt wird. Die zu befahrene Route befindet sich auf einer ersten Straße 3, welche von einer zweiten Straße 4 gekreuzt wird, wobei die Route entlang eines ersten Straßenabschnitts 3a zu einer Kreuzung 5 hinführt. An der Kreuzung 5 wird die Route entlang eines dem ersten Straßenabschnitt 3a nachfolgenden zweiten Straßenabschnitts 3b weitergeführt.
In den 4b bis 4d wird die Berechnung von Energieverbrauchswerten und Gewichten für die den beiden Straßenabschnitten 3a und 3b entsprechenden Routensegmenten (Routensegment_1 und Routensegment_2 in 1a) unter zusätzlicher Berücksichtigung des Energieverbrauchs beim Straßenübergang an der Kreuzung 5 näher verdeutlicht.
4b zeigt zunächst die Geschwindigkeitsprofile der den beiden Straßenabschnitten 3a, 3b zugeordneten Routensegmente. Die Geschwindigkeitsprofile beider Routensegmente weisen einen annähernd gleichförmigen Geschwindigkeitsverlauf auf, wobei dem Geschwindigkeitsprofil des Routensegments_1 eine Richtgeschwindigkeit (oder Sollgeschwindigkeit) von 12 m/s und dem Geschwindigkeitsprofil des Routensegments_2 eine Richtgeschwindigkeit (oder Sollgeschwindigkeit) von 24 m/s zugeordnet sind. Die angegebenen Geschwindigkeitswerte dienen lediglich zur Erläuterung. Es versteht sich, dass die genauen Geschwindigkeitswerte von den Straßengegebenheiten abhängen.
Unabhängig von den Geschwindigkeitsverläufen benachbarter Routensegmente oder deren Routensegmentabschnitte berechnen die Einrichtungen 1030 und 1040 für jedes der beiden Routensegmente jeweils ein Grundgewicht, indem, wie bereits weiter oben ausgeführt, für einzelne Routensegmentabschnitte auf Basis von Geschwindigkeitsprofilen Energieverbrauchswerte aus Zuordnungstabellen ausgelesen und aufsummiert werden. Im vorliegenden Fall müssen die Einrichtungen 1030 und 1040 für das Routensegment_1 lediglich einen Energieverbrauchswert E_LUTconst(v_A, v_A) mit v_A = 12 m/s aus der Zuordnungstabelle auslesen und mit der Länge d skalieren um den Energieverbrauchswert E_{Routensegment_1} (und somit ein Grundgewicht für das Routensegment_1) zu erhalten. Entsprechendes gilt für die Berechnung des Grundgewichts des Routensegments_2.
Wie aus 4b zu erkennen ist, gibt es am Kreuzungspunkt 5 jedoch einen unstetigen Übergang im Geschwindigkeitsverlauf zwischen dem Routensegment 1 und Routensegment_2. Anders ausgedrückt wird ein Fahrer sein Fahrzeug beim Übergang vom Straßenabschnitt 3a in den Straßenabschnitt 3b von der Geschwindigkeit v_A = 12 m/s auf die Geschwindigkeit v_B = 24 m/s weiter beschleunigen wollen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nun der Energieverbrauch, der beim Übergang vom Routensegment_1 zum Routensegment_2 entsteht, um das Fahrzeug von der Geschwindigkeit von 12 m/s auf die vorgegebenen Geschwindigkeit von 24 m/s weiter zu beschleunigen, dadurch berücksichtigt, dass der zusätzliche Energieverbrauch E_{VA_VB} für die Beschleunigung am Übergang von Routensegment_1 zu Routensegment_2 dem berechneten Energieverbrauchswert (bzw. Grundgewicht) des Routensegments_1 hinzugefügt wird (vgl. 4).
Dies geschieht dadurch, dass die Einrichtungen 1020 und 1030 zunächst unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitswerte des Routensegments_1 und des Routensegments_2 an der Kreuzung eine Geschwindigkeitsdifferenz v_A–v_B sowie (gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines Fahrerprofils) einen Routensegmentabschnitt j2 ermitteln, der einer Straßenabschnittslänge entspricht, die für die vorgesehene Beschleunigung (oder Verzögerung) benötigt wird. Der Routensegmentabschnitt j2 wird dem Routensegment_1 an dessen Segmentende zugeschlagen. Wie aus 4c ersichtlich, zerfällt das Routensegment_1 nun in einen Segmentabschnitt j1 mit gleichförmigem Geschwindigkeitsverlauf und einem Abschnitt j2 am Routensegmentende mit einem zunehmenden Geschwindigkeitsverlauf (Zunahme von v_A zu v_B). Ferner ermittelt die Einrichtung 1030, wie beim Berechnen von Energieanteilen während einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsphase innerhalb eines Routensegmentes, den für den Übergang zusätzlich benötigten Energieverbrauch E_{VA_VB}, indem sie entsprechende Energiewerte E_LUTacc(v_A, v_B) aus den für Beschleunigungsabschnitte bzw. Verzögerungsabschnitte vorgesehenen Zuordnungstabellen ausliest.
Der ermittelte zusätzliche Energieverbrauch E_{VA_VB} wird nun dem letzten Routensegmentabschnitt j₂ des Routensegments_1 zugeschlagen. Da der aus der Zuordnungstabelle ausgelesene Energiewerte bereits den Energieanteil E_vA-j2 für das Grundgewicht im Abschnitt j₂ umfasst und das Grundgewicht für das Routensegment_1 E_{Routensegment_1} für die Segmentabschnitte j1 und j2 berechnet wurde (vgl. 4b und 4c), wird der Grundgewichtsenergieanteil E_vA-j2 für j2 vom berechneten Grundgewicht E_{Routensegment_1} abgezogen (vgl. 4c). Das Abziehen des Grundgewichtsanteils E_vA-j2 vom berechneten Grundgewicht E_{Routensegment_1} ist besonders dann von Interesse, wenn, wie oben kurz erwähnt, die routensegmentspezifischen Grundgewichte vorabberechnet und abgespeichert wurden und nur noch die Energieverbrauchswerte für die Übergänge zwischen den Routensegmenten während der Routenberechnung ”on the fly” berechnet werden. Werden sowohl Grundgewichte als auch die Übergangsgewichte während der Routenberechnung bestimmt, so kann direkt ein Grundgewicht für das Routensegment_1 berechnet werden, das den letzten Routensegmentabschnitts j2 auschschließt.
Insgesamt ergibt sich für das Routensegment_1 ein Energieverbrauchswert, der den Energieverbrauch infolge eines Übergangs zu einem nachfolgenden Routensegment berücksichtigt, und der sich aus einem Grundgewichtsanteil und einem Energieverbrauchsanteil, der vom Übergang zwischen zwei benachbarten Routensegmenten herrührt, gemäß der Beziehung zusammensetzt: E_{Routensegment_1}' = E_{Routensegment_1} + E_{VA_VB} – E_vA-j2
Unabhängig von dem in den 4a–4d gezeigten Beispiel wird der an Routenknoten (bzw. Straßenkreuzungen) anfallende Übergangsanteil zum Energieverbrauch jeweils dem vorhergehenden Routensegment zweier aufeinanderfolgender Routensegmente zugeschlagen. Ferner ist die Einrichtung 1040 dazu ausgebildet, Gewichtee für Routenknoten bereitzustellen. Hierfür liest die Einrichtung 1040 den Knoten zugeordnete Attribute aus, welche etwa bevorstehende Kreuzungen oder Abzweigungen näher beschreiben (z. B., X-Kreuzung mit Ampeln, Kreisverkehr, usw.) und weist ihnen einen Gewichte zu. So können ampelgeregelte Kreuzungen aufgrund möglicher längerer Wartezeiten wegen eines Rotsignals gegenüber einem Kreisverkehr durch entsprechende Gewichte benachteiligt werden. Ferner können unterschiedliche Manöver an einem Routenknoten unterschiedlich gewichtet werden. Beispielsweise kann ein Rechtsabbiegen gegenüber einem Linksabbiegen an einer Kreuzung bezüglich des Energieverbrauchs günstiger sein. Entsprechend wird durch das Gewicht ein Linksabbiegemanöver gegenüber einem Rechtsabbiegemanöver bestraft. Somit wird den Routenknoten wenigstens ein Gewicht zugeordnet, welcher mögliche Manöver an den Straßenkreuzungen berücksichtigt.
In einem weiteren Schritt S5 wird schließlich eine energiesparende Route durch die Einheit 1050 auf Basis der berechneten Gewichte bestimmt. Die Einheit 1050 liest die Routensegmente und Routenknoten zusammen mit ihren berechneten Gewichten aus und ermittelt eine energiesparende Route zwischen wenigstens zwei vorgegebenen Positionen, indem sie die Summe von Gewichten möglicher Routensegmentkombinationen minimiert.
Die Berechnung einer energiesparenden Route auf Basis berechneter, auf einen Energieverbrauch hinweisender Gewichte wird abschließend anhand des in 4 schematisch gezeigten Implementierungsbeispiels ausführlicher erläutert.
Die Bestimmung einer energiesparenden Route beruht demnach auf einem kombinierten Einsatz eines Suchalgorithmus 40, der den kürzesten Weg zwischen zwei Positionen bestimmt (z. B. dem Dijkstra-Algorithmus), und einem Gewichtungsalgorithmus 50, der eine Gewichtung von Routensegmenten und Routenknoten gemäß dem zu erwartenden Energieverbrauch vornimmt. Der Gewichtungsalgorithmus 50 nimmt – wie bereits oben in Zusammenhang mit den Verfahrensschritten in 2 dargelegt – eine Aufteilung von Routensegmenten in Abschnitte vor, denen jeweils ein Geschwindigkeitsprofil mit entweder konstanter, abnehmender oder zunehmender Geschwindigkeit zuordenbar ist, wobei das Geschwindigkeitsprofil der Abschnitte über die Anfangs- und Endgeschwindigkeit v_A, v_B eindeutig festgelegt ist. Der Gewichtungsalgorithmus 50 bedient sich dann wenigstens einer Zuordnungstabelle 60, welche vorabberechnete Energieverbrauchswerte (diese können unter Zuhilfenahme eines Fahrzeug-Modells und/oder eines Fahrerprofils vorabberechnet werden) in Abhängigkeit von Anfangs- und Endgeschwindigkeitswerten v_A, v_B umfasst, und wählt für die betreffenden Abschnitte eines Routensegments zugeordnete Energieverbrauchswerte aus. Ferner berechnet der Gewichtungsalgorithmus 50 für jedes Routensegment aus den Energieverbrauchswerten seiner Routensegmentabschnitte einen Energieverbrauchswert und daraus ein Routensegmentgewicht. Das Gewicht wird dem Suchalgorithmus 40 übergeben, der dann auf Basis der kartographischen Daten und der bereitgestellten ergänzenden Gewichte eine energiesparende Route bestimmt.
Auf Basis der den einzelnen Routensegmenten zugeordneten Geschwindigkeitsprofilen kann ein realistischer Energieverbrauchswert ermittelt werden. Ein Aspekt hierbei ist, dass das berechnete Geschwindigkeitsprofil für Routensegmente in vorgegebene Geschwindigkeitsprofile der Routensegmentabschnitte zerfällt, wobei diese vorgegebenen Geschwindigkeitsprofile vorausberechneten Energieverbrauchswerten zugeordnet werden können. Für die Berechnung der Gewichte eines jeden Routensegments werden dann die den Abschnitten zugeordneten bzw. zuordenbaren Energieverbrauchswerte herangezogen.
Insgesamt ermöglicht die hier beschriebene Technik eine schnelle und ressourcenschonende Ermittlung energiesparender Routen auf Basis von möglichst realistischen Energieverbrauchswert-Modellen. Die Technik kann in gewöhnlichen Navigationsgeräten mit Standard-Hardwareressourcen eingesetzt werden, wobei die Berechnung energiesparender Routen gleichschnell oder nur unwesentlich langsamer ist als herkömmliche Routenberechnungen auf Basis des Kriteriums des kürzesten Weges.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010027777 A1 [0005]
DE 102010053489 B3 [0006]

Claims

Computergestütztes Verfahren zum Verarbeiten kartographischer Daten für das Bestimmen einer energiesparenden Route zwischen zwei geographischen Positionen, wobei die kartographischen Daten ein reales Verkehrswegenetz in Form von Routensegmenten und Routenknoten wiedergeben, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Unterteilen der für eine Routenberechnung bereitgestellten Routensegmente in Abschnitte mit jeweils vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil; – Bereitstellen eines für die Routensegmentabschnitte jeweils zu erwartenden Energieverbrauchswerts auf Basis des jeweils zugeordneten Geschwindigkeitsprofils; und – Berechnen von Gewichten für die jeweiligen Routensegmente auf Basis der für die Routensegmentabschnitte bereitgestellten Energieverbrauchswerte, wobei die Gewichte zum Bestimmen der energiesparenden Route im Rahmen der Routenberechnung heranziehbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Routensegmente anhand den Routensegmenten zugrunde gelegten Geschwindigkeitsprofilen unterteilt werden, wobei jedem Routensegmentabschnitt ein Geschwindigkeitsprofil entspricht, das entweder eine konstante Geschwindigkeit oder eine stetige Geschwindigkeitsänderung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der für einen Routensegmentabschnitt zu erwartende Energieverbrauchswert dadurch bereitgestellt wird, dass ein dem Geschwindigkeitsprofil entsprechender Energieverbrauchswert aus wenigstens einer Zuordnungstabelle ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Vorausberechnen von Energieverbrauchswerten in Abhängigkeit der vorgegebenen Geschwindigkeitsprofile und Organisieren der vorausberechneten Energieverbrauchswerte und der dazugehörigen Geschwindigkeitsprofile in wenigstens einer Zuordnungstabelle.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeitsprofile aus den den Routensegmenten und Routenknoten zugeordneten kartographischen Daten berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Berechnung der Geschwindigkeitsprofile zusätzlich ein Fahrerprofil zugrunde gelegt wird, welches die Fahrgewohnheiten eines Fahrers quantitativ erfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Fahrerprofil aus gesammelten Fahrdaten individuell ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Fahrerprofil aus einer Mehrzahl vorabgespeicherter Profile durch einen Fahrer auswählbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeitsprofile zusammen mit den kartographischen Daten vorabgespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen der Gewichte umfasst: – Berechnen wenigstens eines Grundgewichtes für ein Routensegment aus einer Summe der für die jeweiligen Routensegmentabschnitte des Routensegments bereitgestellten Energieverbrauchswerte.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Berechnen der Gewichte für ein Routensegment entlang einer möglichen Route ferner umfasst: – Berechnen eines zusätzlichen Energieverbrauchswertes auf Basis eines Vergleiches von Geschwindigkeitswerten zweier aufeinanderfolgender Routensegmente an deren Übergang, wobei der zusätzliche Energieverbrauchswert auf einen Energieverbrauch hinweist, um von einem vorausgehenden Routensegment mit einem vorgegebenen ersten Geschwindigkeitswert zu einem nachfolgenden Routensegment mit einem vorgegebenen zweiten Geschwindigkeitswert zu gelangen; und – Hinzufügen eines auf Basis des zusätzlichen Energieverbrauchswert ermittelten Gewichts zum Grundgewicht des vorausgehenden Routensegments.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Bereitstellen von Gewichten für die Routenknoten, welche zusätzlich den Energieverbrauch von Manövern an den Routenknoten berücksichtigen.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Computereinrichtung ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, welches auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium abgespeichert ist.
Vorrichtung zum Verarbeiten kartographischer Daten für das Bestimmen einer energiesparenden Route zwischen zwei geographischen Positionen, wobei die kartographischen Daten ein reales Verkehrswegenetz in Form von Routensegmenten und Routenknoten wiedergeben, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine Speichereinheit (1070) zum Speichern wenigstens der kartographischen Daten; – eine Einrichtung (1020) zum Unterteilen der für eine Routenberechnung bereitgestellten Routensegmente in Routensegmentabschnitte mit jeweils vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil; – eine Einrichtung (1030) zum Bereitstellen eines für die Routensegmentabschnitte jeweils zu erwartenden Energieverbrauchswerts auf Basis des jeweils zugeordneten Geschwindigkeitsprofils; und – eine Einrichtung (1040) zum Berechnen von Gewichten für die jeweiligen Routensegmente auf Basis der für die Routensegmentabschnitte bereitgestellten Energieverbrauchswerte, wobei die Gewichte zum Bestimmen der energiesparenden Route im Rahmen der Routenberechnung heranziehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Einrichtung (1050) zum Bestimmen einer energiesparenden Route auf Basis vorgegebener kartographischer Daten und berechneter Gewichte.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend eine Einrichtung (1010) zum Bereitstellen von Geschwindigkeitsprofilen.
Navigationsgerät umfassend die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17.