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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Fahrtverlaufsparameters eines Kraftfahrzeugs während einer Fahrt über einen Fahruntergrund, z. B. eine Straße. Bei dem zumindest einen Fahrtverlaufsparameter kann es sich beispielsweise um die Fahrgeschwindigkeit und/oder die Geoposition des Kraftfahrzeugs handeln. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.
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Bei Navigationssystemen und anderen auf Karteninformationen beruhenden Systemen und Funktionen eines Kraftfahrzeugs spielt die Fahrzeugposition, also die Geoposition des Fahrzeugs, eine essentielle Rolle. Die Positionsgenauigkeit auf Basis eines GPS-Empfängers (GPS – Global Positioning System) lässt aber nur eine Lokalisation mit einer Genauigkeit im Bereich von 10 Metern zu. Nur mit einem Mehraufwand, beispielsweise durch differenzielles GPS, lässt sich eine genauere Lokalisierung erreichen. Die Genauigkeit kann aber auch hier nur im Durchschnitt auf wenige Meter reduziert werden. In signalschwachen Bereichen, wenn die Satellitenverbindung beispielsweise bei einer Tunnelfahrt oder in einem abgeschirmten Straßenabschnitt verringert ist, kann überhaupt keine wesentliche Verbesserung erzielt werden.
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Ein anderer wichtiger Aspekt sind Fahrwerkregelsysteme, welche die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Fahrkomfort und Sicherheit gegenüber ungeregelten Kraftfahrzeugen verbessern. Hierzu gehören Systeme wie ESC (Electronic Stability Control), ABS (Antiblockiersystem), ACC (Automatic Cruise Control). Diese Fahrwerkregelsysteme benötigen als wichtigen Eingangsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit, welche für die korrekte Funktionsweise verantwortlich ist. Aus diesem Grund wird die Fahrgeschwindigkeit durch eines oder mehrere Messsysteme ermittelt, beispielsweise Raddrehzahlsensoren und/oder mittels eines GPS-Empfängers. Die Leistungsgrenze dieser Systeme wird jedoch durch äußere Umwelteinflüsse beeinflusst.
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Es gilt daher, neue Methoden zu finden, um die gewünschte Redundanz zum Ermitteln der Fahrzeugposition und/oder der Fahrgeschwindigkeit sicherzustellen. Die Geoposition und die Fahrgeschwindigkeit sind im Folgenden jeweils als Fahrtverlaufsparameter bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2004 049 689 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position einer Fahrzeugs innerhalb eines dreidimensionalen Straßennetzes bekannt, wobei die Fahrzeugposition auf der Straße durch Vergleichen von Geopositionsdaten und durch Vergleichen von Höheninformationen ermittelt wird. Die Höheninformationen beschreiben eine relative Änderung der geographischen Höhenlage des Kraftfahrzeugs. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Höheninformation nur in einer bergigen Region signifikante Unterschiede bereitstellt, während bei einer Fahrt in einer flachen Region Höhenunterschiede nicht vorhanden sind und damit die ausgewertete relative Höhenänderung keine Unterscheidungskraft oder Aussagekraft hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs einen Fahrtverlaufsparameter, der einen aktuellen Zustand der Fahrt des Kraftfahrzeugs beschreibt, zu ermitteln.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, um zumindest eines Fahrtverlaufsparameters eines Kraftfahrzeugs während einer Fahrt über einen Fahruntergrund zu ermitteln. Eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs empfängt aus einer Erfassungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ein entlang zumindest einer Radspur des Kraftfahrzeugs erfasstes Oberflächenprofil des Fahruntergrundes. Die Radspur ist derjenige Flächenbereich des Fahruntergrunds, welchen das besagte Rad des Kraftfahrzeugs beim Abrollen über den Fahruntergrund berührt. Das Oberflächenprofil beschreibt durch einzelne Profilwerte die Oberflächenstruktur des Fahruntergrunds in Bezug auf einen Formverlauf des Fahruntergrunds in vertikaler oder senkrechter Richtung entlang der Radspur. Das Oberflächenprofil unterscheidet dabei durch die Profilwerte Höhenunterschiede in einem Bereich kleiner als 30 Zentimeter, insbesondere 20 Zentimeter. Dagegen ist es bei dem Oberflächenprofil nicht notwendig, dass durch dieses auch Kuppeln oder Täler erfasst sind, welche einen Höhenunterschied größer als 20 m beschreiben.
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Das Oberflächenprofil wird mit einem vorgegebenen Referenzprofil in Übereinstimmung gebracht, indem ein Verschiebeparameter derart eingestellt wird, dass er das Oberflächenprofil mit dem vorgegebenen Referenzprofil in Überdeckung bringt (Matching). Sind dann das Oberflächenprofil und das Referenzprofil aneinander angepasst oder miteinander in Überdeckung gebracht, so wird anhand des Verschiebeparameters, das heißt anhand von dessen Wert, der zumindest eine Fahrtverlaufsparameter ermittelt, der einen aktuellen Zustand der Fahrt beschreibt.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch Vergleichen des Oberflächenprofils mit dem Referenzprofil ein Formvergleich des Fahruntergrundes mit bekannten Formen von Fahruntergrundabschnitten durchgeführt wird. Das Oberflächenprofil eines Fahruntergrunds, beispielsweise einer Straße, ist charakteristisch und insbesondere unabhängig von einer Neigung des Fahruntergrundes. Damit ist der Formvergleich auch in einer flachen Region informationsbringend. Das Oberflächenprofil beschreibt beispielsweise eine Riffelung des Fahruntergrunds und/oder eine Lage von Schlaglöchern und/oder die Position von Fügestellen zwischen Betonplatten. Mittels der Erfassungseinrichtung wird das Oberflächenprofil des aktuell befahrenen Fahruntergrunds erfasst und durch die Steuervorrichtung mit dem Referenzprofil durch gegenseitiges Verschieben der beiden Profile in Übereinstimmung oder in Deckung gebracht. Hieran kann dann ermittelt werden, wo entlang des Referenzprofils das Oberflächenprofil erfasst worden ist. Somit ist eine Zuordnung des Oberflächenprofils zu einem Abschnitt des Referenzprofils möglich.
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Die Erfindung umfasst optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung wird als Fahrtverlaufsparameter eine Geoposition des Kraftfahrzeugs erfasst. Hierzu weist das Referenzprofil dann zusätzliche Angaben über eine Geoposition zum Beispiel einzelner Profilwerte des Referenzprofils auf. Nachdem das Oberflächenprofil mit dem Referenzprofil in Deckung gebracht worden ist, kann dann die aktuelle Geoposition des Kraftfahrzeugs ermittelt werden, indem das Ende des Oberflächenprofils, also dessen aktuellster Profilwert, einer Geoposition aus dem Referenzprofil zugeordnet wird.
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Zusätzlich oder alternativ zur Geoposition kann die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Hierzu können beispielsweise mehrfach Geopositionen bestimmt werden und dann aus den Geopositionen und den zeitlichen Abständen der Bestimmungszeitpunkte die Fahrgeschwindigkeit berechnet werden.
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Um ein Oberflächenprofil zu erstellen, sieht eine Weiterbildung vor, dass das Oberflächenprofil aus einem mit einer Vertikalbewegung des Chassis des Kraftfahrzeugs korrelierten Beschleunigungssignals eines Beschleunigungssensors erzeugt wird. Der Beschleunigungssensor kann beispielsweise durch ein Steuergerät eines ESC (Electronic Stability Control) bereitgestellt sein. Zusätzlich oder alternativ zum Auswerten eines Beschleunigungssignals ist vorgesehen, dass das Oberflächenprofil aus einem Einfedersignal erzeugt wird, das einen Einfederweg eines die Radspur bildenden Rades beschreibt. Mit anderen Worten wird die Auslenkung eines Schwingungsdämpfers oder Stoßdämpfers des Kraftfahrzeugs durch das Einfedersignal beschrieben. Falls das Chassis des Kraftfahrzeugs träge ist oder keine Vertikalbewegung ausführt, beschreibt das Einfedersignal die Relativbewegung der Radaufstandsfläche bezüglich des Chassis. Dies beschreibt dann direkt den Verlauf des Oberflächenprofils. Falls zusätzlich das Chassis eine Vertikalbewegung ausführt, weil das Kraftfahrzeug beispielsweise schwankt oder wippt, so kann die mittels des Beschleunigungssensors ermittelte Vertikalbewegung zusammen mit dem Einfedersignal dahingehend kombiniert werden, dass wiederum die Vertikalbewegung des Chassis kompensiert ist und das Oberflächenprofil ausschließlich den Verlauf der Oberfläche des Fahruntergrunds beschreibt. Auf der Grundlage des Beschleunigungssignal allein kann ein Oberflächenprofil erzeugt werden, dass z. B. Schlaglöcher hinreichend genau abbildet.
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Um das Oberflächenprofil mit dem Referenzprofil in Überdeckung oder Übereinstimmung zu bringen, sieht eine Weiterbildung vor, dass der Verschiebeparameter mittels einer Korrelation des Oberflächenprofils mit dem Referenzprofil ermittelt wird. Der Verschiebeparameter weist den zum Ermitteln des Fahrtverlaufsparameters geeigneten Wert dann auf, wenn die Korrelation einen Maximalwert aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine kontinuierliche Überwachung des Fahrtverlaufsparameters durch kontinuierliches Korrelieren des Oberflächenprofils mit dem Referenzprofil ermöglicht ist.
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Gemäß einer Weiterbildung wird beim Korrelieren des Oberflächenprofils mit dem Referenzprofil eine Streckung des Oberflächenprofils und/oder des Referenzprofils eingestellt. Mit anderen Worten werden die beiden Profile nicht nur gegeneinander verschoben, bis sich ein Maximum der Korrelation einstellt. Vielmehr wird zusätzlich das Oberflächenprofil und/oder das Referenzprofil gestreckt, wobei im Zusammenhang mit der Erfindung unter einer Streckung auch eine negative Streckung, das heißt eine Stauchung, zu verstehen ist. Anhand des zum Maximieren der Korrelation nötigen Streckungswerts wird die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die Fahrgeschwindigkeit wird als ein Verhältnis einer Erfassungsgeschwindigkeit, bei welcher die Erfassungseinrichtung das Oberflächenprofil erfasst hat, zu einer Referenzgeschwindigkeit, bei welcher das Referenzprofil erfasst worden ist, ermittelt. Mit anderen Worten wird die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Referenzgeschwindigkeit ermittelt. Hierbei ist es nicht nötig, dass das Referenzprofil Geopositionen einzelner Profilwerte des Referenzprofils aufweist. Somit ist eine Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit unabhängig von absoluten Geopositionsdaten ermöglicht.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Oberflächenprofil Profilwerte für zwei, an gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnete Radspuren. Mit anderen Worten umfasst das Oberflächenprofil Profilwerte für die linke Radspur und die rechte Radspur. Beispielsweise kann jeweils die Radspur des Vorderrades oder des Hinterrades jeder Seite umfasst sein. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass das Oberflächenprofil für eine eindeutige Bestimmung des zumindest einen Fahrtverlaufsparameters einen kürzeren Streckenabschnitt des Fahruntergrunds abdecken oder umfassen muss, als es mit einer einzelnen Radspur möglich wäre. Mit anderen Worten wird pro Abtaststelle des Fahruntergrunds doppelt so viel Information über das Profil der Oberfläche angegeben. Es kann auch vorgesehen sein, vier Profilwerte für alle vier Räder in dem Oberflächenprofil anzugeben.
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Gemäß einer Weiterbildung beschreibt das Oberflächenprofil eine Fahrstrecke entlang des Fahruntergrunds, die größer als 10 m ist und hierbei aber insbesondere in einem Bereich von 50 m bis 500 m liegt. Insbesondere ist eine Fahrstrecke durch das Oberflächenprofil beschrieben, die kleiner als 150 m ist. In Simulationen hat sich herausgestellt, dass ein derart kurzer Streckenabschnitt oder eine derart kurze Fahrstrecke ausreichend sind, um eindeutig festzustellen, wo entlang eines Referenzprofils sich das Kraftfahrzeug gerade befindet.
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Gemäß einer Weiterbildung stellt das Oberflächenprofil eine Abtastung des Fahruntergrundes in vorgegebenen Zeitintervallen dar. Mit anderen Worten wird das Oberflächenprofil nicht äquidistant abgetastet. Stattdessen wird zu vorgegebenen Zeitpunkten ein Profilwert pro erfasster Radspur abgetastet, unabhängig von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit. In Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unterscheiden sich somit die räumlichen Abstände der Profilwerte. Die Zeitintervalle weisen dabei jeweils eine Dauer in einem Bereich von 2 Millisekunden bis 1 Sekunde auf. Insbesondere liegen die Zeitabstände zwischen den Abtastungen des Oberflächenprofils in einem Bereich von 3 Millisekunden bis 10 Millisekunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass charakteristische Profilformen, beispielsweise Schlaglöcher und/oder Riffelungen durch die Erfassungseinrichtung erfasst werden und im Oberflächenprofil wiedergegeben oder beschrieben sind.
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Um ein Kraftfahrzeug mit dem Referenzprofil zu versorgen, sieht eine Weiterbildung vor, dass das Referenzprofil aus einer fahrzeugexternen Serveranordnung über eine Funkverbindung während der Fahrt empfangen wird. Bei der Serveranordnung kann es sich beispielsweise um einen Server des Internets handeln. Die Serveranordnung kann aus einem oder mehreren Computern gebildet sein. Um auch für große Streckennetze eine Funkverbindung in Bezug auf die Bandbreite nicht zu überlasten, ist hierbei vorgesehen, dass das Referenzprofil stückweise ergänzt wird, falls das Kraftfahrzeug einen Höchstabstand zu einem Ende eines durch das bisher übertragene Referenzprofil beschriebenen Streckenstücks des Fahruntergrunds unterschreitet. Nähert sich also das Kraftfahrzeug dem Ende desjenigen Streckenstücks, für das bereits ein Referenzprofil im Kraftfahrzeug vorliegt, so wird bei Unterschreiten des Höchstabstands ein weiteres Stück des Referenzprofils über die Funkverbindung übertragen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nur stückweise jeweils kleine Mengen von Daten über die Funkverbindung übertragen werden müssen.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, sieht die Erfindung ein Kraftfahrzeug vor, das eine Erfassungseinrichtung der beschriebenen Art zum Erzeugen von Profilwerten eines Oberflächenprofils eines Fahruntergrundes aufweist. Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine Steuervorrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass sie im Betrieb eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise als ein Steuergerät bereitgestellt sein. Zum Durchführen des Verfahrens kann die Steuervorrichtung beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 eine Diagramm mit einem Oberflächenprofil, das mit dem Kraftfahrzeug von 1 erzeugt worden sein kann, und
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3 ein Diagramm mit einem Oberflächenprofil, anhand welchem eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ohne Kenntnis der Geoposition ermittelt wird.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 fährt in dem gezeigten Beispiel mit einer Fahrgeschwindigkeit V über einen Fahruntergrund 2, bei dem es sich beispielsweise um eine Straße handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Steuervorrichtung 3 auf, die während der Fahrt zumindest einen Fahrtverlaufsparameter 4 ermittelt, bei denen es sich beispielsweise um eine Geoposition 5 und/oder eine Fahrgeschwindigkeit 6 des Kraftfahrzeugs 1 handeln kann.
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Das Ermitteln der Fahrtverlaufsparameter 4 ist im Folgenden anhand von 1 und 2 beschrieben.
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Die Steuervorrichtung 3 ermittelt zu dem Fahruntergrund 2 ein Oberflächenprofil, das entlang der Längserstreckungsrichtung X der den Fahruntergrund 2 bildenden Straße in einer Radspur 8 eines Rades 9 des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt wird. Das Oberflächenprofil 7 beschreibt z. B. Unebenheiten des Fahruntergrunds 2 in der Radspur 8. Das Oberflächenprofil 7 kann beispielsweise aus einzelnen Profilwerten 10 gebildet sein, von denen jeder beispielsweise in einem zeitlichen Abstand T von beispielsweise in einem Bereich 3 Millisekunden bis 15 Millisekunden einen Höhenwert einer realtiven Höhe H des Fahruntergrunds 2 beschreibt. Eine räumliche vertikale Auflösung des Oberflächenprofils 7 kann beispielsweise in einem Bereich von 1 Zentimeter bis 10 Zentimeter liegen. Das Oberflächenprofil 7 kann eine Fahrstrecke 11 des Fahruntergrunds 2 beschreiben oder abdecken, der in einem Bereich von 10 m bis 500 m beispielsweise von 50 m bis 150 m liegen kann.
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Zum Ermitteln der Fahrtverlaufsparameter 4 kann das Kraftfahrzeug 1 beispielsweise über eine Funkverbindung 12 ein Referenzprofil 13 empfangen haben. Das Referenzprofil 13 kann beispielsweise durch eine Serveranordnung 14 bereitgestellt sein, welche das Referenzprofil 13 beispielsweise über das Internet 15 und ein Mobilfunknetz 16 an ein Funkmodul 17 des Kraftfahrzeugs 1 ausgesendet haben kann. Die Funkverbindung 12 kann beispielsweise auf der Grundlage eines GSM-Mobilstandards, UMTS-Mobilfunkstandards, LTE-Mobilfunkstandards oder auf der Grundlage einer WLAN-Verbindung (WLAN – Wireless Local Area Network) gebildet sein. Das Referenzprofil 13 wird durch die Steuervorrichtung 3 empfangen. Das Referenzprofil 13 kann Profilwerte 18 umfassen, von denen der Übersichtlichkeit halber in 2 nur einige veranschaulicht sind. Zu den Profilwerten 18 kann jeweils eine Geoposition 19 gespeichert sein, die in 2 als P1 bis P5 dargestellt sind. Durch relatives Verschieben des Oberflächenprofils 17 bezüglich des Referenzprofils 13 kann überprüft werden, mit welchem Verschiebungswert eines Verschiebeparameters 20 sich die größte Übereinstimmung zwischen dem Oberflächenprofil 17 und dem Referenzprofil 13 ergibt. Der entsprechende Verschiebewert des Verschiebeparameters 20 ist in 2 veranschaulicht. Durch Auslesen der entsprechenden Geoposition 19 am vorderen oder jüngsten Ende des Oberflächenprofils 7 kann die Geoposition 5 ermittelt werden. In dem Beispiel von 2 ist dies die Geoposition P4.
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Das Oberflächenprofil 17 kann durch die Steuervorrichtung 3 wie folgt anhand von 1 ermittelt werden.
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Während der Fahrt erzeugt an einem Schwingungsdämpfer oder Stoßdämpfer 21 für das Rad 9 ein Sensor 22 ein Einfedersignal 23, welches beschreibt, um welchen Einfederweg 24 der Stoßdämpfer 21 bezüglich einer Ruhelage ausgelenkt oder eingedrückt ist. Hierdurch wird beispielsweise erfasst, wenn das Kraftfahrzeug 1 über eine Unebenheit 25 oder durch ein Schlagloch 26 fährt und hierdurch aufgrund der Massenträgheit eines Chassis 27 des Kraftfahrzeugs 1 das Rad 9 bezüglich des Chassis 27 bewegt wird. Des Weiteren kann ein Beschleunigungssensor 28 eine Vertikalbewegung 29 des Chassis 27 erfassen. Die Vertikalbewegung 29 kann durch ein Beschleunigungssignal 30 des Beschleunigungssensors 29 signalisiert oder beschrieben werden. Der Sensor 22 und der Beschleunigungssensor 28 stellen eine Erfassungseinrichtung A des Kraftfahrzeugs 1 dar.
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Die Steuervorrichtung 3 kann das Beschleunigungssignal 30 und/oder das Einfedersignal 23 empfangen und beispielsweise in einem Speicher 31 zu dem Oberflächenprofil 7 kombinieren. Das Oberflächenprofil 7 kann durch ein Korrelationsmodul 32 (CORR) mit dem Referenzprofil 13 korreliert werden. Durch das Korrelationsmodul 32 kann eine Korrelation 33 des Oberflächenprofils 7 mit dem Referenzprofil 13 durchgeführt werden, wobei ein Parameter der Korrelation 33 der Verschiebeparameter 20 ist. Bei Übereinstimmung oder Überdeckung des Oberflächenprofils 7 mit dem Referenzprofil 13 ergibt sich ein Korrelationsmaximum 34, welches den optimalen Wert für den Verschiebeparameter 20 signalisiert. Dann kann in der beschriebenen Weise die ausgelesene Geoposition 19 (P4) als Geoposition 5 des zumindest einen Fahrtparameters 4 ausgegeben werden.
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Das bisher beschriebene Verfahren geht dabei davon aus, dass zu dem Referenzprofil 13 für einzelne Profilwerte 18 jeweils ein Geoposition 19 bereitgestellt oder gespeichert ist.
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Für die Veranschaulichung eines im Folgenden beschriebenen alternativen Verfahrens ist auf 3 zusätzlich verwiesen. Alternativ kann vorgesehen sein, ein Referenzprofil 13 bereitzustellen, zu welchem keine absoluten Geopositionen 19 vorhanden sind. Stattdessen kann eine Referenzgeschwindigkeit Vref angegeben sein, welche angibt, bei welcher Fahrgeschwindigkeit das Referenzprofil 13 ermittelt worden ist. Falls das Kraftfahrzeug 1 mit einer anderen Fahrgeschwindigkeit V als der Referenzgeschwindigkeit Vref fährt, wird bei einer Abtastung (Sampling) der Oberfläche des Fahruntergrunds 2, also beim Erzeugen der Profilwerte 10 zu vorgegebenen Zeitpunkten, ein Oberflächenprofil 7 erzeugt, das bezüglich des Referenzprofils 13 gestaucht oder gestreckt ist. Entsprechend kann ein Streckungsmodul 35 das Oberflächenprofil 7 einer Streckung 36 unterziehen, das heißt dass sich Oberflächenprofil 7 räumlich entlang der Längserstreckung X streckt oder staucht. Die jeweils eingestellte Streckung S1, S2, S3 ergibt gestreckte Oberflächenprofile 7', die jeweils aus dem Oberflächenprofil 7 durch die Streckung S1, S2, S3 erzeugt sind. Durch Erzeugen der Korrelation 33 für die unterschiedlich gestreckten Oberflächenprofile 7' ergibt sich nur für den korrekten Streckungswert (in dem Beispiel die Streckung S2) ein Korrelationsmaximum 34, das den größten Wert von allen Korrelationen 33 angibt. Somit kann aus der Referenzgeschwindigkeit Vref und dem Streckungswert S2 die Fahrgeschwindigkeit V ermittelt werden, ohne dass hierzu eine Angabe über eine absolute Geoposition nötig ist.
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Weiterhin ist zu beachten, dass auch das Referenzprofil 13 und das Oberflächenprofil 7 keine Übereinstimmung in Bezug auf die absolute Höhe haben müssen. Insbesondere können das Referenzprofil 13 und das Oberflächenprofil 7 auch eine unterschiedliche Skalierung oder vertikale Streckung aufweisen, die beispielsweise durch Verwendung jeweils unterschiedlicher Sensoren für den Einfederweg 24 und die Beschleunigung 30 für das Oberflächenprofil 7 und das Referenzprofil 13 hervorgerufen werden kann. Dies beeinflusst nicht die Korrelation 33 in Bezug auf die Lage des Korrelationsmaximums 34.
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Die beschriebene Steuervorrichtung 3 kann beispielsweise als Steuergerät realisiert sein. Die Module 32, 35 können beispielsweise als Softwaremodule in einem Steuerprogramm der Steuervorrichtung 3 bereitgestellt sein.
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Durch die beschriebene Fahrzeugvernetzung mit einer Serveranordnung ist es somit möglich, ein Straßenhöhenprofil als Bezugsprofil zwischen Kraftfahrzeug und Serveranordnung zu übermitteln. Das Bezugsprofil kann dabei global zugeordnet sein, das heißt beispielsweise Längen- und Breitengradangaben, beispielsweise gemäß dem Koordinatensystem WGS84, aufweisen. Im Kraftfahrzeug wird ein aktuelles Höhenprofil als Oberflächenprofil über die Sensorik des Kraftfahrzeugs, beispielsweise die Initialsensorik, bevorzugt für die linke und die rechte Radspur des Kraftfahrzeugs ermittelt. Über einen Abgleich der beiden Signale, nämlich dem Straßenhöhenprofil von der Serveranordnung und im Fahrzeug gemessenem Höhenprofil, über der Laufzeit ist es möglich, die Fahrzeugposition über eine Korrelation zu ermitteln, da jeder Straßenverlauf signifikante Merkmale aufweist, beispielsweise die beschriebene Erhebung 25 und das Schlagloch 26. Somit lassen sich die beiden Profile eindeutig einander zuordnen. Das im Kraftfahrzeug gemessene Straßenhöhenprofil der linken und der rechten Fahrspur setzt sich dabei beispielsweise durch zyklische Auswertung, beispielsweise alle 5 Millisekunden, der Fahrzeugsensorik in der Steuervorrichtung zusammen. Es ergeben sich somit pro Zyklus zwei Profilwerte in Form von Höhenwerten H entlang der Fahrstrecke. Das auf der Serveranordnung gespeicherte Straßenhöhenprofil ergibt sich aus genau solchen Messungen für viele Fahrzeuge und deren jeweils empfangene Geoposition, beispielsweise eine jeweilige GPS-Position. Durch die Vernetzung der Fahrzeuge mit der Serveranordnung und das permanente Messen und Speichern von Straßenhöhenprofilen ist es möglich, den Straßenverlauf statistisch eindeutig auf einer digitalen Karte einzuordnen oder zuzuordnen.
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Sollte nun beispielsweise eine GPS-Verbindung in dem Kraftfahrzeug 1 gestört sein, die Verbindung zu der Serveranordnung 14 aber noch bestehen, ist es möglich, durch einen Abgleich der Profile die Fahrzeugposition weiterhin zu bestimmen. Zudem kommt hinzu, dass durch eine hohe räumliche und/oder zeitliche Auflösung des Straßenprofils aufgrund der zyklischen Ermittlung, beispielsweise alle 5 Millisekunden, in der Steuervorrichtung die Position genauer ermittelt werden kann im Vergleich beispielsweise zu einer GPS-Position, da hier die Abtastrate nur eine Sekunde beträgt. Erste Untersuchungen haben eine Genauigkeit von unter 1 m geben.
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Der Vorteil dieser Auswertung ist also, dass eine höhere Genauigkeit bei der Fahrzeuglokalisation im Vergleich mit GPS möglich ist. Des Weiteren ist eine permanente Lokalisierung möglich aufgrund der hohen Auflösung des Straßenprofils und dessen Kontinuität, da es unabhängig von besonderen Merkmalen, wie beispielsweise Baustellen oder Brücken, ist. Es ist auch eine kostengünstige Umsetzung des Verfahrens möglich, da auf bestehende Sensorstrukturen im Kraftfahrzeug aufgebaut werden kann. Als Ergänzung und/oder Plausibilisierung können noch Geopositionen eines Empfängers eines GNSS (Global Navigation Satellite System), beispielsweise eines GPS, genutzt werden. Da eine Geoposition im bekannten Sinne ermittelt wird, lässt sich das neue Verfahren auch problemlos mit zusätzlichen neuen Funktionen kombinieren.
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Voraussetzung für das Verfahren ist, dass eine Fahrzeug-Server-Schnittstelle zur Datenübertragung des Referenzprofils bereitgestellt wird. Der Server in Form der Serveranordnung ermittelt dann im Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von beispielsweise einer geschätzten Fahrzeug-Geoposition, beispielsweise die aktuelle oder letzte gemessene GPS-Position, vor dem Fahrzeug liegende Straßenhöhenwerte, also Profilwerte des Referenzprofils, für die linke und rechte Fahrspur. Dabei wird pro Messzyklus im Kraftfahrzeug genau ein Profilwert in einem definierten zeitlichen Abstand vor dem Kraftfahrzeug für die linke und rechte Fahrspur übermittelt, was eine geringere Bandbreite erfordert, als wenn ein Referenzprofil für die gesamte Strecke kontinuierlich oder geschlossen übertragen werden müsste. Über die Empfangszeit hinweg ergibt sich dann ein eindeutiges Straßenhöhenprofil als Referenzprofil für die linke und rechte Fahrspur. Im Kraftfahrzeug wird während dessen ein aktuelles Oberflächenprofil als Höhenprofil über die Fahrzeugsensorik ermittelt, mit den Serverdaten abgeglichen und durch eine Korrelationsrechnung die Geoposition des Fahrzeugs ermittelt.
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Aus den zeitlich nacheinander ermittelten Geopositionen kann dann auch die Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit V ermittelt werden. Alternativ dazu kann für den Fall, dass das Referenzprofil 13 nicht absolut verortet oder lokalisiert werden kann, allein die Fahrgeschwindigkeit auf der Grundlage des beschriebenen Verfahrens zur Streckung des Referenzprofils und/oder des Oberflächenprofils benutzt werden, um die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Fahrzeuglokalisierung auf Basis von Online-Streckendaten bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004049689 A1 [0005]
