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Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
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Gestiegenes Umweltbewusstsein und höhere Anforderungen an Verbrauch, CO2-Ausstoß und andere Emissionen führten in den vergangenen Jahren zu neuen Fahrerassistenzsystemen. Zur weiteren Kraftstoffreduktion bei Fahrzeugen rückt die Verzögerung in den Fokus, da hier in herkömmlichen Fahrzeugkonzepten die kinetische Energie des Fahrzeuges über das Bremssystem in Wärme umgewandelt wird. Somit wird die kinetische Energie des Fahrzeugs nicht weiter genutzt und das Bremssystem des Fahrzeuges verschleißt. Aus diesen Grund werden Konzepte entwickelt, um die kinetische Energie des Fahrzeuges während der Verzögerung zurückzugewinnen oder die kinetische Energie direkt zu nutzen.
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Die Verzögerung bei Fahrzeugen kann sich aus einer Segelphase, auch Coasting-Phase genannt, und einer Bremsphase zusammensetzen. Das Segeln bezeichnet eine Fahrzeugfunktion, bei welcher der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang getrennt ist, um das Fahrzeug rollen zu lassen. Es erfolgt demnach kein Antrieb durch einen Motor. Auf einer ebenen Straße baut das Fahrzeug im Regelfall Geschwindigkeit ab, da der Luftwiderstand, die Reibung der Reifen und die Verluste im Antriebsstrang der kinetischen Energie des Fahrzeuges entgegenstehen. Daneben wird das Verzögerungsmoment verringert, da der Verbrennungsmotor aufgrund der geöffneten Kupplung nicht mehr mitgeschleppt werden muss. Es kann jedoch auch vorkommen, dass ein Fahrzeug in der Segelphase an Geschwindigkeit gewinnt, z.B., wenn sich das Fahrzeug auf einer abschüssigen Straße befindet. Die Kraftstoffeinsparung in der Segelphase resultiert daraus, dass keine oder nur eine geringfügige Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges zu senken.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, wobei das Fahrerassistenzsystem eine Kommunikationsvorrichtung zur Kommunikation mit einem Backend-System, eine Sensoranordnung zum Erfassen von Fahrzeug- und Umfelddaten und ein Steuergerät aufweist, welches im Folgenden auch als Antriebsstrangsteuergerät bezeichnet wird. Das Steuergerät dient zum selbständigen Einleiten und Durchführen einer aus energetischer Sicht möglichst optimalen Verzögerung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung von Daten, welche die Kommunikationsvorrichtung vom Backend-System empfängt, wobei die Verzögerung in eine Segelphase und eine Bremsphase aufgeteilt ist.
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Die Länge der Segelphase kann von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu Beginn der Verzögerung abhängen. Bei Abkopplung des Verbrennungsmotors sind die Verluste im Antriebsstrang gering. Daher ist die Länge der maximal möglichen Segelphase sehr lang. Diese kann abhängig von den Fahrwiderständen des Fahrzeuges beispielsweise bei einem Verzögerungsvorgang von 50 km/h auf 0 km/h über 500 m lang sein. Aus energetischen Gesichtspunkten ist eine möglichst lange Segelphase wünschenswert. Allerdings würde der Fahrer in den meisten Fällen die Maximallänge der Segelphase nicht akzeptieren. Eine akzeptierte Länge der Segelphase hängt von der Geschwindigkeit zu Beginn des Segel-Vorgangs, vom individuellen Fahrstil des Fahrers, wie z.B. Eco-Bewusstsein, akzeptierte zusätzliche Fahrtdauer, von den umgebenden Verkehrsteilnehmern, wie z.B. Verkehrsfluss, Abstand zu vorausfahrendem und nachfolgendem Fahrzeug und von den Umgebungsbedingungen, wie z.B. Sichtverhältnisse, Verkehrsregelung, Verkehrszeichen ab.
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Durch die Vielzahl von unterschiedlichen Einflussparametern ist der optimale Beginn der Verzögerung schwierig zu bestimmen. Durch einen zu frühen Start der Segelphase würde das Fahrzeug im Vergleich zu den anderen Verkehrsteilnehmern deutlich langsamer werden und somit den fließenden Verkehr behindern. Auch würde der Fahrer dieses Verhalten des Fahrerassistenzsystems unter Umständen nicht akzeptieren und die Segelphase manuell übersteuern, welches einer effizienten und energiesparenden Nutzung des Fahrerassistenzsystems entgegensteht. Das Fahrerassistenzsystem soll den Fokus auf eine maximale Nutzungsdauer durch den Nutzer haben. Dies hat zur Folge, dass das Fahrerassistenzsystem nicht in jedem Fall die theoretisch mögliche maximale Länge der Verzögerung berechnet und umsetzt, sondern die vom Nutzer wahrscheinlich akzeptierte Länge der Verzögerungsphase, sodass das Nutzererlebnis positiv ausfällt.
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Die Vorgabe durch das Fahrerassistenzsystem kann an die aktuelle Fahrsituation aufgrund der Umgebungsbedingungen angepasst werden, wie z.B. Verkehr, vorausfahrende Fahrzeuge, Sichtverhältnisse. Eine Herausforderung bei der Vorgabe der Verzögerungsstrategie ist die ideale Bestimmung des Beginns der Segelphase und der Übergang in die Bremsphase.
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Verzögerungs- oder Anhaltevorgänge erfolgen im Regelfall beim Zufahren auf eine Geschwindigkeitsbegrenzung, eine Kurve, eine Kreuzung mit Vorfahrtsregelung oder ein langsameres Fahrzeug. Das Fahrerassistenzsystem kann die erforderlichen Verzögerungs- und Segel-Daten für das Antriebsstrangsteuergerät durch Auswertung der Fahrzeugkomponenten-Stati, wie beispielsweise des Verbrennungsmotors, des Generators, des optionalen Elektromotors, eines Umrichters, einer Batterie, eines Getriebes, einer Kupplung, des Gaspedals und des Bremspedals ermittelt. Des Weiteren können Fahrzeugsensordaten, wie Radar- und Kameradaten durch das Antriebsstrangsteuergerät berücksichtigt werden. Die durch das Antriebsstrangsteuergerät ermittelten Fahrzeugdaten werden georeferenziert an die Sende- und Empfangseinheit übergeben, welches die Fahrzeugdaten an das Backend-System überträgt. Die Georeferenzierung erfolgt durch das Positionierungsmodul des Fahrzeuges und berücksichtigt neben der Position des Fahrzeuges auch die Kartendaten inklusive der dort gespeicherten Verkehrsknoten.
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Verkehrsknoten sind im Kontext der Erfindung alle im Straßenverkehr auftretenden Bereiche, in welchen eine Anpassung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges sinnvoll ist. Dies schließt Straßenkreuzungen, mit und ohne Signalanlage, Beginn von Ortschaften, Geschwindigkeitsreduzierungen, hervorgerufen durch Verkehrsschilder oder durch Straßenverhältnisse, wie Kurven, Nässe, Wald, Glätte, Fußgängerüberwege, Gefahrenschwerpunkte, vorausfahrende und nachfolgende Fahrzeuge, abschüssige Straßen und Navigationsziele, mit ein. Die Ortung des Fahrzeuges erfolgt mittels einer Ortungseinheit. Diese Ortungseinheit kann auf Satellitenortungssysteme wie GPS erfolgen.
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Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass im Kontext der vorliegenden Erfindung GPS stellvertretend für sämtliche Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) steht, wie z.B. GPS, Galileo, GLONASS (Russland), Compass (China), IRNSS (Indien).
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Positionsbestimmung des Fahrzeugs auch über eine Zellpositionierung erfolgen kann. Dies bietet sich insbesondere bei der Verwendung von GSM-, UMTS- und LTE-Netzen an.
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Ein Hop bezeichnet die einmalige erneute Aussendung der Botschaft als Broadcast und damit die Weiterleitung an andere Objekte außerhalb der Reichweite des ursprünglichen Senders.
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Unter dem Begriff „digitale Karten“ oder „digitale Kartendaten“ sind auch Karten für fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS, Advanced Driver Assistance System) zu verstehen, ohne dass eine Navigation stattfindet.
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Die Bestimmung der optimalen und vom Fahrer akzeptierten Länge der Verzögerungs-Phase wird durch einen vernetzten Ansatz gelöst, in dem die einzelnen Fahrzeuge mit einem Backend-System verbunden sind.
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Aufgrund dieser umfassenden Informationen wird vorausschauend eine energieoptimale Verzögerungstrajektorie vorgegeben. Dem Fahrer wird angezeigt, wie er der Verzögerungstrajektorie folgen kann oder das Fahrerassistenzsystem übernimmt selbstständig die Verzögerung für die nächste Fahrsituation.
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In den meisten Fällen folgt die Bremsphase im Anschluss an die Segelphase. Für bestimmte Betriebspunkte und Antriebsstrangkonfigurationen kann in gewissen Situationen auch die umgekehrte Reihenfolge energetisch effizienter sein. Z.B. bei Bergabfahrten oder bei Verzögerungen aus hohen Geschwindigkeiten, wo hohe Fahrwiderstände dem Segeln entgegenstehen.
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Der Beginn der Verzögerungsphase wird häufig durch eine prädiktive Betriebsstrategie bestimmt. Diese wird auf Grundlage von Kartenattributen wie Geschwindigkeitslimits und Verkehrszeichen sowie der Fahrzeugumgebung bestimmt, die durch die Fahrzeugsensorik erfasst wird.
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Der Energieverbrauch von Fahrzeugen kann gesenkt werden, indem die Segelphasen verlängert werden. Um dieses zu erreichen, wird ein Verzögerungsprofil vorgegeben.
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Das Fahrerassistenzsystem bestimmt den energetisch optimalen Zeitpunkt für den Beginn der Verzögerung des Fahrzeugs basierend auf Backend Daten.
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Auf Basis der vom Fahrzeug an das Backend-System gesendeten Daten können für den aktuellen Fahrzeugstandort oder der geplanten Fahrzeugroute die relevanten Daten aus dem Backend-System an die Sende-und Empfangseinheit des Fahrzeuges und anschließend an das Antriebsstrangsteuergerät übermittelt werden. Aus den vorliegenden Fahrzeugdaten, als auch aus den Daten aus dem Backend-System, errechnet das Antriebsstrangsteuergerät den optimalen Verzögerungsbeginn, welcher sich in eine Segelphase und eine Bremsphase aufteilt. Das Fahrerassistenzsystem ist weiter in der Lage die Verzögerung selbstständig einzuleiten oder dem Fahrer des Fahrzeuges Hinweise für das optimale Verhalten zu geben.
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Durch das Sammeln von Informationen zur Verzögerung, insbesondere zum Segeln und zum Bremsen, in einem Backend-System kann die Betriebsstrategie so verbessert und während der Laufzeit des Systems angepasst werden, dass der Start und damit die Länge der Verzögerung für die aktuelle Situation standortbezogen unter Berücksichtigung der aktuellen Umgebungsinformationen, wie beispielsweise Verkehrslage, Tageszeit und Sichtverhältnisse, angepasst ist. Dadurch kann die Länge der Verzögerung für den aktuellen Verkehrsknoten auf Basis der Auswertung der vergangenen Verzögerungen an diesem Verkehrsknoten bestimmt werden. Das Backend-System kann bestimmten Verkehrsknoten entsprechende Datensätze zuordnen. Des Weiteren kann das Backend-System die gespeicherten Datensätze nach diversen Gesichtspunkten auswerten und analysieren.
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Die Daten von vergangenen Verzögerungen, insbesondere der Segel- und der Bremsphasen von verschiedenen Fahrzeugen können im Backend-System gesammelt werden. Durch die im Backend-System gespeicherten Daten kann mittels Datenverarbeitung der energetisch optimale Beginn für die Verzögerung bestimmt werden. Bei der Sammlung der Fahrzeugdaten werden fahrzeuginterne Signalgrößen, wie z.B. Pedalstellungen, interne Fahrzeugstati, Betriebsmodi und Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewertet und somit die Länge und Zeit der Verzögerungsphase bestimmt. Daneben wird auch die Dauer und Länge der Segelphase erfasst. Da die Parameter der Segelphase von der Geschwindigkeit zu Beginn des Segel-vorgangs abhängen, wird zusätzlich der relative Anteil der Verringerung der Geschwindigkeit in der Segelphase an der Gesamtreduktion der Geschwindigkeit während des Verzögerungsvorgangs bestimmt. Der relative Anteil der Verringerung ist unabhängig von der Start-Geschwindigkeit des Verzögerungsvorgangs.
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In einer Ausführungsform erfolgt für die Verkehrsknoten die Gewichtung der kurzfristigen und langfristigen Durchschnittswerte in Abhängigkeit der Anzahl und Aktualität der Daten im Backend-System. Da im Backend-System die Verteilung der Segel- und Bremsgrößen zu unterschiedlichen Verkehrsflüssen gespeichert sein kann, kann dieser Einfluss in Abhängigkeit der zu erwarteten Verkehrssituation am Verkehrsknoten ebenfalls mit einem Gewichtungsfaktor berücksichtigt werden. Dadurch wird der Start der Segel- und Bremsphase entsprechend der zu erwarteten Situation bestimmt. Anstelle der Durchschnittswerte der gesammelten Daten kann auch ein Vielfaches der Standardabweichung verwendet werden, um in der zu erwartenden Situation die Verzögerung bewusst frühzeitiger als bei den vergangenen Fahrten beginnen zu lassen. Damit ist eine Anpassung an den vorhandenen Verkehrsfluss mehr oder weniger definiert möglich.
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Die Bremsphase kann sowohl die Betätigung der mechanischen Bremseinrichtung am Fahrzeug, als auch das generatorische Bremsen mittels eines Elektromotors beinhalten. Der Elektromotor kann ein für den Vortrieb des Fahrzeugs geeigneter Antrieb oder ein Generator im Riemen des Verbrennungsmotors bzw. ein Anlasser für den Verbrennungsmotor sein.
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Das beschriebene Fahrerassistenzsystem kann in einer Vielzahl von Fahrzeugkonzepten zum Einsatz kommen. Neben herkömmlichen Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor, sind insbesondere Hybridfahrzeuge aufgrund der Möglichkeit der Rekuperation mit hohen Leistungen durch den Elektromotor interessant. Hierbei ist es unerheblich ob es Micro-, Mild- oder Full-Hybridfahrzeuge sind. Auch ist das Fahrerassistenzsystem für reine Elektrofahrzeuge einsetzbar und für Fahrzeuge mit alternativen Energieträgern, wie beispielsweise Brennstoffzellenfahrzeuge und Erdgasfahrzeuge. Die Bezeichnung Kraftfahrzeug ist nicht alleine auf einen Pkw begrenzt, sondern schließt auch Lkw, Busse, Traktoren, Panzer, Baumaschinen, Schienenfahrzeuge, Schiffe, Luftfahrzeuge, wie Helikopter oder Flugzeuge, Fahrräder und Motorräder mit ein.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Datenaustausch zwischen dem Fahrerassistenzsystem und dem Backend-System drahtlos und im Wesentlichen in Echtzeit. Hierunter ist zu verstehen, dass der Datenaustausch während der Fahrt erfolgt und auch bei einer abweichenden Routenführe aktualisiert werden kann, bzw. auch aktuelle Einflüsse miteinschließt.
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Im Fahrzeug kommuniziert eine Kommunikationseinheit über eine Antenne mit Hilfe einer drahtlosen Kommunikationsverbindung, wie z.B. Bluetooth, WLAN (z. B. WLAN 802.11a/b/g/n oder WLAN 802.11p), ZigBee oder WiMax oder aber auch zellulärer Funksysteme wie GPRS, UMTS oder LTE mit dem Backend-System. Es ist auch die Verwendung anderer Übertragungsprotokolle möglich. Die genannten Protokolle bieten den Vorteil der bereits erfolgten Standardisierung. Somit kann der Austausch der Daten während der Fahrt erfolgen und die Informationen werden situationsbedingt vom Fahrzeug übertragen und empfangen. Hierdurch wird eine kurzfristige Anpassung der Verzögerungsstrategie ermöglicht und es kann auf aktuelle Meldungen reagiert werden, z.B. Staumeldungen, Baustellenmeldungen oder Unfallmeldungen.
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Auch wenn ein stetiger Austausch zwischen Backend-System und Fahrzeug besteht, können Daten lokal auf dem Fahrzeug gespeichert werden, um den Datentransfer zu reduzieren oder die Funktionalität des Fahrerassistenzsystems auch ohne drahtlose Kommunikation sicherzustellen. Insbesondere bei sich wiederholenden Fahrtstrecken, wie der tägliche Arbeitsweg oder Einkauf, wird der Datentransfer reduziert ohne eine Einschränkung des Systems.
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C2X-Kommunikation umfasst C2C-Kommunikation (Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation) und Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einer weiteren Einrichtung, die kein Fahrzeug ist, wie beispielsweise einer Infrastruktureinrichtung (Ampel, etc.).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung analysiert das Fahrerassistenzsystem das individuelle Fahrverhalten des Fahrers und erstellt ein Fahrerprofil.
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Ein Fahrerassistenzsystem, welches in das Fahrverhalten des Fahrzeuges eingreift, sollte die Möglichkeit besitzen, die individuellen Angewohnheiten des Fahrers zu berücksichtigen, um ein positives Kundenerlebnis sicherzustellen. Somit sieht die vorliegende Erfindung vor, das Fahrverhalten der einzelnen Fahrer zu analysieren und Auszuwerten. Durch die fahrerindividuelle Bewertung des Segel-Verhaltens, kann für jeden Fahrer die Effizienz des Verzögerungsvorgangs bewertet werden. Damit können dem Fahrer Potentiale zur weiteren Verbesserung des Segel-Verhaltens vorgeschlagen werden. Die Daten der einzelnen Fahrer können in dem Backend-System anonymisiert oder Personen / Fahrzeug bezogen gespeichert werden. Wenn die Daten im Backend-System anonymisiert hinterlegt sind, können die korrespondierenden personenbezogenen Datensätze im Datenspeicher des Fahrzeugs abgelegt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der optimale Beginn der Verzögerungsphase und der Übergang zwischen Segelphase und Bremsphase unter Berücksichtigung des individuellen Fahrerverhaltens berechnet.
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Aufgrund der fahrerindividuellen Analyse ist es möglich die Betriebsstrategie zur Bestimmung des energetisch optimalen Beginns der Verzögerung an das individuelle Fahrverhalten anzupassen. Dies gilt auch für Fahrabschnitte, die sich an die Verzögerung anschließen, wie Kurvenfahrten. Somit kann einer sportlichen oder einer zurückhaltenden Fahrweise des Fahrers Rechnung getragen werden, indem die Verzögerung mehr oder weniger stark im Vergleich zu einem durchschnittlichen Fahrer ausfällt. Durch die Berücksichtigung des fahrerindividuellen Verhaltens und des Verzögerungsverhaltens der anderen Verkehrsteilnehmer an einem bestimmten Verkehrsknoten wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der Vorschlag des Fahrerassistenzsystems vom Fahrer akzeptiert wird. Dadurch wird verhindert, dass der Fahrer das Fahrerassistenzsystem deaktiviert oder die Systemvorgaben übersteuert. Dieses führt letztendlich zu einer höheren Nutzerzufriedenheit und einer höheren CO2-Einsparung durch das Fahrerassistenzsystem.
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Die Dauer der Verzögerung und der Segelphase wird in Abhängigkeit des individuellen Fahrerverhaltens gegenüber dem berechneten Vergleichswert aus dem Backend-System verlängert oder verkürzt. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten: Die Abweichung des fahrerindividuellen Verhaltens von dem der Gesamtheit wird in Abhängigkeit der erwarteten Situation mit einem dynamischen Gewichtungsfaktor berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, in verkehrsberuhigten Situationen das Fahrerverhalten stärker zu gewichten als in Situationen mit hoher Verkehrsbelastung, in dem das individuelle Fahrverhalten einen geringeren Einfluss haben kann.
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Der Fahrer hat die Möglichkeit, verschiedene Modi für das Fahrerassistenzsystem auszuwählen. Damit kann die Abweichung des fahrerindividuellen Verhaltens unterschiedlich stark gewichtet werden. Z.B. wird bei einem Eco-Modus nicht nur die durchschnittliche Abweichung der individuellen Länge der Verzögerung berücksichtigt, sondern ein Vielfaches der Standardabweichung des individuellen Fahrverhaltens. Dazu gehört auch mit welcher Geschwindigkeit der Fahrer bestimmte Kurven durchfährt. Davon abhängig wird das Fahrzeug vor der Kurve auf eine entsprechende Geschwindigkeit gebracht. Der Fahrer kann aber auch über verschiedene Fahrmodi die bevorzugten Querbeschleunigungen einstellen. Die Höhe der Gewichtung der fahrerindividuellen Abweichung kann auch in Abhängigkeit der letzten Verzögerungen für die aktuelle Fahrt erfolgen. Falls der Fahrer - beispielsweise bei einer Fahrt unter Zeitdruck - im Vergleich zu seinem bisherigen Verhalten sehr spät mit der Verzögerung beginnt, kann dies auf Basis der letzten Verzögerungsvorgänge detektiert werden und bei den folgenden Verzögerungen auf dieser Fahrt entsprechend berücksichtigt werden. Es ist auch eine Kombination der genannten vorherigen Möglichkeiten denkbar. Bei den bisherigen Möglichkeiten werden die Daten über das fahrerindividuelle Segel- und Bremsverhalten so gewichtet, dass der Beginn der Verzögerung der Erwartung des Fahrers entspricht.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Beginn der Verzögerungsphase ausgehend vom Fahrerwunsch kontinuierlich in Richtung eines niedrigeren Verbrauchs eingestellt, sodass der Verbrauch kontinuierlich gesenkt werden kann.
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Die Daten des fahrerindividuellen Verzögerungsverhaltens können verwendet werden, damit das Fahrzeug zunehmend energieeffizienter verzögert. Durch Kenntnis des fahrerindividuellen Verzögerungsverhaltens kann die Verzögerung nach und nach verlängert werden, so dass sich der Fahrer langsam an eine energieeffiziente Fahrweise anpasst. Als Alternative zu einem probabilistischen Ansatz ist es auch möglich, die einzelnen Einflüsse auf Basis eines maschinellen Lernverfahrens zu gewichten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Aufbereitung und Darstellung der Daten des individuellen Fahrers in Bezug auf den Mittelwert aller Fahrer.
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Eine Aufbereitung der Daten und die Darstellung der Daten in graphischer Form dient der Veranschaulichung des Fahrverhaltens im Vergleich zur Allgemeinheit unter ähnlichen Randbedingen. Die Darstellung kann hierbei innerhalb des Fahrzeuges erfolgen, aber auch auf dem Backend-System zur Verfügung stehen, um diese auch später einsehen zu können. Zur Motivationssteigerung des einzelnen Fahrers können auch spieltypische Elemente eingesetzt werden, wie z.B. Ranglisten von Fahrergruppen und Belohnungen bei intensiver Nutzung des Fahrerassistenzsystems.
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Diese Informationen können auch zur CO2-Bewertung einer Fahrzeugflotte, z.B. eines Unternehmens, verwendet werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Backend-System für ein Fahrerassistenzsystem.
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Das Backend-System weist eine Recheneinheit, zum Verarbeiten der Daten, eine Kommunikationsvorrichtung, zur Kommunikation mit den Fahrzeugen und eine Datenbank. zur Speicherung der gesammelten Verzögerungs- und Segel-Daten. Daneben sind Kartendaten erforderlich, um die gesammelten Daten georeferenziert abspeichern zu können. Außerdem ist eine Recheneinheit notwendig, um die gesammelten Daten zu verarbeiten und auszuwerten. In der Datenbank des Backend-System sind georeferenziert Daten zu den Verkehrsknoten gespeichert. Diese Daten werden über die Kommunikationsvorrichtung an die Fahrzeuge gegeben. Die Recheneinheit wird benötigt, um die benötigten Daten aus der Datenbank situationsgerecht aufzubereiten und den Fahrzeugen zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren werden durch die Recheneinheit statistische Auswertungen der gespeicherten Daten durchgeführt.
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Das Ende der Verzögerung wird beispielsweise durch die Position des Verkehrsknotens oder durch andere Fahrzeuge bestimmt, die mit Hilfe von den Umgebungssensoren des Fahrzeuges erkannt werden. Basierend auf dem Endpunkt und den zur Verfügung stehenden Daten, sowohl aus dem Backend-System als auch der Fahrzeugdaten und des individuellen Fahrers, kann der optimale Beginn der Verzögerung, der Beginn der Segelphase und der Beginn der Bremsphase berechnet werden und gegebenenfalls durch das Fahrerassistenzsystem selbständig ausgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Backend-System die Umfeld- und Fahrzeugdaten der einzelnen Nutzer, insbesondere die Verzögerungsdaten, in der Datenbank des Backend-Systems gespeichert.
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Die von den Fahrzeugen empfangenen Daten werden georeferenziert und mit Hilfe der Fahrzeugsensordaten klassifiziert. Des Weiteren gehen Daten wie Datum, Wochentag, Ferien, Uhrzeit und Wetterdaten in die Datenbank mit ein. Das Backend-System ist in der Weise ausgelegt, dass es während des Betriebes des Fahrerassistenzsystems wächst und die Anzahl an gespeicherten Datensätzen vergrößert, somit wird das System stetig verbessert und es wird eine größere Datenbasis geschaffen, um die Vorhersagen für den energetisch optimalen Beginn der Verzögerung stetig zu verbessern.
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Da das individuelle Fahrerverhalten im Vergleich zur Allgemeinheit bewertet wird, ist es ausreichend, wenn die Daten von allen Fahrern anonymisiert im Backend-System gespeichert werden und die Segel- und Bremsdaten jedes Fahrers lokal im Fahrzeug abgelegt werden. Diese Daten werden vom Antriebsstrangsteuergerät zur Berücksichtigung des fahrerindividuellen Verzögerungsverhaltens verwendet. Es kann jedoch auch eine Speicherung aller erhobenen Daten im Backend-System vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt im Backend-System eine statistische Auswertung der erhaltenen Daten.
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Die Recheneinheit des Backend-Systems kann statistische Auswertungen der gespeicherten Daten vornehmen. Hierbei sind mehrere Konfigurationen denkbar. So kann eine Verteilung über einen langfristigen Zeitraum sowie über einen kurzfristigen Zeitraum, z.B. der letzten Stunde berechnet werden. Die Klassifizierung der berechneten Verteilungen für jeden Verkehrsknoten erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit der relevanten Einflussfaktoren, wie z.B. Verkehrsaufkommen, Tageszeit und Sichtverhältnisse. Eine Analyse des fahrerindividuellen Segel- und Bremsverhaltens kann in Bezug auf einen Vergleichswert erfolgen. Da die Verteilung der Segeldaten situationsabhängig für jeden Verkehrsknoten bestimmt wird, kann ermittelt werden wie sich die Daten des einzelnen Fahrers im Vergleich zur Allgemeinheit unterscheiden. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein Fahrer früher oder später bzw. mehr oder weniger im Vergleich zur Allgemeinheit segelt und/oder verzögert. Die Attribute der Verkehrsknoten der digitalen Karte können mit den charakteristischen Daten der ermittelten Verteilungen der Verzögerungs- und Segel-Daten, wie beispielsweise Durchschnittswert, Varianz und Standardabweichung erweitert werden.
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Bei Fahrzeugen, welche eine Rekuperation der Fahrzeugenergie ermöglichen, kann die mögliche Rekuperationsleistung in die Berechnung des optimalen Beginns der Verzögerung berücksichtigt werden. Die energetisch optimale Länge der Rekuperationsphase ergibt sich durch die verfügbare Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine im Fahrzeug. Somit kann letztendlich der Beginn der Segelphase variabel bestimmt werden, falls vor der Bremsphase eine Segelphase erfolgt. Die zusätzlich im Backend gespeicherten Kartenattribute zu Segel- und Verzögerungsphasen werden für die Bestimmung des Beginns der Verzögerung herangezogen. Hierfür ist ein probabilistischer Ansatz geeignet. Für den betreffenden Verkehrsknoten wird mit den im Backend-System gespeicherten Daten die durchschnittliche Länge der Verzögerung bestimmt und damit unter Berücksichtigung der Umgebungsinformationen der Beginn der Verzögerung bestimmt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Backend-System ein Mittelwert über alle Fahrzeuge gebildet von welchen Daten empfangenen werden.
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Im Backend-System können auch alle Fahrer an der entsprechenden Position des Verkehrsknoten in die Berechnungen mit einbezogen werden oder auch nur ein Teil der Fahrer, welche ein ähnliches Fahrverhalten wie der Fahrer aufweisen. Somit ist die Mittelwertbildung dynamisch und wird je nach Bedarf an die Randbedingungen angepasst. D.h. der Fahrertyp eines Fahrers kann sich über die Zeit verändern und die zu vergleichenden Daten und die korrespondierenden Fahrertypen werden situationsgerecht ausgewählt.
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Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem für die Bestimmung des Beginns einer energetisch optimalen Verzögerung beschrieben. Das Fahrzeug mit diesem Fahrerassistenzsystem kann die energetisch optimale Verzögerung auch selbständig einleiten und durchführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, welches folgende Schritte aufweist:
- - Senden von Umfeld- und Fahrzeugdaten an das Backend-System;
- - Empfang von Daten aus dem Backend-System;
- - Verarbeitung der empfangenen Backend Daten;
- - Einleiten der Verzögerung, basierend auf den empfangenen Daten;
- - Einleiten der Segelphase, basierend auf den empfangenen Daten;
- - Einleiten der Bremsphase, basierend auf den empfangenen Daten.
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Das Verfahren dient der Bestimmung und der selbständigen Durchführung einer energetisch optimalen Verzögerung des Fahrzeugs.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es von einem Steuergerät ausgeführt wird, das Steuergerät anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es von einem Steuergerät ausgeführt wird, das Steuergerät anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und Figuren.
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Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleichen oder ähnlichen Elemente.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrerassistenzsystems für ein Fahrzeug zum selbstständigen Einleiten einer Verzögerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Verzögerungsphase in Segel- und Bremsphase aufgeteilt ist.
- 3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4 zeigt ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5 zeigt ein Diagramm, in welchem das Segel- und Bremsverhalten einzelner Nutzer aufgetragen ist.
- 6 zeigt eine schematische Darstellung des Backend-Systems und der darin enthaltenen Datensätze.
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1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem 100 für ein Fahrzeug 400 zur Bestimmung des energetisch optimalen Beginns einer Verzögerung, welche den Umgebungsbedingungen angepasst ist und vom Nutzer akzeptiert wird, unter Berücksichtigung von Daten aus einem Backend-System 200. Das System weist folgende Bestandteile auf: eine Kommunikationseirichtung 140 zur Kommunikation mit dem Backend-System 200, eine Positionierungseinrichtung 150, zur Bestimmung des aktuellen Standortes des Fahrzeuges. Des Weiteren weist das Fahrzeug Navigationsmodul 120 mit entsprechendem Kartenmaterial auf, in welchem auch die Verkehrszeichen, Kreuzungen und Geschwindigkeitslimits gespeichert sind. In der Fahrzeugdatenbank 130 werden lokal Daten für die Bestimmung abgespeichert, unter anderem auch der individuelle Fahrertyp des Fahrzeugnutzers. Die Fahrzeugsensoren 180, 181, wie beispielsweise Kamera, Radar oder Thermometer sind ebenso wie das Gaspedal 160 und das Bremspedal 170 an das Antriebsstrangsteuergerät 110 angeschlossen. Auf dem Antriebsstrangsteuergerät 110 erfolgt die Steuerung des energetisch optimalen Beginns der Verzögerung. Das Antriebsstrangsteuergerät 110 steuert auf Basis der berechneten Daten weiter Fahrzeugkomponenten, wie Verbrennungsmotor 190, Getriebe 191, Batterie 192 und gegeben falls einen Elektromotor 193 und die entsprechende Leistungselektronik 194. Alternativ ist es möglich die entsprechenden Informationen durch das Steuergerät in der Instrumententafel dem Fahrer anzuzeigen, welcher dann die weiteren Schritte ausführt.
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Das Backend-System 200 stellt den weiteren Bestandteil des Fahrerassistenzsystems 100 dar. Das Backend-System 200 beinhaltet eine Kommunikationseinrichtung 240 zur Kommunikation mit den Fahrzeugen 400 und Kartenmaterial 220 zur Georeferenzierung, eine Datenbank 230 und eine Recheneinheit 210.
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Das Fahrerassistenzsystem 100 erhebt durch das Antriebsstrangsteuergerät 110 Daten von den verschiedenen Fahrzeugsensoren 180, 181, dem Gaspedal 160 und dem Bremspedal 170. Die erhaltenen Daten werden zusammen mit der Fahrzeugposition von der Positionierungseinrichtung 150 und den relevanten Karteninformationen 120 über die Kommunikationseinrichtung 140 des Fahrzeuges an die Kommunikationseinrichtung 240 des Backend-Systems 200 drahtlos übertragen. Das Backend-System 200 verarbeitet die empfangenen Daten in der Recheneinheit 210 und vergleicht diese mit gespeicherten Daten in der Datenbank 230. Auf Basis der Karteninformationen 220 des Backend-System 200 und der Fahrzeugdaten werden die relevanten Daten für die Bestimmung des energetisch optimalen Beginns der Verzögerung an das Fahrzeug 400 gesendet. Die von dem Fahrzeug 400 gesendeten Daten werden in der Datenbank 230 des Backend-Systems 200 gespeichert und dienen der fortwährenden Verbesserung des Fahrerassistenzsystems 100.
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Die Kommunikationseinrichtung 140 des Fahrzeugs empfängt die gesendeten Daten des Backend-Systems 200 und leitet diese an das Antriebsstrangsteuergerät 110 weiter. Auf dem Antriebsstrangsteuergerät erfolgt unter Berücksichtigung der Daten aus dem Backend-System 200, des gespeicherten Fahrertyps in der Fahrzeugdatenbank 130 und der eigenen erhobenen Daten die Berechnung des energetisch optimalen Beginns der Verzögerung.
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Die Verzögerung teilt sich in eine Segelphase und in eine Bremsphase auf. Nach vollendeter Verzögerung werden die während der Verzögerung erhoben Daten, insbesondere der Verlauf und die Dauer der einzelnen Phasen und das Eingreifen des Fahrers, an das Backend-System 200 übertragen und die Datenbank des Backend-systems 200 kann den weiteren Datensatz speichern.
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In 2 ist ein Diagramm dargestellt, in welchen die Verzögerungsphase in zwei unterschiedlichen Szenarien erfolgt. Auf der Abszisse erfolgt die Darstellung der Strecke in Metern und auf der Ordinate ist die Geschwindigkeit des Fahrzeuges aufgetragen. Der Endpunkt, in welchen die Geschwindigkeit des Fahrzeuges bei null ist, ist in beiden Szenarien identisch. Basierend auf dem Endpunkt wird in der Erfindung der energetisch optimale Beginn der Verzögerung bestimmt. Die energetisch optimale Verzögerung kann von verschiedenen Parametern abhängen und wird bedarfsgerecht berechnet, somit stellen beide Szenarien einen energetisch optimalen Beginn einer Verzögerung dar, jedoch mit unterschiedlichen Eingangsparametern.
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Die Verzögerung ist jeweils in eine Segelphase und eine Bremsphase aufgeteilt. Die Segelphase ist charakterisiert durch ein abkoppeln des Motors vom Antriebsstrang und somit werden die Verluste reduziert und das Fahrzeug rollt aus. Die Bremsphase ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Geschwindigkeit im Vordergrund steht, dies kann zum einen durch betätigen der Bremseinrichtungen am Fahrzeug erfolgen, d.h. betätigen der Bremse, durch Rekuperation der Fahrzeugenergie durch einen Elektromotor oder durch ankoppeln des Motors und ausnutzen der Motorbremse.
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In Szenario 1 (durchgezogene Linie) wird der Beginn der Verzögerung und somit der Beginn 11 der Segelphase 12 so gelegt, dass diese verhältnismäßig spät einsetzt. Anschließend an die Segelphase erfolgt die Bremsphase 13, die in diesem Beispiel relativ kurz und intensiv ist, um die Geschwindigkeit schnell abzubauen und eine möglichst lange Segelphase 12 zu erhalten. Szenario 1 spiegelt das durchschnittliche Verhalten einer Vielzahl an Fahrzeugen wieder.
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In Szenario 2 (gestrichelte Linie) erfolgt die Bestimmung der Verzögerung auf eine energetisch optimale weise, jedoch beginnt die Verzögerung im Vergleich zu Szenario 1 etwas früher und die Bremsphase wird gegenüber Szenario 1 verlängert. Die Verlängerung der Bremsphase kann sinnvoll sein, wenn das Fahrzeug mit dem Fahrerassistenzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein System zur Rekuperation aufweist und die Energie somit zurückgewonnen werden kann.
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3 zeigt ein Flussdiagram 300 eines Verfahrens für ein Fahrerassistenzsystem zur Bestimmung des energetisch optimalen Beginns einer Verzögerungsphase basierend auf Backend-Daten. Das Fahrzeug sendet in Schritt 301 Umfeld- und Fahrzeugdaten mit Hilfe der Kommunikationseinrichtung an das Backend-System. Das Backend-System wertet diese Daten aus und übermittelt daraufhin in Schritt 302 die entsprechenden Daten an das Fahrzeug, welche zur Bestimmung des energetisch optimalen Beginns der Verzögerung dienen. Das Antriebsstrangsteuergerät berechnet in Schritt 303 basierend auf den erhobenen Fahrzeugdaten und der empfangenen Daten vom Backend-System den energetisch optimalen Beginn der Verzögerung und leitet die Verzögerung in Schritt 304 ein. In Schritt 305 wird die Segelphase eingeleitet und anschließend in Schritt 306 die Bremsphase.
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4 zeigt ein Fahrzeug 400 mit dem Fahrerassistenzsystem 100 zur Bestimmung des energetisch optimalen Beginns der Verzögerungsphase. Die Kommunikationseinrichtung 140 ist im oder am Fahrzeug angebracht, um mit dem Backend-System kommunizieren zu können.
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In dem Diagramm aus 5 ist das Verzögerungsverhalten einzelner Nutzer des Fahrerassistenzsystems dargestellt. Auf der Abszisse ist die Strecke in km aufgetragen und auf der Ordinate die Geschwindigkeit der Fahrzeuge in km/h aufgetragen. Jede einzelne Linie stellt einen anderen Nutzer dar. Die Segelphase ist in dem linken Teil des Diagrammes zu sehen, die Segelphase ist dadurch charakterisiert, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in nur geringem Maße abnimmt. Im rechten Teil des Diagramms zeigt die Bremsphase der einzelnen Fahrzeuge. In der Bremsphase erfolgt der Geschwindigkeitsabbau relativ schnell im Vergleich zur Segelphase.
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6 zeigt das Backend-System, welches die Daten der einzelnen Verkehrsknoten durch die Fahrzeuge erhält. Die erhaltenen Daten werden nach diversen Kriterien Klassifiziert, beispielsweise nach den einzelnen Verkehrsknoten, der Verkehrssituation oder dem Fahrertyp. Das Backend-System kann in der Datenbank die einzelnen Kartenattribute entsprechend der erhaltenen Daten der Fahrzeuge anpassen. Hierdurch wird das Fahrerassistenzsystem im Laufe der Zeit stetig verbessert.
