DE102017203662A1

DE102017203662A1 - Verfahren zum Ermitteln von Umgebungsdaten, die eine vorbestimmte Messgröße in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs beschreiben, sowie Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017203662A1
Application number: DE102017203662.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Nachtigall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: DE102017203662B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Umgebungsdaten (14), die eine vorbestimmte Messgröße einer Umgebung (15) eines Kraftfahrzeugs (10) beschreiben, wobei durch eine Steuervorrichtung (16) des Kraftfahrzeugs (10) in dem Kraftfahrzeug (10) aus einer digitalen Karte (17) der Umgebung (15) in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeugposition (19) des Kraftfahrzeugs (10) ein Kartenausschnitt (18) festgelegt wird und der Kartenausschnitt (18) in Kartensegmente (20) eingeteilt wird und zu jedem Kartensegment (20) aus einer fahrzeugexternen Servervorrichtung (12) mittels einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs (10) die Umgebungsdaten (14) empfangen werden. Die Erfindung sieht vor, dass eine Größe jedes Kartensegments (20) jeweils als Funktion von zumindest einer Eigenschaft eines von dem Kartensegment (20) abgedeckten Teilgebiets der Umgebung (15) und/oder einer geplanten oder prädizierten Fahrtroute (22) des Kraftfahrzeugs (10) festgelegt wird und die Umgebungsdaten (14) des Kartensegments (20) jeweils einen für das ganze Teilgebiet repräsentativen Gebietswert (23) der Messgröße angeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Umgebungsdaten, die eine vorbestimmte Messgröße, zum Beispiel eine Temperatur oder eine Niederschlagsmenge, in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs beschreiben. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug.
Ein Kraftfahrzeug mit einer Online-Anbindung zu einer zentralen Servervorrichtung des Internets kann mittels eigener Messensorik oder durch empfangen einer Benutzereingabe eine Messgröße, wie zum Beispiel den aktuellen Niederschlag, an die Servervorrichtung kommunizieren und andersherum auch entsprechende Umgebungsdaten aus der Servervorrichtung empfangen. Die Umgebungsdaten können durch andere Kraftfahrzeuge erfasst worden sein und beispielsweise den Mittelwert aus mehreren Messwerten darstellen. Solche georeferenzierte und zeitreferenzierten Umgebungsdaten können somit von mehreren Kraftfahrzeugen erhoben werden und einem einzelnen Kraftfahrzeug, das Bedarf an den Umgebungsdaten hat, bereitgestellt werden.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE 101 62 335 A1 bekannt. Um die Umgebungsdaten einem geographischen Ort der Umgebung des Kraftfahrzeugs zuzuordnen, ist bei dem bekannten Verfahren eine digitale Karte mittels eines wabenförmigen Musters in gleichgroße Waben eingeteilt. Möchte ein Kraftfahrzeug zu jeder der Waben eine Angabe zu einer Messgröße, zum Beispiel dem Niederschlag, beziehen, so ist das Übertragen von Umgebungsdaten für jede einzelne Wabe nötig.
Auch die US 2012/0310536 A1 sieht vor, Umgebungsdaten zu einzelnen Kartensegmenten bereitzustellen. Jedes der Kartensegmente stellt ein Quadrat in der digitalen Karte dar, wobei alle Quadrate gleich sein müssen. Um in einem Kraftfahrzeug für einen vollständigen Kartenausschnitt Umgebungsdaten bereitzustellen, müssen für jedes Kartensegment die jeweiligen Umgebungsdaten übertragen werden. Die kann die verfügbare Datenrate überfordern.
Aus der US 2016/0091321 A1 ist ein Verfahren bekannt, um ein digitales Bild eines Kartenausschnitts in einem Server zu erzeugen und über Radio-Funk an mehrere Kraftfahrzeuge auszusenden. Mittels einer Zoom-Funktion kann der Kartenausschnitt unterschiedlich groß gewählt werden. Die erzeugten Bilder zeigen jeweils eine Straßenkarte, in welcher zum Beispiel Wetterbedingungen oder Verkehrsbedingungen kartographiert sind. Ein großer Kartenausschnitt resultiert in entsprechend großen Bildern.
Um für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen Umgebungsdaten zu unterschiedlichen geographischen Orten bereitzustellen, ist im Stand der Technik also eine entsprechend große Übertragungsbandbreite oder Übertragungsdatenrate nötig, um die Umgebungsdaten zu einer Vielzahl von Kartensegmenten, also einzelnen Teilgebieten, auszusenden oder zu übermitteln. Insbesondere bei Umgebungsdaten mit zeitlicher Abhängigkeit oder Volatilität, wie zum Beispiel Wetterdaten, ist eine Übertragung und Aktualisierung aller verfügbaren Umgebungsdaten an ein Kraftfahrzeug oft nicht in Echtzeit möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug Umgebungsdaten bereitzustellen, die eine vorbestimmte Messgröße einer Umgebung des Kraftfahrzeugs beschreiben.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die die Figuren beschrieben.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, mittels welchem ein Kraftfahrzeug die benötigten Umgebungsdaten ermitteln kann. Die Umgebungsdaten beschreiben eine vorbestimmte Messgröße einer Umgebung des Kraftfahrzeugs. Es kann sich bei der Messgröße zum Beispiel um eine Temperatur oder eine Niederschlagsmenge handeln. Durch eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs wird in dem Kraftfahrzeug aus einer digitalen Karte der Umgebung in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeugposition des Kraftfahrzeugs ein Kartenausschnitt festgelegt. Zu diesem Kartenausschnitt sollen die Umgebungsdaten ermittelt werden. Durch die Umgebungsdaten kann die Messgröße ortsbezogen und/oder zeitbezogen aufgelöst dargestellt oder kartographiert sein. Der Kartenausschnitt wird in Kartensegmente eingeteilt. Dies entspricht der Einteilung in ein Wabenmuster oder Quadrate, wie es eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde. Die Erfindung sieht hier aber eine andere, vorteilsbringende Einteilung vor, wie weiter unter beschrieben wird. Zu jedem Kartensegment können dann aus einer fahrzeugexternen Steuervorrichtung mittels einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs die Umgebungsdaten empfangen werden. Eine geeignete Kommunikationseinrichtung ist zum Beispiel ein Mobilfunkmodul (GSM, UMTS, LTE) und/oder eine WLAN-Funkmodul (WLAN - Wireless Local Area Network).
Wie eingangs beschrieben, resultiert eine große Anzahl an Kartensegmenten in einer entsprechend großen Datenmenge der Umgebungsdaten, da zu jedem Kartensegment zugehörige Umgebungsdaten benötigt werden. Andersherum bedeuten wenige Kartensegmente eine entsprechend geringe Ortsauflösung in Bezug auf die Messgröße. Um diesen Konflikt zu lösen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die besagte Einteilung des Kartenausschnitts in Kartensegmente angepasst wird. Erfindungsgemäßen wird die Größe oder werden Abmessungen jedes Kartensegments jeweils als Funktion von zumindest einer Eigenschaft eines von dem jeweiligen Kartensegment abgedeckten Teilgebiet der Umgebung und/oder als Funktion einer geplanten oder prädizierten Fahrtroute des Kraftfahrzeugs festgelegt. Ein Kartensegment kann also beispielsweise ein Quadrat oder ein Rechteck sein. Die Kantenlängen oder allgemein die Fläche oder Größe der Kartensegmente ist dabei nicht zwingend gleich, sondern die Abmessungen werden durch die Steuervorrichtung festgelegt oder eingestellt. Die Umgebungsdaten jedes Kartensegments geben dann jeweils einen repräsentativen Gebietswert der Messgröße an, der für das gesamte Teilgebiet, welches durch das Kartensegment abgedeckt ist, gilt. Ein solcher Gebietswert kann zum Beispiel ein Mittelwert sein. Der Mittelwert kann aus Messwerten gebildet sein, die innerhalb des zugehörigen Teilgebiet und über dieses verteilt erfasst worden sind. Somit wird also für jedes Kartensegment nur ein einzelner Gebietswert benötigt. In Abhängigkeit von der Größe oder den Abmessungen des Kartensegments beschreibt dieser einzelne Gebietswert dann die Gesamtfläche des Teilgebiets.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch Festlegen der Abmessungen oder der Größe der Kartensegmente die Umgebungsdaten mit zeitlicher und geographischer Abhängigkeit ressourceneffizient zwischen der Servervorrichtung und dem Kraftfahrzeug synchronisiert werden können. Zu einem Gebiet oder Bereich der Umgebung, zu welchem das Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Ortsauflösung benötigt, können durch Festlegen einer entsprechenden Anzahl an Kartensegmenten mehrere Gebietswerte angefordert werden, während ein Gebiet oder Bereich, zu welchem in dem Kraftfahrzeug lediglich eine Übersicht nötig ist, durch ein einzelnes Kartensegment abgedeckt werden kann und somit durch einen einzelnen Gebietswert beschrieben wird.
Der Kartenausschnitt, in welchem die Kartensegmente festgelegt werden, kann mit der Fahrzeugbewegung verschoben oder angepasst werden. Der Kartenausschnitt kann dabei aus dem gesamten durch die Karte beschriebenen Gebiet mittels einer vorbestimmten Auswahlmethode festgelegt werden. Zum Beispiel kann ein um das Kraftfahrzeug zentrierter Kartenausschnitt oder ein in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegender Kartenausschnitt ausgewählt werden. Eine Gesamtfläche der Umgebung, die durch den Kartenausschnitt abgedeckt oder geschrieben ist, kann in einem Bereich von 10 km² bis 200 km² liegen. Ein einzelnes Kartensegment kann ein Teilgebiet beschreiben, dessen Fläche in einem Bereich von 1 m² bis 10 km² liegen kann. Die Abmessungen des Kartensegments können dabei in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Bedarf einer vorausschauenden Fahrzeugfunktion festgelegt werden, die zu der zumindest einen Eigenschaft des jeweiligen Teilgebiets einen Gebietswert benötigt. Eine solche vorausschauende Fahrzeugfunktion kann beispielsweise eine Klimatisierung des Kraftfahrzeugs und/oder eine elektronische Stabilitätskontrolle (ESC - Electronic Stability Control) sein. Nachdem der Kartenausschnitt in Kartensegmente eingeteilt ist, kann das Kraftfahrzeug zu jedem Kartensegment die Umgebungsdaten anfordern. Hierzu kann das Kraftfahrzeug zum Beispiel Koordinaten und die Abmessungen jedes Kartensegments an die Servervorrichtung übermitteln oder mitteilen. Die Servervorrichtung kann dann zu jedem Kartensegment mittels einer serverseitigen digitalen Karte den jeweiligen Mittelwert oder allgemein den jeweiligen Gebietswert berechnen. Hierzu kann die Karte der Servervorrichtung für die Messgröße eine vorbestimmte maximale Ortsauflösung aufweisen, die zumindest einer vorgegebenen kleinsten Größe oder Mindestgröße für die Kartensegmente entspricht. Dann kann für zwei Kartensegmente, welche die Mindestgröße aufweisen und aneinander angrenzend, immer noch jeweils ein individueller, unterschiedlicher Gebietswert bereitgestellt werden. Die in der (hochauflösenden oder maximal auflösenden) digitalen Karte der Servervorrichtung gespeicherten Werte sind im Folgenden jeweils als Kartenwert bezeichnet. Es kann sich hierbei um einen einzelnen Messwerte oder um einen aggregierten Messwert, der aus mehreren Messwerten gebildet ist, handeln.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Bevorzugt wird jedes Kartensegment jeweils als ein Blatt eines Bereichsquaternärbaums ausgestaltet, als Quaternärbaum für eine Fläche oder einen Bereich. Hierzu können zum Beispiel in der Umgebung mehrere Orte, für welche jeweils ein Wert der Messgröße benötigt wird, festgelegt werden. Mittels eines Bereichsquaternärbaums können dann die Orte auf unterschiedliche Blätter aufgeteilt werden. Jeder Ort befindet sich dann in einem eigenen Kartensegment, zu dem dann der jeweilige Gebietswert ermittelt wird. Es kann vorgesehen sein, dass für ein Kartensegment eine Mindestgröße vorgegeben wird, sodass eine Methode zum Bilden des Bereichsquaternärbaums abbricht, falls Blätter ermittelt werden, die die Mindestgröße unterschreiten. Dann kann es sein, dass auch zwei oder mehr der besagten Orte in einem Kartensegment zusammengefasst sind. Mittels eines Bereichsquaternärbaums lässt sich ein Kartenausschnitt automatisiert in Kartensegmente einteilen, deren Abmessungen die örtliche Verteilung oder die Ortsfunktion der zumindest einen Eigenschaft der Umgebung und/oder einen Ortsverlauf der geplanten oder prädizierten Fahrtroute nachbildet. Beispielsweise kann also im Bereich von Straßen eine hohe Ortsauflösung und im Bereich von straßenfreien Gebieten, wie zum Beispiel Wäldern, eine geringe Ortsauflösung automatisiert eingestellt werden.
Bei der zumindest einen Eigenschaft kann es sich um zumindest eine der folgenden handeln. So kann eine Abmessung eines Kartensegments in Abhängigkeit von einer Distanz des Teilgebiets zum Kraftfahrzeug festgelegt werden. So kann ein Kartensegment, dessen zugehöriges Teilgebiet eine größere Distanz zu dem Kraftfahrzeug aufweist als ein Teilgebiet eines zweiten Kartensegments, größer sein als des zweiten Kartensegments. Die Größe der Kartensegmente kann jeweils auch in Abhängigkeit von einem in dem Teilgebiet vorhandenen Straßennetz festgelegt sein. So kann für ein Offroad-Gebiet, in welchem sich keine befestigte Straße befindet, eine Einteilung in zumindest ein Kartensegment vorgesehen sein, das größer ist, als Kartensegmente, durch welche ein Verlauf einer Straße beschrieben ist. Die Größe der Kartensegmente kann jeweils auch in Abhängigkeit von einem Straßentyp einer in dem jeweiligen Teilgebiet vorhandenen Straße festgelegt sein. So kann beispielsweise eine Autobahn oder Schnellstraße durch Kartensegmente mit kleinerer Größe abgedeckt sein als eine Landstraße und/oder ein Feldweg. Die Größe der Kartensegmente kann jeweils auch in Abhängigkeit von einer in dem Teilgebiet vorhandenen Bebauungsdichte festgelegt sein. So kann für eine Stadt oder ein Stadtgebiet eine geringere Größe vorgesehen sein als für eine ländliche Gegend, außerhalb des Stadtgebiets. Die Größe der Kartensegmente kann jeweils auch in Abhängigkeit von einer vorgeschriebenen und/oder prädizierten Fahrgeschwindigkeit festgelegt sein. Eine prädizierte Fahrgeschwindigkeit kann zum Beispiel aus Verkehrsflussdaten in an sich bekannter Weise ermittelt sein. So kann vorgesehen sein, dass die Größe des Segments kleiner eingestellt oder gewählt wird, wenn der Wert der Fahrgeschwindigkeit ansteigt. Die Größe der Kartensegmente kann jeweils auch in Abhängigkeit von zumindest einem in dem jeweiligen Teilgebiet liegenden fahrtrelevanter Ort eingestellt werden. So kann für Gefahrenbereiche oder Abschnitte, die eine vorgegebene Mindestwahrscheinlichkeit für Aquaplaning aufweisen, ein kleineres Kartensegment vorgesehen sein (größere Ortsauflösung) als für Bereiche oder Abschnitte, in welchen keine Unfall statistisch relevanten Daten vorliegen. Ein besonders berücksichtigter der Gefahrenbereich ist eine Brücke, auf welcher eine Gefahr durch Seitenwind vorliegen kann.
Das Kraftfahrzeug wird bevorzugt auch dazu genutzt, die beschriebene digitale Karte der Servervorrichtung zu aktualisieren. Hierzu wird bevorzugt durch die Steuervorrichtung detektiert oder geprüft oder erkannt, dass der in den Umgebungsdaten der Steuervorrichtung enthaltene Gebietswert von einem in dem Kraftfahrzeug selbst mittels einer Fahrzeugsensorik gemessene Messwert um mehr als ein vorbestimmter Toleranzwert abweicht. Es kann hierzu eine Differenz oder ein Quotient von Messwert und Gebietswert berechnet werden. Im Falle der Abweichung um mehr als den Toleranzwert wird der Messwert an die Servervorrichtung ausgesendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass an die Servervorrichtung nur dann ein Messwert aus dem Kraftfahrzeug übertragen oder übermittelt wird, falls ein Bedarf für eine Aktualisierung der Umgebungsdaten in der Servervorrichtung vorliegt.
Die Abweichung kann aber auch aufgrund einer Ungenauigkeit des Sensortyps der Fahrzeugsensorik verursacht werden. In diesem Fall sollte die Servervorrichtung ihre Umgebungsdaten beibehalten. Deshalb wird der Messwert bevorzugt zusammen mit Beschreibungsdaten, welche einen Sensortyp der Fahrzeugsensorik angeben, ausgesendet. Durch die Servervorrichtung kann dann entschieden werden, ob der Messwert verwendet werden soll, um die Umgebungsdaten anzupassen. Der Sensortyp kann zum Beispiel ein Modell der Fahrzeugsensorik und/oder eine Baureihe und/oder eine Seriennummer und/oder ein Messverfahren und/oder ein alter der Fahrzeugsensorik angeben. Die Servervorrichtung kann anhand des Sensortyps dann beispielsweise einen Konfidenzwert des Messwerts anhand einer vorgegebenen Zuordnungsvorschrift ermitteln, welche dem Sensortyp einen Messwert zuordnet. Auch für den jeweiligen Kartenwert, der in der Karte der Servervorrichtung die Messgröße für die aktuelle Fahrzeugposition beschreibt, kann ein solcher Konfidenzwert festgelegt sein. Durch Vergleichen der Konfidenzwert kann die Steuervorrichtung entscheiden, ob der Kartenwert in der (hochauflösenden) Karte der Servervorrichtung mittels des Messwerts angepasst wird.
Es ist aber auch möglich, dass das Kraftfahrzeug seine Fahrzeugsensorik selbst kalibriert. Hierzu kann für ein Teilgebiet, in welchem sich eine Wetterstation befindet, ein Kartensegment festgelegt werden, dass bevorzugt die vorgegebene Mindestgröße aufweist, also die größtmögliche Ortsauflösung. Zu dem Kartensegment empfängt das Kraftfahrzeug Umgebungsdaten mit einem durch die Wetterstation erzeugten Gebietswert aus der Servervorrichtung. Der Gebietswert stellt einen Referenzwert dar, da er durch eine Wetterstation gebildet ist. Das Kraftfahrzeug kann einen eigenen Messwert ermitteln, d.h. mittels der besagten Fahrzeugsensorik, und anhand eines Unterschieds des Messwerts zu dem Gebietswert der Wetterstation die Fahrzeugsensorik kalibrieren.
Der Kartenausschnitt kann auch die Umgebung außerhalb des Erfassungsbereichs der Fahrzeugsensorik des Kraftfahrzeugs beschreiben. Hier ist dann kein Abgleich eines Messwerts des Kraftfahrzeugs mit dem Gebietswert des jeweiligen Kartensegments möglich. Hier kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug aktuelle Umgebungsdaten empfängt, zum Beispiel als sogenannte Push-Nachrichten, sodass auch für diese Kartensegmente Gebietswerte in dem Kraftfahrzeug vorhanden sind. Dies kann zu vorbestimmten Übertragungszeitpunkten erfolgen oder vorteilhafter nur dann, falls sich eine Veränderung der Umgebungsdaten ergeben hat, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für eine Vielzahl unterschiedliche Messgrößen verwendet werden. Die Messgröße kann eine Bodentemperatur oder eine Lufttemperatur oder eine Niederschlagsmenge oder eine Sichtweite oder eine Luftqualitätsangabe (zum Beispiel Feinstaubgehalt) oder eine Helligkeit oder eine Verkehrsflussdichte oder eine durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit sein. Dies ist nur eine beispielhafte Aufzählung. Allgemein können zeitrefererenzierte und georeferenzierte Umgebungsdaten vorgesehen sein, also Umweltdaten (Wetterdaten, Temperatur) oder die Umgebung beschreibende Umfelddaten, die beispielsweise die Positionen von Straßenschildern angeben.
Wie bereits ausgeführt, kann in den Umgebungsdaten zu dem jeweiligen Gebietswert eines jeweiligen Teilgebiets auch ein Konfidenzwert enthalten sein, der durch die Steuervorrichtung ebenfalls empfangen wird. Durch die Steuervorrichtung kann zumindest eine Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem Gebietswert und dem Konfidenzwert gesteuert werden. Ein Konfidenzwert kann zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Anzahl und/oder einer statistischen Varianz der dem Gebietswert zu Grunde liegenden Messwerte gebildet sein. Ein Konfidenzwert kann zusätzlich oder alternativ dazu ein Alter der Messwerte und/oder des Gebietswerts angeben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Konfidenzwert in Abhängigkeit von einem jeweiligen Sensortyp der für die Messwerte verwendeten Sensoren gebildet sein.
Bisher wurde das Verfahren nur im Zusammenhang mit einer einzelnen Messgröße beschrieben. Es können aber auch für unterschiedliche Messgrößen jeweils Umgebungsdaten ermittelt werden. Hierbei können die Messgrößen unabhängig voneinander betrachtet werden, d.h. der Kartenausschnitt kann für jede Messgröße in andere Kartensegmente eingeteilt werden. Somit ist also die Einteilung des Kartenausschnitts in Kartensegmente messgrößenspezifisch. Es können also beispielsweise unterschiedliche Bereichsquaternärbäume, jeweils einer für eine Messgröße, vorgesehen sein.
Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, ist eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, die eine Prozessoreinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen Mikroprozessor aufweisen. Die Prozessoreinrichtung kann einen Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit einer fahrzeugexternen Servervorrichtung und mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Die Kommunikationseinrichtung kann das beschriebene Mobilfunkmodul und/oder WLAN-Funkmodul umfassen. Die Servervorrichtung kann zum Beispiel ein Computer oder ein Computerverbund sein, der als Server am Internet betrieben wird.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie eine Servervorrichtung; und
2 eine schematische Darstellung eines Kartenausschnitts, der mittels eines Bereichsquaternärbaums in Kartensegmente eingeteilt ist.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen 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 sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einem Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann über eine Funkverbindung 11 mit einer Servervorrichtung 12 des Internets 13 gekoppelt sein. Eine andere hier verwendete Bezeichnung für die Servervorrichtung 12 ist auch Backend. Aus der Servervorrichtung 12 kann das Kraftfahrzeug 10 Umgebungsdaten 14 empfangen, die für eine Umgebung 15 des Kraftfahrzeugs eine vorbestimmte Messgröße, zum Beispiel eine Straßentemperatur/Bodentemperatur oder Lufttemperatur oder Niederschlagsmenge, beschreiben. Die Umgebungsdaten 14 enthalten dabei keine gleichmäßig ortsaufgelöste Kartographierung der Messgröße. Stattdessen ist die Ortsauflösung, mit welcher die Umgebungsdaten 14 die Messgröße beschreiben, individuell für das Kraftfahrzeug 10 angepasst. Dies kann durch das Fahrzeug 10 festgelegt werden, dass hierzu eine Steuervorrichtung 16 aufweisen kann. Die Steuervorrichtung 16 kann als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs 10 ausgestaltet sein.
2 veranschaulicht beispielhaft, wie die Steuervorrichtung 16 aus einer Karte 17 der Umgebung 15 einen Kartenausschnitt 18 auswählen kann, der beispielsweise eine vorbestimmte Gebietsfläche, zum Beispiel 50 km², abdecken kann und zum Beispiel zentrisch um eine aktuelle Fahrzeugposition 19 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein kann. Der Kartenausschnitt 18 kann in Kartensegmente 20 eingeteilt sein, von denen der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Jeweilige Abmessungen oder eine jeweilige Größe jedes Kartensegments 20 kann durch die Steuervorrichtung 16 festgelegt sein. Hierbei kann beispielsweise eine aktuelle Fahrtrichtung 21 und/oder eine geplante oder prädizierte Fahrtroute 22 und/oder ein Straßentyp einer Straße ST, auf welcher das Kraftfahrzeug 10 fährt, und/oder ein Abstand 24 eines Teilgebiets 25 von der Straße ST und/oder der Fahrtroute 22 und/oder dem Kraftfahrzeug 10 zugrundegelegt sein. Die Umgebungsdaten 14 können zu jedem Kartensegment 20 einen Gebietswert 26 zu der Messgröße angeben. Die Gebietswerte 26 sind in 2 jeweils durch einen Punkt in dem zugehörigen Kartensegment 20 repräsentiert. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige Werte mit einem Bezugszeichen versehen. Das einteilen des Kartenausschnitts 18 in die Kartensegmente 20 kann mittels einer Methode zum Bilden eines Bereichsquaternärbaums durchgeführt worden sein.
Eine Fahrtroute kann zum Beispiel auf der Grundlage von historischen Fahrdaten des Kraftfahrzeugs 10 und/oder eines Fahrers des Kraftfahrzeugs 10 geschätzt werden.
In 1 ist dargestellt, wie die Steuervorrichtung 16 für unterschiedliche Messgrößen 26 jeweils einen Bereichsquaternärbaum oder kurz Quaternärbaum 27 bilden oder verwalten kann. Hierdurch ergibt sich beispielsweise ein Wettermodell 28, für welches als mit Messgrößen beispielhaft Druck, Temperatur, Feinstaub, Feuchte, Niederschlagsmenge, Niederschlagstyp (Regen, Schnee), Lichtmenge, Windgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Mittels des Wettermodells 28 können Steuerfunktionen 29 für Fahrzeugkomponenten 30 gesteuert werden. Beispiele für Steuerfunktionen 29 sind eine Routenführung, eine Gefahreninformation, eine Parkempfehlung, eine Verdecksteuerung eines Cabrios und Fenstersteuerung. Beispiele für Fahrzeugkomponenten sind ein Kombiinstrument, eine elektronische Stabilitätskontrolle, ein Navigationsgerät, ein Autopilot.
Die Fahrzeugposition 19 kann mittels eines Empfängers 31 für ein Positionssignal eines GNSS (Global Navigation Satellite System), zum Beispiel des GPS (Global Positioning System) ermittelt werden.
Die Umgebungsdaten 14 können durch eine Online-Synchronisierung 32 immer dann angefordert werden, wenn zu der aktuellen Fahrzeugposition 19 die Kartensegmente 20 aktualisiert wurden, also deren Größe und/oder Einteilung. Das Fahrzeug kann mittels einer eigenen Fahrzeugsensorik 32 jeweils einen aktuellen Messwert 33 mittels Sensoren 34 oder einem Sensor 34 ermitteln. Eine Messwertfusion und/oder Messwertplausibilisierung 35 kann dann zu dem Kartensegment 20, in welchem sich das Kraftfahrzeug 10 momentan befindet ermitteln, ob die Messwerte 33 um einen vorbestimmten Toleranzwert 36 von dem jeweiligen Gebietswert 23 abweichen. Ist dies der Fall, so kann der Messwert über die Funkverbindung 11 an die Servervorrichtung 12 übertragen werden, damit die Servervorrichtung 12 eine servereigene Karte 37 aktualisieren kann. In der Karte 37 kann die Servervorrichtung 12 Messwerte 33 einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen aggregieren.
Die beschriebenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 können über ein Datennetzwerk NET miteinander gekoppelt sein. Das Datennetzwerk NET kann zum Beispiel ein Internet und/oder einen Datenbus, zum Beispiel einen CAN-Bus (CAN - Controller Area Network) umfassen.
Fordert die Online-Synchronisation 32 zu einem Kartensegment 20 einen Gebietswert 23 an, so können an die Servervorrichtung 12 die Koordinaten 38 und die Abmessungen des Kartensegments 20 mitgeteilt werden. Eine Wettermodellierung 39 kann dann anhand der Karte 27 zu dem angeforderten Kartensegment 20 aus einer Vielzahl von Kartenwerten 40 den Gebietswert 23 beispielsweise als Mittelwert der Kartenwerte 40 bilden. Der Gebietswert 40 kann dann als Bestandteil der Umgebungsdaten 14 an das Kraftfahrzeug 10 ausgesendet werden.
Im Folgenden ist noch einmal die Funktionsweise des Systems aus Kraftfahrzeug 10 und Servervorrichtung 12 anhand von weiteren Beispielen beschrieben.
Fahrzeuge mit Anbindung an ein Online-Backend sind bereits heute in der Lage, durch Sensorik oder Nutzerinteraktion erfasste Großen an das Backend zu kommunizieren bzw. Grüßen aus dem Backend zu empfangen, die durch andere Fahrzeuge erfasst wurden. Auf dieser Basis werden Komfort- und Sicherheitsfunktionen gespeist und gesteuert. Erhobene, georeferenzierte Umwelt- und Umfelddaten (z.B. Straßenschilder, Luftqualität, Verkehrsfluss, etc.) werden dabei von allen teilnehmenden Fahrzeugen gleichermaßen erhoben. Dies ist insbesondere zur Plausibilisierung der Daten wichtig, um Fehldetektionen zu erkennen. Auch werden auf diese Art Erfassungsunterschiede in der verbauten Sensorik ausgeglichen, die durch unterschiedliche Ausstattungsmerkmale, Fahrzeugsegmente oder auch unterschiedliche Hersteller (Fahrzeuge wie Sensorik) entstehen. Für ereignisbasierte Daten oder Informationen (z.B. Straßenschilder) ist eine fortwährende, globale Erfassung sinnvoll. Für Daten mit starker zeitlicher Abhängigkeit und Variabilität wie Wetterdaten ist eine kontinuierliche, globale Erfassung durch die Flotte äußerst ineffizient und belastet die Bandbreite der Mobilfunkanbindung unnötiger Weise. Die Folge sind hohe Kosten ohne einen im Verhältnis wesentlichen Informationsgewinn aus den erhobenen Daten. Ein weiterer Nachteil liegt in der Nachverarbeitung der Daten. Um in der Lage zu sein, Prognosen auf Basis der Wetterdaten in Echtzeit zu erstellen, müssen die Daten zentral in entsprechende Modelle eingespeist werden. Um Echtzeitfähigkeit bei hinreichendem Informationsgehalt der Daten und verhältnismäßigem Ressourcenaufwand zu gewährleisten können diese Daten nicht global und unvoreingenommen erhoben werden.
Bei dem Kraftfahrzeug 10 und der Servervorrichtung oder dem Backend 12 wird ein System und ein Verfahren verwendet, mit welchem sich Umgebungsdaten mit zeitlicher und geographischer Abhängigkeit ressourceneffizient erheben, Verarbeiten und in teilnehmende Fahrzeuge zurücksynchronisieren lassen. Hierzu wird auf mehreren Stufen eine Vorverarbeitung im Fahrzeug und im Backend getroffen, bevor die Informationen in Funktionen oder Algorithmen im Backen eingespeist werden.
Funktionsweise:

- Zum Start erhält ein Fahrzeug einen zentrierten Kartenausschnitt seines weiteren Umfeldes (z.B. 50km²) aus dem Backend. Die Aktualisierung erfolgt nur, sofern der Kartenausschnitt nicht älter als ein zuvor definierter Ablaufzeitpunkt ist („Region“). Auf Basis des Kartenausschnittes „Region“ werden vorausschauende Komfort- und Sicherheitsfunktionen implementiert oder gesteuert. Der Kartenausschnitt bewegen sich mit dem bewegten Fahrzeug; Neue Quadranten oder Kartensegmente am Horizont werden durch das Backend bereitgestellt, alte Quadranten hinter dem Fahrzeug werden gelöscht.

Der Kartenausschnitt ist segmentiert in Kartensegmente oder Quadranten (z.B. für eine sogenanntes „Quadrantenwetter“); Ein Kartensegment kann mit Daten aus der Fahrzeugsensorik verglichen werden. Wird ein Schwellwert überschritten, kommuniziert das Fahrzeug den neuen Messwert für den gegebenen Quadranten an das Backend. Der Schwellwert ist abhängig von der verbauten Sensorik und dessen (bekannten) Messfehler.
Allgemein ist vorgesehen, dass die Quadranten kleiner eingestellt werden, je näher das Fahrzeug diesen ist, während Quadranten in der Ferne gröber aufgelöst werden. Zu diesem Zwecke wird eine solcher Kartenausschnitt als Quaternärbaum dargestellt. Eine Segmentierung oder Einteilung erfolgt gewichtet anhand der folgenden Parameter:

- Radiale Distanz zum Fahrzeug
- On-Road, Off-Road zur Bewertung der Relevanz von Wetterinformationen in diesem Bereich und zur Berücksichtigung ob der Bereich durch das Auto überhaupt erreicht werden kann.
- Klassifizierung und Unterscheidung zwischen urbaner und ländlicher Gegend I Unterscheidung des Straßentyps (Landstraße, Bundesautobahn, Feldweg, um nur Beispiele zu nennen) und/oder der Anzahl der Spuren.
- Geschwindigkeitsbegrenzung / Erwartete Durchschnittsgeschwindigkeit
- Points-of-Interest (POI): Gefahrenbereiche z.B. Brückenabschnitte (die Gefahr durch hohe Windgeschwindigkeiten darstellen) oder Abschnitte die hohe Wahrscheinlichkeit für Aquaplaning bergen.
- durch einen Wetterdienst betriebene Wetterstationen entlang der Verkehrswege (u.a. zur Selbstkalibrierung der Fahrzeuge)
- Messgrößen-spezifisch: Unterschiedliche Größen (Temperatur, Regen, Luftfeuchte, um nur Beispiele zu nennen) können je nach Relevanz unterschiedlich aufgelöst werden. Je nach Anwendungsfall ist beispielsweise die Information der heranziehenden Regenfront deutlich gewichtiger als eine Temperaturänderung.

Entferne Quadranten außerhalb des Erfassungsbereiches des Fahrzeuges werden durch das Backend mittels Push-Nachrichten bei Abweichung in die Fahrzeuge in der entsprechenden Region synchronisiert. Je nach Messgröße liegt hierbei der Schwellwert höher als für das Übermitteln von Messwerten vom Fahrzeug an das Backend. Hintergrund: Bestimmte zentrale Karten erfordern eine deutlich höhere Genauigkeit als es bestimmte Fahrzeugfunktionen im Fahrzeug benötigen. Jeder Quadrant ist mit einem Zeitstempel und einem Confidence-Level (Konfidenzwert) versehen. Dieser spiegelt die Zuverlässigkeit der assoziierten Daten wieder. Der Confidence-Level kann bestimmt durch den Fehler der verbauten Sensorik und der Anzahl von Fahrzeugen, die einem Quadranten beigetragen haben. Zu jedem Quadranten melden mindestens zwei maximal fünf Fahrzeuge (allgemein ein vorbestimmtes Zahlenintervall) in einem definierten Zeitfenster eine Messung (ein oder mehrere Messwerte) an das Backend. Zu jedem Fahrzeug ist die verbaute Sensorik und der durchschnittliche Fehler im Backend bekannt. Auf dieser Grundlage und auf Grundlage der Messungen unterschiedlicher Fahrzeuge (und unterschiedlicher Sensorik) werden die Messergebnisse im Backend gewichtet und gemittelt. Die aggregierten Werte werden der Algorithmik oder externen Nutzern an den Schnittstellen des Backends zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.
Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht auf effiziente Weise ein größtmögliches Maß an Wetterinformation unter minimal Belastung der Bandbreite aus der Sensorik der Fahrzeugflotte zu gewinnen. Dies reduziert einerseits Kosten an der Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Backend, aber auch in der Infrastruktur hinter dem Backend durch die Verringerung der Rechenlast.
Ergänzend sind folgende Vorteile zu nennen:

- Keine statische Kartographie sondern dynamische Skalierung der zeitlichen und geographischen Auflösung unter Berücksichtigung von geolokalen Gegebenheiten differenziert nach meteorologischem Messgröße:
1. 1. Verkehrswegetyp: Verkehrsaufkommen, Durchschnittsgeschwindigkeit, wirtschaftliche Bedeutung bei Landstraße, Autobahnen, Stadtstraßen und Feldwegen unterschiedlich aber maßgeblich für gewählte Auflösung der Wetterinformationen.
2. 2. Skalierung der Auflösung nach Zeit und Distanz zum eigenen Fahrzeug. ]e entfernter ein Punkt auf der Route oder auf dem Radius im Umfeld des Fahrzeuges desto gröber kann dieser Aufgelöst werden da sich die Wetterlage bis zur Ankunft immer wieder ändern wird.
3. 3. Gleichzeitig wird nach Datum unterschieden, beispielsweise ob für die Straßentemperatur eine anderen zeitliche und geographische Auflösung notwendig ist als beispielsweise für Niederschlag der sich wesentlich schneller und abrupter in Zeit und Ort ändern kann.
4. 4. Berücksichtigt werden ebenfalls prädiktive Streckendaten. Fein aufgelöst wird entweder die aktive Route vor dem Fahrzeug, grob aufgelöst werden Bereiche, die das Fahrzeug nicht erreicht oder dessen Einflussbereich das Fahrzeug auf Grund seiner Position und Geschwindigkeit nicht erfasst Differenzierung nach Upload und Download. Upload aller Informationen zum Zwecke der Weiterverarbeitung sinnvoll. Download jedoch nur von Wetterinformationen, die wesentlich für die aktive Routenführung sind. Besondere Bedeutung bekommen einzelne POIs, die eine Messung bei Vorbeifahrt immer auslösen: z.B. Gefahrenstellen wie Brücken bzgl. Wind und Straßentemperatur aber auch Wetterstationen entlang der Verkehrswege um die on-Board-Sensorik zu überprüfen bzw. zu eichen um eine einwandfreie Funktionsweise zu garantieren.

All dies führt letztlich zu einer stark gesteigerten Bandbreiten- und Speicherplatzeffizienz. Ziel der Kartographie sind Wetterprognosen um bereits im Vorfeld auf den Ist-Zustand an einem Punk oder Ort zu schließen. Ebenfalls wird eine vollständige Wetterkarte in der Umgebung des Fahrzeuges erhoben, sodass Fahrzeugfunktionen auch unabhängig von einer aktiven Routenführung funktionieren kann. Weiterhin berücksichtigt diese Erfindung die Charakteristik der Sensorik und gewichtet die erhobenen Daten entsprechend nach Sensor-Modell, Hersteller/Lieferant, Alter und Softwarestand. Dabei akzeptiert das Backend die Messwerte früher, je besser die Sensorik ist gegenüber schlechterer Sensorik, dessen Messwerte von weiteren N Fahrzeugen bestätigt werden müssen. Jeder Quadrant, wird zusätzlich mit einem „Confidence Level“ versehen, der sich u,a. aus dem Sensortyp, Generation, Hersteller, Alter, Bauart, um nur Beispiel zu nennen. sowie dem Alter der Messung als solcher ergibt. Ein Confidence-Level schwindet bevorzugt mit der Zeit.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein geschlossenes und bandbreiteneffizientes System zur Wetterkartographie bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10162335 A1 [0003]
US 2012/0310536 A1 [0004]
US 2016/0091321 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Umgebungsdaten (14), die eine vorbestimmte Messgröße einer Umgebung (15) eines Kraftfahrzeugs (10) beschreiben, wobei durch eine Steuervorrichtung (16) des Kraftfahrzeugs (10) - in dem Kraftfahrzeug (10) aus einer digitalen Karte (17) der Umgebung (15) in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeugposition (19) des Kraftfahrzeugs (10) ein Kartenausschnitt (18) festgelegt wird und - der Kartenausschnitt (18) in Kartensegmente (20) eingeteilt wird und - zu jedem Kartensegment (20) aus einer fahrzeugexternen Servervorrichtung (12) mittels einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs (10) die Umgebungsdaten (14) empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe jedes Kartensegments (20) jeweils als Funktion von zumindest einer Eigenschaft eines von dem Kartensegment (20) abgedeckten Teilgebiets der Umgebung (15) und/oder einer geplanten oder prädizierten Fahrtroute (22) des Kraftfahrzeugs (10) festgelegt wird und die Umgebungsdaten (14) jedes Kartensegments (20) jeweils einen für das ganze Teilgebiet des Kartensegments (20) repräsentativen Gebietswert (23) der Messgröße angeben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes Kartensegment (20) jeweils als ein Blatt eines Bereichsquaternärbaums (27) ausgestaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Eigenschaft zumindest eine der folgenden umfasst: eine Distanz des Teilgebiets zum Kraftfahrzeugs (10), ein in dem Teilgebiet vorhandenes Straßennetz, ein Straßentyp einer in dem Teilgebiet vorhandenen Straße (ST), eine in dem Teilgebiet vorhandene Bebauungsdichte, eine vorgeschriebene und/oder prädizierte Fahrgeschwindigkeit, zumindest ein in dem Teilgebiet liegender fahrtrelevanter Ort.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Steuervorrichtung (16) erkannt wird, dass der in den Umgebungsdaten (14) der Servervorrichtung (16) enthaltene Gebietswert (23) von einem in dem Kraftfahrzeug (10) selbst mittels einer Fahrzeugsensorik (32) gemessenen Messwert (33) der Messgröße um mehr als ein vorbestimmter Toleranzwert (36) abweicht, und in diesem Fall der Messwert (33) an die Servervorrichtung (12) ausgesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messwert (33) zusammen mit Beschreibungsdaten, welche einen Sensortyp der Fahrzeugsensorik (32) angeben, ausgesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für ein Teilgebiet, in welchem sich eine Wetterstation befindet, ein Kartensegment (20) festgelegt und zu dem Kartensegment (20) Umgebungsdaten (14) mit einem durch die Wetterstation erzeugten Gebietswert (23) aus der Servervorrichtung (12) empfangen werden und das Kraftfahrzeug (10) einen eigenen Messwert (33) ermittelt und anhand eines Unterschieds des Messwerts (33) zu dem Gebietswert (23) die Fahrzeugsensorik (32) kalibriert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße eine Bodentemperatur oder eine Lufttemperatur oder eine Niederschlagsmenge oder eine Sichtweite oder eine Luftqualitätsangabe oder eine Helligkeit oder eine Verkehrsflussdichte oder eine durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Umgebungsdaten (14) zu dem jeweiligen Gebietswert (23) eines jeweiligen Teilgebiets ein Konfidenzwert empfangen wird und zumindest eine Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs (10) in Abhängigkeit von dem Gebietswert (23) und dem Konfidenzwert gesteuert wird.
Steuervorrichtung (16) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei eine Prozessoreinrichtung bereitgestellt ist, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit einer fahrzeugexternen Servervorrichtung (12) und mit einer Steuervorrichtung (16) nach Anspruch 9.