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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Fahrzeugfunktionen, die eine wahrscheinlichste Wegstrecke eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Optimierung des Fahrzeugbetriebs, nutzen.
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Technischer Hintergrund
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Für die Prädiktion von Betriebsparametern eines Fahrzeugs ist es in der Regel notwendig, eine wahrscheinlichste vorausliegende Wegstrecke anzunehmen. Beispielsweise kann der Verlauf der wahrscheinlichsten Wegstrecke für das Energiemanagement bei Hybridfahrzeugen und andere Funktionen genutzt werden. Insbesondere ermöglicht die Ermittlung einer wahrscheinlichsten Wegstrecke die Ermittlung eines akkumulierten Betriebsparameters, wie beispielsweise eines Energieverbrauchs innerhalb eines Prädiktionshorizonts.
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Beispielsweise kann die Ermittlung der wahrscheinlichsten Wegstrecke entlang von Streckenabschnitten einer digitalen Karte abhängig von einer Streckenabschnittsattributen und einem Richtungsänderungswinkel von einem zu einem nächsten Streckenabschnitt in einer digitalen Karte bestimmt werden, wobei an jeder Kreuzung oder Verzweigung der Streckenabschnitt mit dem höchsten Straßenklassenwert ausgewählt wird. Weisen alle in Frage kommenden Streckenabschnitte den gleichen Straßenklassenwert auf, wird der Streckenabschnitt mit dem geringsten Änderungswinkel der Fahrtrichtung bevorzugt.
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Jedoch hat die Berechnung der wahrscheinlichsten Wegstrecke auf Basis der Straßenklasse der Streckenabschnitte der digitalen Karte den Nachteil, dass die dort gespeicherten Straßenklassen für Navigationsanwendungen, insbesondere für die Berechnung von kürzesten und schnellsten Wegen, optimiert wurde. Die Genauigkeit der Vorhersagen mithilfe der wahrscheinlichsten Wegstrecken sind jedoch für andere Prädiktionen von Betriebsgrößen des Fahrzeugs gegebenenfalls nicht ausreichend.
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Somit besteht eine Aufgabe darin, für eine Fahrerassistenzfunktion bzw. eine Fahrzeugfunktion eine Möglichkeit bereitzustellen, die Ermittlung der wahrscheinlichsten Wegstrecke anwendungsunabhängig zu verbessern, um so die Prädiktion von Betriebsgrößen des Fahrzeugs, insbesondere über einen Prädiktionshorizont, zu verbessern.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2019 114 527 A1 ist ein Verfahren zum Extrahieren von fahrspurbezogenen Informationen bestimmter Straßensegmente durch Sammeln von fahrdynamischen Datenspuren bekannt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2019 002 594 A1 ist ein Verfahren zur Aktualisierung einer optimalen Route für ein Fahrzeug unter Berücksichtigung von Verkehrsinformationen bekannt, wobei zusätzlich Verkehrsinformationen meistgefahrener Alternativrouten ermittelt werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2014 221 328 A1 ist eine Fahrzeug-Energieverwaltungs-Vorrichtung bekannt, welche eine Erfassungseinheit zum Erfassen von Informationen mit Bezug zu einem Energieverbrauch des Fahrzeuges entlang einer durch eine Reiseroute-Berechnungseinheit berechneten Reiseroute aufweist, wobei die Informationen Straßenattribute umfassen können.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 062 958 A1 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Verkehrsflussinformationen bekannt, wobei basierend auf Beschleunigungsdaten, Fahrzeugpositionsdaten und Zeitdaten ein Fahrprofil für eine durchfahrene Wegstrecke ermittelt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Ermitteln von funktionalen Straßenklassen gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zum Ermitteln einer wahrscheinlichsten Wegstrecke und eine entsprechende Vorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer funktionalen Straßenklasse von Streckenabschnitten einer digitalen Karte vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- - regelmäßiges oder kontinuierliches Bereitstellen von aktuellen geographischen Positionen von einer Vielzahl von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte in einer Zentraleinheit;
- - Ermitteln von Befahrensattributen für alle Streckenabschnitte einer digitalen Karte abhängig von den geografischen Positionen der Vielzahl von Fahrzeugen;
- - Jeweiliges Zuordnen von funktionalen Straßenklassen zu den Streckenabschnitten abhängig von den Befahrensattributen.
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Die Ermittlung einer wahrscheinlichsten Wegstrecke erfolgt basierend auf einer digitalen Karte, die ein Netz aus miteinander verbundenen Streckenabschnitten repräsentiert. Den Streckenabschnitten sind Streckenattribute zugeordnet. Eines der Streckenattribute kann einer funktionalen Straßenklasse entsprechen, die eine generelle Nutzbarkeit des betreffenden Streckenabschnitts angibt.
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Die bisherige Einordnung von funktionalen Straßenklassen erfolgt in der Regel nach der Art der Straße, wie beispielsweise Autobahn, Wohnstraße, Durchgangsstraße und dergleichen. Diese sind mithilfe von Straßenklassenwerten priorisiert, so dass der höchste Straßenklassenwert der Autobahn entspricht und der niedrigste Straßenklassenwert einer Wohnstraße. Für die Ermittlung einer wahrscheinlichsten Wegstrecke ohne etwaiges Vorwissen über das Fahrziel wird an jeder Kreuzung oder Verzweigung derjenige Streckenabschnitt als nächster Streckenabschnitt gewählt, der den höchsten Straßenklassenwert aufweist.
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Die Zuordnung der funktionalen Straßenklasse zu den Streckenabschnitten kann jedoch in der Realität von der tatsächlichen Nutzbarkeit des jeweiligen Streckenabschnitts abweichen. So kann tatsächlich ein Autobahnstreckenabschnitt weniger genutzt werden als eine Landstraße, wenn der Autobahnstreckenabschnitt umständlich zu befahren ist und sich beispielsweise aufgrund von Auffahrt- und Abfahrtorten für viele Fahrziele als ungünstig erweist. Bisher würde jedoch bei einer Verzweigung in ein AutobahnStreckenabschnitt und einen Landstraßen-Streckenabschnitt aufgrund des höheren Straßenklassenwerts die Autobahnstrecke als nächster Streckenabschnitt der wahrscheinlichsten Wegstrecke angenommen werden, wenn keine weiteren Angaben, z. B. über den Zielort der Fahrt, vorliegen.
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Das obige Verfahren sieht daher vor, das tatsächliche Nutzungsverhalten der einzelnen Streckenabschnitte einer digitalen Karte zu erfassen und daraus Straßenklassenwerte abzuleiten. Dies wird möglich durch das Auswerten von Flottendaten, wodurch Befahrensattribute der Streckenabschnitte über einen längeren Zeitraum, beispielsweise von mehreren Tagen bzw. Monaten, erfasst werden können. Die Straßenklassenwerte werden dann entsprechend der Befahrensattribute, wie z. B. einer Befahrenshäufigkeit oder einer durchschnittlichen Geschwindigkeit, festgelegt.
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Durch die Nutzung von gesammelten Flottendaten kann die tatsächliche Nutzung und Nutzbarkeit eines Streckenabschnitts bestimmt werden, so dass dem Streckenabschnitt ein entsprechender Straßenklassenwert zugeordnet werden kann. Bei der Verwendung der funktionalen Straßenklassen wird somit die wahrscheinlichste Wegstrecke nicht ausschließlich auf Grundlage der beabsichtigten Nutzung der betreffenden Streckenabschnitte, wie beispielsweise Autobahn, Wohnstraße, Durchgangsstraße, Landstraße und dergleichen, sondern entsprechend der tatsächlichen Nutzung durch Verkehrsteilnehmer angenommen. Dies ermöglicht eine verbesserte Vorhersage einer wahrscheinlichsten Wegstrecke. Zudem ermöglicht dies das Beibehalten eines einfachen Ermittlungsalgorithmus für die Ermittlung einer wahrscheinlichsten Wegstrecke abhängig von den Straßenklassen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Befahrensattribute eine Befahrenshäufigkeit der Streckenabschnitte und insbesondere eine durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit der Fahrzeuge auf den Streckenabschnitten innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums angeben.
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Erfindungsgemäß werden die funktionalen Straßenklassen durch Straßenklassenwerte klassifiziert, die anteiligen Bereichen eines oder mehrerer Befahrensattribute der Streckenabschnitte bezüglich einer Gesamtheit des einen oder der mehreren Befahrensattribute aller Streckenabschnitte der digitalen Karte zugeordnet werden.
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Die Nutzung von Flottendaten kann in einer Zentraleinheit erfolgen, die in Kommunikationsverbindung mit einer Vielzahl von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte steht. Dort werden in regelmäßigen Zeitabständen, z.B. in Zeiträumen zwischen 0,5 und 10 s bzw. z.B. sekündlich, Positionsdaten und optional Geschwindigkeitsdaten von den Fahrzeugen der Fahrzeugflotte empfangen. Diese Daten können in der Zentraleinheit gesammelt werden und für jeden Streckenabschnitt einer digitalen Karte entsprechend der Befahrenshäufigkeit, d. h. der Anzahl der Überfahrungen jedes Streckenabschnitts pro Zeitabschnitt, und optional eine durchschnittliche Befahrensgeschwindigkeit ermittelt werden. Anschließend werden die Befahrenshäufigkeit und gegebenenfalls die durchschnittlichen Geschwindigkeiten einer funktionalen Straßenklasse, insbesondere einer Angabe eines Straßenklassenwerts zugeordnet.
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Beispielsweise kann die Klassifikation in die funktionalen Straßenklassen anhand von Anteilsbereichen von Befahrenshäufigkeiten an der Gesamtanzahl von Befahrungen der Streckenabschnitte der digitalen Karte festgelegt werden. So kann der höchste Straßenklassenwert denjenigen Streckenabschnitten zugeordnet werden, für die mehr als ein vorgegebener Anteil von Überfahrungen bezogen auf die Gesamtanzahl von Befahrungen der Streckenabschnitte gefahren wurde. Weitere Straßenklassen können mittels der so bestimmten Anteilsbereiche klassifiziert werden.
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Insbesondere können die funktionalen Straßenklassen für die Streckenabschnitte auch zeitabhängig, insbesondere abhängig von Tageszeiten, zugeordnet werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die funktionalen Straßenklassen für mehrspurige Streckenabschnitte spurgenau zugeordnet werden. Durch die spurgenaue Erfassung der Befahrensattribute kann eine verbesserte Abbiegevorhersage für die nächste Kreuzung bzw. Verzweigung und eine verbesserte Spurwechselvorhersage auf mehrspurigen Fahrstrecken ermöglicht werden. Insbesondere kann eine spurgenaue Zuordnung der funktionalen Straßenklassen bei einer Verwendung einer daraus generierten wahrscheinlichsten Wegstrecke in einer Spurwechsel-Assistent-Funktion und bei einer automatischen Querführung verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ermitteln einer wahrscheinlichsten Wegstrecke zur Nutzung in einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs einer Fahrzeugflotte vorgesehen, wobei eine digitale Karte mit Streckenabschnitten und mit den Streckenabschnitten zugeordneten funktionalen Straßenklassen bereitgestellt wird, wobei die funktionale Straßenklasse gemäß dem obigen Verfahren ermittelt wird, wobei eine wahrscheinlichste Wegstrecke durch ein Aneinanderfügen von Streckenabschnitten ermittelt wird, wobei ausgehend von einem jeweils betrachteten Streckenabschnitt, der initial der geografischen Position des Fahrzeugs entspricht, die aneinandergefügten Streckenabschnitte durch Hinzufügen eines weiteren Streckenabschnitts abhängig von der funktionalen Straßenklasse erweitert werden, wobei eine Fahrzeugfunktion abhängig von der wahrscheinlichsten Wegstrecke durchgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Zentraleinheit, zum Bereitstellen einer funktionalen Straßenklasse von Streckenabschnitten einer digitalen Karte vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:
- - regelmäßigen oder kontinuierlichen Empfangen von aktuellen geographischen Positionen von einer Vielzahl von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte in einer Zentraleinheit;
- - Ermitteln von Befahrensattributen für alle Streckenabschnitte einer digitalen Karte abhängig von den geografischen Positionen der Vielzahl von Fahrzeugen;
- - Jeweiliges Zuordnen von funktionalen Straßenklassen zu den Streckenabschnitten abhängig von den Befahrensattributen; und
- - Bereitstellen der digitalen Karte mit den funktionalen Straßenklassen für jeden Streckenabschnitt, wobei die funktionalen Straßenklassen durch Straßenklassenwerte klassifiziert werden, die anteiligen Bereichen eines oder mehrerer Befahrensattribute der Streckenabschnitte bezüglich einer Gesamtheit des einen oder der mehreren Befahrensattribute aller Streckenabschnitte der digitalen Karte zugeordnet werden.
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Gemäß einem weiteren Beispiel ist eine Vorrichtung zum Ermitteln einer wahrscheinlichsten Wegstrecke zur Nutzung in einer Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum
- - Empfangen einer digitalen Karte mit Streckenabschnitten und mit den Streckenabschnitten zugeordneten funktionalen Straßenklassen,
- - Ermitteln einer wahrscheinlichsten Wegstrecke durch ein Aneinanderfügen von Streckenabschnitten,
- - ausgehend von einem jeweils betrachteten Streckenabschnitt, der initial der geografischen Position des Fahrzeugs entspricht, Erweitern der aneinandergefügten Streckenabschnitte durch Hinzufügen eines weiteren Streckenabschnitts abhängig von der funktionalen Straßenklasse,
- - Durchführen einer Fahrzeugfunktion abhängig von der wahrscheinlichsten Wegstrecke.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Fahrzeugflotte und einer Zentraleinheit zur Ermittlung von funktionalen Straßenklassen von Streckenabschnitten einer digitalen Karte;
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Bereitstellen von funktionalen Straßenklassen;
- 3 ein Flussdiagramm zur Nutzung der funktionalen Straßenklassen aus der Zentraleinheit in einem Kraftfahrzeug; und
- 4 eine graphische Darstellung einer digitalen Karte mit den Streckenabschnitten zugeordneten funktionalen Straßenklassen.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 1 mit einer Fahrzeugflotte 3 aus einer Vielzahl von Fahrzeugen 4 und einer Zentraleinheit 2. Jedes der Fahrzeuge 4 steht mit der Zentraleinheit 2 in Kommunikationsverbindung.
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Dazu weist jedes der Fahrzeuge 4 eine Steuereinheit 41 auf, die über eine Kommunikationseinrichtung 42 mit der Zentraleinheit 2 in Kommunikationsverbindung steht.
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In Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 wird nachfolgend ein Verfahren zum Bereitstellen von Befahrensattributen von Streckenabschnitten einer digitalen Karte beschrieben.
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In Schritt S1 erfassen die Fahrzeuge 4 mithilfe eines geeigneten Geopositionssystems, wie beispielsweise GPS, GLONASS und dergleichen, die eigene geographische Position und die eigene momentane Geschwindigkeit und übermitteln diese in Schritt S2 in regelmäßigen Zeitabständen, wie beispielsweise zwischen 0,5 und 10 s, insbesondere sekündlich, an die Zentraleinheit 2.
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In der Zentraleinheit 2 werden in Schritt S3 die geografischen Positionen der Fahrzeuge entsprechenden Streckenabschnitten einer digitalen Karte, die ein Straßennetz der realen Welt repräsentiert, zugeordnet. Eine beispielhafte digitale Karte ist in 4 dargestellt. Man erkennt ein Streckennetz 10 aus miteinander verbundenen Streckenabschnitten 11.
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In Schritt S4 werden für jeden Streckenabschnitt 11 der digitalen Karte entsprechende Befahrensattribute berechnet. Insbesondere werden die Befahrenshäufigkeiten innerhalb eines Zeitraums, wie beispielsweise innerhalb eines Tages oder innerhalb einer Woche, durch Akkumulation von Befahrungen eines Streckenabschnitts 11 ermittelt und durchschnittliche Geschwindigkeiten den jeweiligen Streckenabschnitten 11 zugeordnet. Der Zeitraum der Erfassung ist so gewählt, dass die Befahrenshäufigkeit mit einer ausreichenden statistischen Signifikanz und Relevanz gewährleistet werden kann. Anschließend werden den Streckenabschnitten 11 der digitalen Karte abhängig von den Befahrenshäufigkeiten und gegebenenfalls den durchschnittlichen Geschwindigkeiten Straßenklassenwerte zugeordnet.
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Die so ermittelten Straßenklassenwerte, die in 4 als Werte in den Kreisen dargestellt sind, können in Schritt S5 zugeordnet zu Streckenabschnitten einer digitalen Datenkarte an die Fahrzeuge 4 der Fahrzeugflotte 3 zurückübertragen werden, so dass dort die wahrscheinlichste Wegstrecke ermittelt werden kann.
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Die Klassifikation und Zuordnung der Straßenklassenwerte zu den Befahrenshäufigkeiten kann durchgeführt werden abhängig von dem Anteil der in einem Streckenabschnitt erfolgenden Überfahrungen bezogen auf die Gesamtzahl der in allen Streckenabschnitten erfolgten Überfahrungen des gesamten durch die digitale Karte überdeckten geografischen Gebiets.
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So kann beispielsweise die höchste Straßenklasse, die z.B. durch den Straßenklassenwert 5 angegeben ist, den Streckenabschnitten zugeordnet werden, auf denen mehr als ein bestimmter Prozentsatz, wie beispielsweise 0,1 % aller Überfahrungen, aufgetreten sind. Entsprechend können den Streckenabschnitten weitere Straßenklassen zugeordnet werden, in denen sich jeweils ein Anteil von Überfahrungen eines für eine betreffende Straßenklasse vorgegeben Anteilsbereich ergeben hat. Beispielsweise kann eine weitere Straßenklasse, z.B. angegeben durch einen Straßenklassenwert von 4, einem Anteilsbereich von beispielsweise 0,03 % bis 0,1 % zugeordnet sein.
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Die Straßenklassen können zudem auch Tageszeiten entsprechend zugeordnet werden, d. h. es können unterschiedliche Straßenklassen den Streckenabschnitten zugeordnet werden, je nachdem, in welchem Tageszeitbereich die Ermittlung der wahrscheinlichsten Wegstrecke erfolgt. So können beispielsweise, insbesondere für Wochentage, unterschiedliche Straßenklassenwerte für die Zeiträume zwischen 6 Uhr bis 9 Uhr morgens und 16 bis 20 Uhr abends angenommen werden, da morgens viele Fahrten in Richtung Arbeitsplatz und abends viele Fahrten in Richtung Wohnort erfolgen.
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Zudem kann die Ermittlung der Straßenklassen auch spurgenau auf den Streckenabschnitten erfolgen, so dass ggfs verschiedene Straßenklassen den unterschiedlichen Fahrspuren zugeordnet werden können. Insbesondere kann eine spurgenaue Zuordnung der funktionalen Straßenklassen bei einer Verwendung einer daraus generierten wahrscheinlichsten Wegstrecke in einer Spurwechsel-Assistent-Funktion und bei einer automatischen Querführung verwendet werden.
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In dem Flussdiagramm der 3 wird das Verfahren zum Ermitteln der wahrscheinlichsten Wegstrecke näher erläutert. Dieses Verfahren kann in jedem der Fahrzeuge 4 der Fahrzeugflotte 3 angewendet werden.
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In Schritt S11 wird eine momentane geografische Position eines Fahrzeugs 4 bestimmt.
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In Schritt S12 wird die momentane Position des Fahrzeugs 4 mithilfe der Kartendaten einem Streckenabschnitt auf der digitalen Karte zugeordnet.
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Ausgehend von dem aktuellen bzw. einem zuletzt betrachteten Streckenabschnitt wird in Schritt S13 nun eine wahrscheinlichste Wegstrecke basierend auf den Straßenklassen ermittelt. Dazu wird die wahrscheinlichste Wegstrecke streckenabschnittsweise aufgebaut. Ausgehend von dem aktuellen bzw. betrachteten Streckenabschnitt 11 wird in Fahrtrichtung die nächste Kreuzung oder Verzweigung gesucht.
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Die sich an die Kreuzung bzw. die Verzweigung anschließenden Streckenabschnitte 11 werden hinsichtlich ihrer funktionalen Straßenklassenwerte untersucht. Es wird in Schritt S14 ein Streckenabschnitt ausgewählt, der den höchsten Straßenklassenwert aufweist.
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In Schritt S15 wird überprüft, ob mehrere Streckenabschnitte mit dem höchsten der Straßenklassenwerte der sich anschließenden Streckenabschnitte von der aktuellen Kreuzung/Verzweigung ausgehen. Ist dies der Fall (Alternative: ja), wird in Schritt S16 derjenige Streckenabschnitt ausgewählt, der bezüglich des aktuellen bzw. vorangehenden Streckenabschnitts einen geringeren Winkel einer Richtungsänderung des Fahrzeugs hervorruft und die wahrscheinlichste Wegstrecke um den so ermittelten Streckenabschnitt erweitert. Andernfalls (Alternative: nein) wird die wahrscheinlichste Wegstrecke direkt um den in Schritt S14 ermittelten Streckenabschnitt in Schritt S17 erweitert.
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In Schritt S18 wird überprüft, ob die wahrscheinlichste Wegstrecke eine ausreichende Länge aufweist, d. h. sich über den gesamten Prädiktionshorizont, der einer vorgegebenen Weglänge oder einer vorgegebenen Zeitdauer entsprechen kann, erstreckt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), wird die wahrscheinlichste Wegstrecke in Schritt S19 einer nachgeordneten Fahrzeugfunktion signalisiert, anderenfalls (Alternative: nein), wird das Verfahren mit Schritt S13 fortgesetzt.
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Als mögliche Fahrzeugfunktionen, die die wahrscheinlichste Wegstrecke nutzt, kann ein Energiemanagement oder eine Zielführung bzw. Guiding ohne explizite Zielangabe durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Zentraleinheit
- 3
- Fahrzeugflotte
- 4
- Fahrzeug
- 41
- Steuereinheit
- 42
- Kommunikationseinrichtung
- 10
- Straßennetz
- 11
- Streckenabschnitt
