DE19605458C1 - Fahrzeugnavigationssystem und Verfahren zum Auswählen einer Fahrtstrecke entsprechend dem Kraftstoffverbrauch - Google Patents

Fahrzeugnavigationssystem und Verfahren zum Auswählen einer Fahrtstrecke entsprechend dem Kraftstoffverbrauch

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Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugnavigationsverfahren und ein Fahrzeugnavigationssystem, zum Auswählen einer Fahrtroute entsprechend dem Kraftstoffverbrauch. Genauer betrifft die Erfindung ein System und Verfahren zum Bestimmen von alternativen Fahrtrouten von einer augenblicklichen Fahrzeugposition zu einem Bestimmungsort und Auswählen einer bevorzugten, den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordernden Fahrtroute unter den alternativen Fahrtrouten nach Höheninformationen und der Verkehrssituation.

Die Automobilindustrie hat eine Anzahl verschiedener Navigationsvorrichtungen zum Leiten oder Anweisen eines Fahrers zu einem Bestimmungsort untersucht. Eine dieser Navigationsvorrichtungen weist z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die auf dem Armaturenbrett befestigt ist, zum Anzeigen einer Karte des geographischen Bereichs, in dem sich ein Automobil befindet, auf. In der Zukunft, wenn die Automobilhersteller Navigationsvorrichtungen als Standardkomponenten in Automobilen vorsehen, werden Fahrer, die entweder mit dem aktuellen Straßenbedingungen oder mit der lokalen Geographie nicht vertraut sind, erheblich von dieser Technologie profitieren.

In Japan testen die Automobilhersteller z. B. eine Anzahl von verschiedenen Typen von Navigationsvorrichtungen. Bis jetzt haben die Hersteller noch nicht viele Automobile mit diesen Vorrichtungen ausgestattet. Die Automobilhersteller sagen jedoch voraus, daß sie in 10 Jahren mindestens 20% der neuen Automobile mit den Navigationsvorrichtungen ausstatten werden.

Navigationsvorrichtungen befreien Fahrer von Streß und Angst, die mit dem Fahren in einer ungewohnten Umgebung verbunden sind. Die meisten Navigationsvorrichtungen zeigen eine von einer Mehrzahl von Karten an, die einen unterschiedlichen Bereich von Maßstäben, z. B. von 1 : 100 000 bis 1 : 10 000, aufweisen. Außer Autobahnen, Straßen sowie Rast- und Tankstellenbereichen zeigen die Karten größere Gebäude, so daß ein Fahrer, der die Orientierung verloren hat, die richtige Straße zu einem gewünschten Bestimmungsort finden kann.

Automobilnavigationsvorrichtungen weisen typischerweise Sensorsysteme oder globale Satellitenpositionsbestimmungssysteme (GPS) zum Verfolgen der Fahrzeugposition auf. Die Navigationssysteme, die ein Sensorsystem aufweisen, arbeiten, indem sie Richtung und Fahrtstrecke lesen, so daß sie die aktuelle Position eines Automobils bestimmen können. Solche Sensorsysteme erzeugen jedoch zumindest einen leichten Fehler, wenn das Fahrzeug eine weite Strecke zurücklegt.

Die GPS-Navigationsvorrichtungen empfangen Signale von Satelliten des US-Verteidigungsministeriums, die die Erde umkreisen und bei einer Frequenz von 1575,42 MHz senden. Zum Bestimmen einer aktuellen Fahrzeugposition berechnet das GPS-System die Wellenlaufzeit von 3 oder 4 Satellitensignalen, abhängig davon, ob die Positionsbestimmung 2- oder 3-dimensional stattfinden soll. Zur Zeit befinden sich 16 GPS-Satelliten in einer Umlaufbahn, was eine zweidimensionale Positionsbestimmung während 22 Stunden pro Tag erlaubt. Schon bald könnten sich jedoch bis zu 27 Satelliten in einer Umlaufbahn befinden, was eine dreidimensionale Positionsmessung während 24 Stunden pro Tag erlaubt.

Navigationsvorrichtungen, die das GPS-System benutzen, bestimmen verläßlich eine Landkartenposition eines Fahrzeugs, die Genauigkeit der GPS-Navigationsvorrichtungen hängt jedoch von dem speziellen Programm ab, das das GPS-System ansteuert, welches von vielen Herstellern als Werksgeheimnis gehütet wird.

Aus der US 54 52 212 ist ein Fahrzeugnavigationssystem bekannt, bei dem abhängig von vom Fahrer einzugebenden Bedingungen die optimale Fahrtroute ausgewählt wird und der Fahrer entlang der ausgewählten Fahrtroute geleitet wird.

In der DE 38 01 888 A1 ist ein Fahrzeugnavigationsverfahren offenbart, bei dem die augenblickliche Position und der Zielort eingegeben werden, daraufhin eine Route ausgewählt wird und dem Fahrer Leitinformationen für die Fahrt entlang der Route ausgegeben werden. Die Route wird dabei entweder so ausgewählt, daß der Zielort am schnellsten erreicht wird oder, indem die kürzeste Verbindung ermittelt wird.

Die konventionellen Fahrzeugnavigationsverfahren bzw. -vorrichtungen geben Reisestrecken aus, bei deren Ermittlung nicht der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs berücksichtigt ist. Da die Kraftstoffkosten in hohem Maße ansteigen, die Ressourcen sich erschöpfen und außerdem die Regierungsbehörden den Fahrzeugkraftstoffverbrauch regulieren, wird die Minimierung des Kraftstoffverbrauches von großer Wichtigkeit werden.

Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, der bei der Fahrt von einem Ausgangsort zu einem Bestimmungsort erforderlich ist, zu mimimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Fahrzeugnavigationsverfahren zum Auswählen einer Fahrtstrecke entsprechend dem Kraftstoffverbrauch durch die Merkmale im Anspruchs 1 und einem Fahrzeugnavigationssystem zum Auswählen einer Fahrtstrecke entsprechend dem Kraftstoffverbrauch durch die Merkmale im Anspruchs 12 gelöst.

Das erfindungsgemäße Fahrzeugnavigationsverfahren weist die folgenden Schritte auf: Auswählen eines Bestimmungsortes, Empfangen von Signalen von GPS-Satelliten, Bestimmen einer aktuellen Fahrzeugposition auf der Basis der Signale, die von den Satelliten empfangen worden sind, Bestimmen von alternativen Fahrtrouten von der aktuellen Fahrzeugposition zum Bestimmungsort, Berechnen des Kraftstoffverbrauchs, der für jede der alternativen Fahrtrouten erforderlich ist, auf der Basis der Höhenänderungen auf jeder der alternativen Fahrtrouten, Auswählen einer bevorzugten Fahrtroute unter den alternativen Fahrtrouten, die die geringste Menge von Kraftstoffverbrauch erfordert, und Ausgeben der bevorzugten Fahrtroute.

Das erfindungsgemäße System weist eine Eingabevorrichtung zum Auswählen eines Bestimmungsortes, eine Antenne zum Empfangen von Signalen von GPS-Satelliten, einen Frequenzwandler zum Umwandeln von Signalen, die über die Antenne empfangen werden, in Niederfrequenzsignale, einen Signalprozessor zum Verarbeiten der Niederfrequenzsignale in computererkennbare Signale, einen Speicher zum Speichern von Daten der Straßen im Umgebungsbereich und von Daten über Höheninformationen für diese Straßen und eine Kontrolleinheit auf, die auf die computererkennbaren Signale anspricht, so daß eine augenblicklichen Fahrzeugposition und alternative Fahrtrouten von der augenblicklichen Fahrzeugposition zum Bestimmungsort bestimmt werden und eine bevorzugte Fahrtroute unter den alternativen Fahrtrouten ausgewählt wird, die unter Berücksichtigung der Höheninformationen den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordert.

Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Fahrzeugnavigationssystems einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das Schritte des Fahrzeugnavigationsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein Fahrzeugnavigationssystem, das in der Lage ist, eine Fahrtroute gemäß dem Kraftstoffverbrauch auszuwählen, erfindungsgemäß eine Eingabevorrichtung 10 wie z. B. einen Positionswählschalter, eine Tastatur, einen Lichtstift, oder eine andere Vorrichtung zum Auswählen eines gewünschten Bestimmungsortes auf.

Das System weist außerdem eine Antenne 20 auf, die auf einem Fahrzeugkörper (nicht gezeigt), wie einem Automobil- oder Lastwagenkörper, angebracht ist, zum Empfangen von Signalen, die von GPS-Satelliten übertragen werden (nicht gezeigt). Die Antenne 20 empfängt bevorzugt auch Signale, die lokale Verkehrsbedingungen, wie z. B. Stau, Unfälle, durchschnittliche Wartezeit an Ampeln und Baustellen wiedergeben. In einer bevorzugten Ausführungsform empfängt die Antenne 20 Signale von lokalen Verkehrsbehörden, die speziell erkennbare Kodierungen für bestimmte Verkehrssituationen entlang den Fahrstraßen in einer Gegend übertragen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das System vorzugsweise einen Frequenzwandler 30 zum Umwandeln von beliebigen Hochfrequenzsignalen, die von der Antenne 20 empfangen werden, in leicht verarbeitbare Niederfrequenzsignale und einen Signalverarbeitungsteil 40 zum Verarbeiten von Signalen von dem Frequenzwandler 30, z. B. mittels inverser Expansionsmethode, auf, so daß computerlesbare Signale ausgegeben werden. Außerdem weist die bevorzugte Ausführungsform einen Speicher 50 zum Speichern von Informationen, wie allen Fahrstraßen in einem bestimmten Bereich, den Höhenwerten in bestimmten Abständen entlang dieser Fahrstraßen und Kraftstoffverbrauchsdaten für das bestimmte Fahrzeug auf, in dem das System installiert ist.

In der bevorzugten Ausführungsform empfängt eine Kontrolleinheit 60 wie z. B. ein Mikrocomputer die computerlesbaren Signale von dem Signalprozessor 40 und liest Daten aus dem Speicher 50, die die Straßen und die Höhen in Abständen entlang dieser Straßen betreffen. Wie weiter unten detaillierter beschrieben, bestimmt die Kontrolleinheit 60 sowohl die aktuelle Position des Fahrzeugs als auch die Fahrtrouten von der aktuellen Position zum ausgewählten Bestimmungsort. Außerdem wählt die Kontrolleinheit 60 entsprechend der Höheninformation und den Verkehrssituationsinformationen unter den bestimmten Fahrtrouten eine bevorzugte Fahrtroute aus, die die geringste Menge Kraftstoffverbrauch erfordert.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die bevorzugte Ausführungsform eine Ausgabevorrichtung 70 auf, die auf einem Armaturenbrett des Fahrzeugs befestigt ist. In Reaktion auf die Kontrolleinheit 60 gibt die Anzeigevorrichtung 70 die aktuelle Fahrzeugposition, den eingegebenen Bestimmungsort, die Fahrtrouten zwischen der aktuellen Fahrzeugposition und dem Bestimmungsort, und die bevorzugte Fahrtroute aus, wobei sie den Fahrer entlang der bevorzugten Fahrtroute in Richtung zu dem Bestimmungsort leitet. Bevorzugt ist die Eingabevorrichtung 10 eine integrale Komponente der Anzeigevorrichtung 70, was die Eingabe des gewünschten Bestimmungsortes durch Berühren eines Teils der Anzeigevorrichtung 70 erlaubt.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Fahrzeugnavigationsverfahren zum Auswählen einer Fahrtroute entsprechend dem Kraftstoffverbrauch vorgesehen. Dieses Verfahren wird nachstehend unter Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben.

Wenn ein Fahrer ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen System startet, beginnt erfindungsgemäß und wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, die Kontrolleinheit 60 ein Ablaufprogramm (S100) und initialisiert Schleifen und Parameter (S110). Nachdem der Fahrer den gewünschten Bestimmungsort in die Eingabevorrichtung 10 eingegeben hat, empfängt die Kontrolleinheit 60 Signale von der Eingabevorrichtung 10 (S120) und bestimmt, ob der Fahrer einen gültigen Bestimmungsort angegeben hat (S130). Falls der Fahrer eine ungültige Bestimmung eingegeben hat, wie z. B. einen Bestimmungsort außerhalb des Straßenbereichs, der im Speicher 50 gespeichert ist, zeigt die Anzeigevorrichtung 70 eine Nachricht, die den Fahrer dazu auffordert, eine andere Bestimmungsortinformation ein zugeben.

Nach dem Eingeben des Bestimmungsorts empfängt die Antenne 20 Signale von 3 oder 4 GPS-Satelliten abhängig von der Anzahl von Satellitensignalen, die innerhalb des Bereichs der Antenne 20 liegen (S140). Die Satelliten übertragen die von der Antenne 20 empfangenen Signale bei einer Frequenz von 1,2 oder 1,5 GHz auf einem breiten Band und Trägerwellen tragen die Signale gemäß einem Spektrum-Ausdehnungs-Verfahren an die Antenne 20. Der Frequenzwandler 30 wandelt die Hochfrequenzsignale in Niederfrequenzsignale um, um die Signalverarbeitung zu erleichtern.

Der Signalprozessor 40 führt eine umgekehrte Expansionsverarbeitung der niederfrequenten Signale durch, so daß sie in computererkennbare Signale umgewandelt werden. Die Kontrolleinheit 60 bestimmt dann die aktuelle Fahrzeugposition auf der Basis der computerlesbaren Signale (S150) und bestimmt alle Fahrtrouten von der aktuellen Position zum Bestimmungsort, indem er Fahrtroutendaten liest, die im Speicher 50 gespeichert sind (S160). Die aktuelle Position, der Bestimmungsort und Fahrtrouten dazwischen werden auf der Anzeigevorrichtung 70 ausgegeben.

Für jede der Fahrtrouten liest die Kontrolleinheit 60 Höheninformationen in vorbestimmten Abständen entlang einer bestimmten Fahrtroute (S170) und berechnet dann die Höhendifferenz zwischen jeweils benachbarten Intervallen (I) und (I+1) entlang der betreffenden Fahrtroute (S180). Die Kontrollvorrichtung 60 addiert jede berechnete Höhendifferenz zwischen jeweils benachbarten Intervallpaaren (I) und (I+1) der betreffenden Fahrtroute, so daß die totale Höhendifferenz, die das Fahrzeug zurücklegen muß, wenn es entlang der betreffenden Route fährt, bestimmt wird. Für eine relativ flache oder ebene Fahrtroute ist die insgesamt zurückzulegende Höhendifferenz gering, so daß der Fahrzeugkraftstoffverbrauch, der zum Hoch- und Herunterfahren erforderlich ist, nicht erheblich ist. Das Gegenteil ist jedoch für bergige oder hügelige Strecken der Fall.

Wenn die Antenne 20 von einer Verkehrsbehörde die Signale empfängt, die sich auf die Verkehrssituation beziehen, wandern diese Signale vom Frequenzwandler 10 und Signalprozessor 20 zur Überwachungseinheit 60, die die Verkehrssituation für jede der Fahrtrouten zwischen der aktuellen Position und dem Bestimmungsort bestimmt (S190). Die Überwachungseinheit 60 führt die insgesamt zurückzulegende Höhendifferenz und die Verkehrssituation für die jeweiligen Fahrtrouten zusammen (S200) und liest die dementsprechenden Kraftstoffverbrauchsdaten aus dem Speicher 50 für die jeweiligen Höhendifferenzen und die Verkehrssituation jeder einzelnen Fahrtroute. Auf der Basis der Kraftstoffverbrauchsdaten berechnet die Überwachungseinheit 60 den Kraftstoffverbrauch, den das Fahrzeug benötigen würde, um entlang jeder der Fahrtrouten zu reisen, und vergleicht diese erforderlichen Kraftstoffverbrauchswerte (S210).

Nachdem sichergestellt ist, daß alle der geeigneten Informationen aus dem Speicher 50 gelesen worden sind (S 220), wählt die Überwachungseinheit 60 eine bevorzugte Fahrtroute aus, auf der die geringste Menge an Kraftstoff verbraucht wird (S230). Die bevorzugte Fahrtroute wird auf der Anzeigevorrichtung 70 zusammen mit der aktuellen Position, dem Bestimmungsort und optional auch den anderen Fahrtrouten zwischen der aktuellen Position und dem Bestimmungsort ausgegeben, so daß der Fahrer leicht das Fortschreiten der Reise überwachen kann.

Nach einer vorgegebenen Zeitspanne oder nach dem Zurücklegen einer vorbestimmten Reisestrecke, kann die Überwachungseinheit 60 einige oder alle der oben angegebenen Schritte wiederholen, um die aktuelle Verkehrssituation zu überwachen und die bevorzugte Fahrtroute auf der Basis dieser aktuellen Bedingungen auswählen. Alternativ, wie in Fig. 2 gezeigt, wartet die Überwachungseinheit 60 eine Eingabe eines neuen Bestimmungsortes seitens des Fahrers in die Eingabevorrichtung 10 ab.

Mit Hilfe der vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird die den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordernde Fahrtroute unter Berücksichtigung von Variablen wie der aktuellen Verkehrssituation und Streckenprofil ausgewählt und ausgegeben. Auf diese Weise wird der Fahrer in die Lage versetzt, einen Bestimmungsort auf zügige Weise ohne Verschwenden einer großen Kraftstoffmenge zu erreichen.

Claims (13)

1. Fahrzeugnavigationsverfahren zum Auswählen einer Fahrtroute entsprechend dem Kraftstoffverbrauch, das die Schritte aufweist:
Auswählen eines Bestimmungsortes;
Empfangen von Signalen von GPS-Satelliten;
Bestimmen einer aktuellen Fahrzeugposition auf der Basis der Signale, die von den Satelliten empfangen werden;
Bestimmen von alternativen Fahrtrouten von der aktuellen Fahrzeugposition zum Bestimmungsort;
Berechnen des für jede der alternativen Fahrtrouten erforderlichen Kraftstoffverbrauchs auf der Basis der Höhenveränderungen auf jeder der alternativen Fahrtrouten;
Auswählen einer bevorzugten Fahrtroute, die den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordert, unter den alternativen Fahrtrouten; und
Ausgeben der bevorzugten Fahrtroute.
2. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ausgebens außerdem den Unterschritt des zusätzlichen Ausgebens der aktuellen Fahrzeugposition und der alternativen Fahrtrouten aufweist.
3. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens alternativer Fahrtrouten von der aktuellen Position zum Bestimmungsort den Unterschritt des Lesens von Routendaten aus einem Speicher (50) aufweist.
4. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Lesens von Höheninformationen für die alternativen Fahrtrouten aus einem Speicher (50) aufweist.
5. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens des Kraftstoffverbrauches, der für jede der alternativen Fahrtrouten erforderlich ist, den Unterschritt des Bestimmens der Höhendifferenzen zwischen jeweils benachbarten vorbestimmten Streckenabschnitten der alternativen Fahrtrouten entsprechend den Höheninformationen aufweist.
6. Fahrzeugnavigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens des Kraftstoffverbrauches, der für jede der alternativen Fahrtrouten erforderlich ist, den Unterschritt des Bestimmens der Höhendifferenzen zwischen jeweils benachbarten vorbestimmten Streckenabschnitten der alternativen Fahrtrouten aufweist.
7. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Empfangens von Signalen aufweist, die die Verkehrssituation auf den Straßen im umliegenden Bereich wiedergeben.
8. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens des Kraftstoffverbrauches, der für jede der alternativen Fahrtrouten erforderlich ist, den Unterschritt des Bestimmens der Verkehrssituation für jede der alternativen Fahrtrouten aufweist.
9. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens des Kraftstoffverbrauches, der für jede der alternativen Fahrtrouten erforderlich ist, die folgenden Schritte aufweist:
Lesen von jeweiligen Kraftstoffverbrauchsdaten für jede der alternativen Fahrtrouten entsprechend der Höhendifferenzen und der Verkehrssituation von einem Speicher (50); und
Bestimmen von Gesamtkraftstoffverbrauchsdaten für jede der alternativen Fahrtrouten;
wobei der Schritt des Auswählens einer bevorzugten Fahrtroute den Unterschritt des Vergleichens der Gesamtkraftstoffverbrauchsdaten für jede der alternativen Fahrtrouten aufweist.
10. Fahrzeugnavigationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Wiederholens nach einer vorbestimmten Zeitspanne zumindest des Schrittes des Auswählens einer bevorzugten Fahrtroute, die den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordert, unter den alternativen Fahrtrouten vorsieht.
11. Fahrzeugnavigationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Wiederholens nach einer vorbestimmten Reisestrecke des Fahrzeugs zumindest des Schrittes des Auswählens einer bevorzugten Fahrtroute, die den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordert, unter den alternativen Fahrtrouten vorsieht.
12. Fahrzeugnavigationssystem zum Auswählen einer Fahrtroute nach dem Kraftstoffverbrauch mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es aufweist:
eine Eingabevorrichtung (10) zum Auswählen eines Bestimmungsortes;
eine Antenne (20) zum Empfangen von Signalen von GPS-Satelliten;
einen Frequenzwandler (30) zum Wandeln von Signalen, die von der Antenne empfangen werden, in niederfrequente Signale;
einen Signalprozessor (40) zum Verarbeiten der niederfrequenten Signale in computerlesbare Signale;
einen Speicher (50) zum Speichern von Daten der Straßen im Lokalbereich und Höheninformationen für die Straßen; und
eine auf die computerlesbaren Signale ansprechende Steuereinheit (60), die derart gestaltet ist, daß
eine aktuelle Fahrzeugposition und alternative Fahrtrouten von der aktuellen Fahrzeugposition zum Bestimmungsort bestimmbar sind, und
eine bevorzugte Fahrtroute, die unter Berücksichtigung der Höheninformation den geringsten Kraftstoffverbrauch erfordert, unter den alternativen Fahrtrouten auswählbar ist.
13. Fahrzeugnavigationssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Informationsausgabevorrichtung (70) zum Ausgeben der aktuellen Fahrzeugposition und der alternativen Fahrtrouten und/oder der bevorzugten Fahrtroute aufweist.
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