WO2009071364A1 - Verfahren zur bestimmung einer route und vorrichtung dazu - Google Patents

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WO2009071364A1
WO2009071364A1 PCT/EP2008/063725 EP2008063725W WO2009071364A1 WO 2009071364 A1 WO2009071364 A1 WO 2009071364A1 EP 2008063725 W EP2008063725 W EP 2008063725W WO 2009071364 A1 WO2009071364 A1 WO 2009071364A1
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WO
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energy consumption
route
speed
dependent
consumption values
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PCT/EP2008/063725
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French (fr)
Inventor
Guido Mueller
Michael Laedke
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G01C21/3469—Fuel consumption; Energy use; Emission aspects
    • G—PHYSICS
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    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
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    • G08G1/0962—Arrangements for giving variable traffic instructions having an indicator mounted inside the vehicle, e.g. giving voice messages
    • G08G1/0968—Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle
    • G08G1/096805—Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle where the transmitted instructions are used to compute a route
    • G08G1/096827—Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle where the transmitted instructions are used to compute a route where the route is computed onboard
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    • G08G1/0962—Arrangements for giving variable traffic instructions having an indicator mounted inside the vehicle, e.g. giving voice messages
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    • G08G1/096833—Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle where different aspects are considered when computing the route
    • G08G1/096838—Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle where different aspects are considered when computing the route where the user preferences are taken into account or the user selects one route out of a plurality

Definitions

  • the invention is based on a method and a device according to the preamble of the independent claims.
  • a fast route over the highway usually has a longer route than a short route, so more energy is needed to handle the longer route at higher speed during this lower engine run time.
  • the short route is similar in that at much lower speeds, less energy is needed to move the vehicle, but the time to travel the route is longer and the number of acceleration times is greater. Since neither the travel time nor the route length correlate directly with the energy consumption, an optimal route in terms of travel time or route will generally not represent the optimum in terms of energy consumption.
  • Current realizations for Determining a low-energy route follows the approach of finding an optimized route for a mixture of short route and fast route criteria, assuming that it tends to consume less fuel than without this mixture of criteria.
  • a vehicle navigation system which determines a plurality of alternative routes from an origin to a destination and selects from these alternative routes the one for a route guidance, for which the fuel consumption is the lowest. In order to determine the fuel consumption of each of the alternative routes, the ones on these
  • Fuel consumption values for gradients and gradients provided so that each absolute fuel consumption for a leg from a vehicle-specific average consumption value and the topology-dependent relative values can be determined.
  • Total energy consumption is improved. This is achieved by assigning energy consumption values to elements of the map data on the basis of which the determination of the route takes place, the energy consumption values according to the invention containing a speed-dependent component for holding a speed.
  • the energy consumption values to be used as a basis for the route determination are then determined for each of a specific element of the map data from speed information associated with this element, in particular a speed which is typical for this element. For example, it may be at a certain element, in particular a
  • Track section or a road section assigned speed information to act at a typical driving speed for this element, which is as such in the map data individually associated with the individual elements or stored for example street class specific.
  • the energy consumption value for this element or at least the speed-dependent proportion of the energy consumption value can then be read out by assigning a stored, speed-dependent consumption value, for example, from a table.
  • Energy consumption values are or are assigned. This increases the effort required to store the values, but element-specific features can be taken into account more easily.
  • the speed information associated with an element of the map data is adapted starting from a stored value by evaluating actual traveled speeds.
  • vehicle-specific influencing factors such as type of vehicle (car, truck, ...), drive type, such as petrol, diesel, LPG, natural gas, ethanol or electric motor or hybrid drive, manual or automatic transmission, typical energy consumption values, tires Loading conditions and attachments, such as roof racks, trailers and the like and / or
  • External event-dependent influencing variables such as weather conditions, messages about traffic-relevant events such as in particular traffic disruptions and / or
  • Driver-specific influences such as in particular a driving style of the driver (sporty / conservative / energy-saving) into account.
  • Influencing variables determines a multi-dimensional map for the speed-dependent proportion of energy consumption values, which is based on the determination of the respective speed-dependent portion of the energy consumption value.
  • At least a portion of the elements of the map data here in particular nodes in which road sections depicting edges are linked to each other, so for example, intersections, freeways and the like representing elements of the map data assigned an acceleration-dependent energy consumption value share.
  • the exemplified and further traffic junctions be considered particularly advantageous in the determination of an energy consumption optimized route.
  • a time-dependent energy consumption value component for example, by the running even at a standstill combustion engine about when waiting
  • the driving time results from a forecast of the total driving time based on typical speed values for individual sections of the route or specific ones
  • the invention can be advantageously implemented in a navigation device for motor vehicles. It is not limited to onboard navigation. In particular, solutions for route computers on the Internet are conceivable.
  • Figure 1 is a block diagram of a vehicle navigation system as an example of an arrangement for carrying out the method according to the invention
  • Figure 2 is a diagram of the example of the relationship between vehicle speed and speed-dependent
  • the reference numeral 1 denotes the arrangement according to the invention for carrying out the method according to the invention, here without limiting the generality of the invention using the example of a navigation system for permanent or at least temporary use in a motor vehicle, ie a vehicle navigation system.
  • the method may be applied to, for example, an Internet portal or a stand-alone PC program or the like.
  • the navigation device 1 comprises, in a manner known per se, means 11 for self-locating and thus for determining a current vehicle location, for example a receiver for GPS satellite positioning signals, preferably additionally inertial sensors and the like, whereby the respective current location is determined from a combination of these signals.
  • a destination Via an operating device 12, which preferably has control elements, a destination can be entered by the user.
  • a route calculation module 13 which is preferably a software module that is processed by a computer of a central controller 10 of the navigation system 1, calculates a route from the current vehicle location to the entered destination via a traffic route network represented by map data 14 stored in a mass memory 14 becomes.
  • the map data 14 includes elements, namely, edges representing road sections and nodes representing intersections, freeways, and other traffic nodes. These elements are assigned energy consumption values. In the case of the edges, these comprise a speed-dependent portion, which results from an energy expenditure required to maintain a currently driven speed. This depends in particular on the currently driven speed itself. This will be discussed in more detail later.
  • the Node assigned energy consumption values include here an acceleration-dependent portion which results from the energy expenditure for accelerating the vehicle from a first speed, for example standstill, to a second speed. This proportion is dependent on numerous parameters, which will be discussed later.
  • nodes can also be provided, for example, within sections of sections at locations where, for example, a speed limit on a motorway is canceled, so that acceleration processes at this point can advantageously be considered directly as acceleration.
  • nodes can also be assigned energy consumption value components which result from a basic consumption when the vehicle is at a standstill. When the engine is running, a modern-day car consumes about 0.5 liters of fuel per hour at a standstill, for example, in front of a traffic light or a railroad crossing.
  • a driver information system which includes, among other things, the navigation system, a comfort equipment, such as a seat heating and interior air conditioning and, for example, the
  • the route calculation takes place in such a way that a route is determined with the lowest possible energy consumption.
  • the exact mode of operation will be explained in more detail later and is essentially based on the fact that the calculation process takes place according to, for example, Ford Moore or Dijkstra via the energy consumption values instead of the route segment lengths, for example for the criterion shortest route.
  • the calculated route is stored in a route memory 18 and based on a subsequent route guidance, wherein in the course of locomotion of the vehicle determines its respective current location and with the Route profile is adjusted and if necessary guidance instructions for following the route generated and output acoustically, for example, as a synthesized speech via an output device 16.
  • the route can also be displayed, for example, on a display 19 in a map representation.
  • the navigation system 1 further advantageously has a statistics component 101, which is implemented as a software module by the computer 10.
  • This statistical component 101 has the task of detecting energy-relevant data during operation of the vehicle and in a parameter memory
  • the statistics component 101 evaluates a respectively current vehicle speed and relates it to, for example, the road class of the currently traveled road.
  • Parameter memory 17 to adapt to preferences of the driver regarding a speed on a road of a particular road class. Likewise, energy consumption value shares for certain route sections or nodes can also be detected and statistically processed. For example, in this way the driving style, sporty, defensive, consumption-optimized or the like, of the vehicle driver and its influence on the energy consumption can be mapped onto the stored information.
  • TMC traffic reports in accordance with ISO 14819, which are obtained, for example, via a radio receiver 15, can also be taken into account for the route calculation.
  • the stored energy consumption values are changed as a function of the traffic reports received for the affected sections of the route. The degree of change is preferably dependent on the nature of the
  • Optimization criteria can be determined, for. As the travel time, route or as in the present case, the energy consumption. In order to make the actual optimization process independent of the criterion, the criteria values to be optimized are described by an abstract resistor.
  • the digitized traffic route network used for the route calculation is regularly represented by nodes and edges.
  • the edges represent the traffic route sections (road sections) and the nodes represent the traffic nodes (intersections).
  • At least the edges, in a preferred embodiment also the transitions in the nodes, are assigned resistors.
  • Edge resistance describes the travel time or distance of the edge. Within a node usually no distance is covered, so that a travel time or route does not arise. Instead, the node resistance essentially describes the maneuver to get from the input to the output edge of the node.
  • a possible new route is compared with an old, previously determined route to the destination with regard to its resistance. An optimization is performed if the new route has better resistance than the old one. This is the new Route continues to be used as a route and replaces the old one. Otherwise, the old will continue to be used and the new discarded.
  • the basis for the energy-optimized route is the determination of the probable energy consumption for each possible route.
  • the energy consumption for maintaining the travel speed on the route is essential for the energy consumption. Assuming a nearly constant speed, the counteracting
  • another physical aspect is essential, namely the acceleration.
  • the energy expenditure required to accelerate the vehicle from a first speed, for example from a stationary position, to a second speed is to be considered.
  • EV total distance ⁇ EV B + ⁇ EV S + EV T / 2 /
  • the energy consumption component for acceleration processes is a function f ⁇ c (a)
  • Vehicle a type of drive, a typical energy consumption and of
  • the energy consumption fraction for holding a current driving speed is a function f E c (v) depending on the type of vehicle, a type of drive, a typical energy consumption, a tire and attachments and the like, road-specific characteristics, namely in particular a slope and external influences, such as the weather conditions.
  • the relationship according to FIG. 2 results. Accordingly, the energy consumption first decreases with increasing speed.
  • Map data also references to a single stored map or classifications to assign a particular section or part of the Map filed. It is essential that due to the stored data each card element that is taken into account in the route calculation, the essential energy consumption information can be assigned specifically.
  • the instantaneous energy consumption f E v (a) can be described by a function of the acceleration. Starting from a constant acceleration results for the acceleration process
  • ⁇ f EV ⁇ a) - ⁇ Fmal a fM
  • the function of the instantaneous energy consumption includes the dependencies with respect to the acceleration described in the table above and shown in the table.
  • the corresponding relationships between the parameters can preferably be represented by tables due to the complex relationships. They are preferably announced to the system initially and can be adapted successively by a statistical component.
  • the waiting times typical for certain maneuvers are taken into account by the probability function p (M) as a function of the maneuver.
  • the instantaneous energy consumption can be described by a function of the speed. Starting from a constant speed results in an energy consumption along the route according to the following
  • the function of the current energy consumption includes the speed dependencies shown in the table and described above.
  • the corresponding relationships between the parameters can preferably be represented by tables due to the complex relationships. They are announced to the system Initial and can be adapted successively by a statistical component.
  • the influence of bends and traffic disturbances along the route must be described by additional acceleration processes. It is usually slowed down before corners and it must be accelerated again afterwards. This fact takes into account the additional energy consumption according to the following formula. 777 / SV section curve I f ( ⁇
  • the energy consumption to cover the distance corresponds to the resistance in the route calculation.

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Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Route von einem Start-zu einem Zielpunkt, wobei eine mit Blick auf den Energieverbrauch optimierte Route bestimmt wird, wozu Elementen von ein Verkehrswegenetz abbildenden Kartendaten, auf deren Grundlage die Bestimmung der Route erfolgt, Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverbrauchswerte einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil zum Halten einer Geschwindigkeit enthalten sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung mit den Merkmalen derunabhängigen Patentansprüche hat den Vorteil, dass eine Routenbestimmung mit dem Ziel eines möglichst geringen Gesamtenergieverbrauchs verbessert wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Route und Vorrichtung dazu
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche aus.
Aktuelle Navigationssysteme ermöglichen die Bestimmung von Routen, welche hinsichtlich bestimmter Kriterien ein Optimum darstellen, wie beispielsweise kürzeste Fahrzeit oder Fahrstrecke. Zusätzlich können bestimmte Routenabschnitte von der Routenbestimmung ausgenommen werden, wie beispielsweise Tunnel, Mautstraßen oder Fähren. Des Weiteren kann durch die Berücksichtigung von digital codierten und beispielsweise gemäß ISO 14819 über Rundfunk übertragenen Verkehrsmeldungen eine jeweils aktuelle Verkehrslage, das heißt insbesondere aktuelle Verkehrsstörungen bei der Routenbestimmung berücksichtigt werden.
Eine schnelle Route über die Autobahn weist gegenüber einer kurzen Route meist eine längere Fahrstrecke auf, sodass während dieser geringeren Motorlaufzeit dennoch mehr Energie zur Bewältigung der längeren Strecke bei höherer Geschwindigkeit benötigt wird. Für die kurze Route lässt sich umgekehrt ähnliches feststellen, da bei meist geringeren Geschwindigkeiten zwar weniger Energie für die Bewegung des Fahrzeugs benötigt wird, jedoch die Zeit für das Zurücklegen der Strecke länger und auch die Anzahl der Beschleunigungsvorgänge größer ist. Da weder die Fahrzeit, noch die Streckenlänge mit dem Energieverbrauch direkt korrelieren, wird eine hinsichtlich der Reisezeit oder Fahrstrecke optimale Route in der Regel nicht das Optimum bezüglich des Energieverbrauchs darstellen. Aktuelle Realisierungen zur Bestimmung einer energieverbrauchsgünstigen Route verfolgen den Ansatz, eine optimierte Route hinsichtlich einer Mischung der Kriterien kurze Route und schnelle Route zu ermitteln, wobei angenommen wird, dass damit tendenziell weniger Kraftstoff verbraucht als ohne diese Kriterienmischung.
Aus der DE 196 05 458 Cl ist ein Fahrzeugnavigationssystem bekannt, das eine Mehrzahl von alternativen Routen von einem Ausgangs- zu einem Zielort bestimmt und aus diesen alternativen Routen diejenige für eine Zielführung auswählt, für die der Kraftstoffverbrauch am geringsten ist. Zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs einer jeden der alternativen Routen werden die auf diesen
Routen zu überwindenden Höhendifferenzen ausgewertet, wobei ein direkter Zusammenhang zwischen Kraftstoffverbrauch und zu überwindender Höhendifferenz angenommen wird.
In der EP 1 505 555 Bl ist eine Weiterentwicklung des obengenannten
Fahrzeugnavigationssystems beschrieben, bei dem zur Bestimmung der verbrauchsgünstigsten Route zusätzlich eine zeitliche Obergrenze für die Gesamtfahrzeit der ausgewählten Route berücksichtigt wird, so dass im Ergebnis eine verbrauchsgünstigste Route aus der Menge der möglichen Routen bestimmt wird, die eine maximale Fahrzeit nicht überschreiten. Weiter werden relative
Kraftstoffverbrauchswerte für Steigungs- und Gefällestrecken vorgesehen, so dass ein jeweils absoluter Kraftstoffverbrauch für eine Teilstrecke aus einem fahrzeugspezifischen Durchschnittsverbrauchswert und den topologieabhängigen Relativwerten bestimmbar ist .
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat den Vorteil, dass eine Routenbestimmung mit dem Ziel eines möglichst geringen
Gesamtenergieverbrauchs verbessert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass Elementen der Kartendaten, auf deren Grundlage die Bestimmung der Route erfolgt, Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, wobei die Energieverbrauchswerte erfindungsgemäß einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil zum Halten einer Geschwindigkeit enthalten.
Vorteilhaft werden dann die der Routenbestimmung zugrunde zu legenden Energieverbrauchswerte für jeweils ein bestimmtes Element der Kartendaten aus diesem Element zugeordneten Geschwindigkeitsinformationen, insbesondere einer für dieses Element typischen Geschwindigkeit, bestimmt. Beispielsweise kann es sich bei einer einem bestimmten Element, insbesondere einem
Streckenabschnitt bzw. einem Straßenabschnitt, zugeordneten Geschwindigkeitsinformation um eine für dieses Element typische Fahrgeschwindigkeit handeln, die als solche in den Kartendaten den einzelnen Elementen individuell zugeordnet oder beispielsweise straßenklassenspezifisch gespeichert ist. Der Energieverbrauchswert für dieses Element oder zumindest der geschwindigkeitsabhängige Anteil des Energieverbrauchswerts kann dann durch Zuordnung eines gespeicherten, geschwindigkeitsabhängigen Verbrauchswerts beispielsweise aus einer Tabelle ausgelesen werden.
Alternativ kann es jedoch vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass bestimmten
Elementen der Kartendaten, also vorzugsweise bestimmten Strecken- oder Straßenabschnitten, bestimmte geschwindigkeitsabhängige
Energieverbrauchswerte zugeordnet sind oder werden. Hierdurch steigt der Aufwand zur Speicherung der Werte, jedoch können elementspezifische Besonderheiten leichter berücksichtigt werden.
Vorteilhaft ist weiter vorgesehen, dass die einem Element der Kartendaten zugeordneten Geschwindigkeitsinformationen ausgehend von einem gespeicherten Wert durch Auswertung tatsächlicher gefahrener Geschwindigkeiten angepasst werden. Vorteilhaft werden vorzugsweise auch die geschwindigkeitsabhängigen Anteile der Energieverbrauchswerte für die - A -
verschiedenen Geschwindigkeiten ausgehend von gespeicherten Werten durch Auswertung tatsächlicher Energieverbrauchswerte angepasst.
Vorteilhaft werden bei den geschwindigkeitsabhängigen Anteilen der Energieverbrauchswerte weitere Einflussgrößen, wie insbesondere
- fahrzeugspezifische Einflussgrößen, wie etwa Art des Fahrzeugs (Pkw, Lkw, ...), Antriebsart, wie Otto-, Diesel-, Autogas-, Erdgas-, Ethanol- oder Elektromotor oder Hybridantrieb, Handschalt- oder Automatikgetriebe, typische Energieverbrauchswerte, Bereifung, Beladungszustände und Anbauten, wie Dachgepäckträger, Anhänger und dergleichen und/oder
- straßenabschnittsspezifische Einflussgrößen, wie Steigungen, Kurven, Kreuzungen, Straßenwechsel und dergleichen, und/oder
- äußere ereignisabhängige Einflussgrößen, wie Wetterverhältnisse, Meldungen über verkehrsrelevante Ereignisse wie insbesondere Verkehrsstörungen und/oder
- fahrerspezifische Einflüsse, wie insbesondere ein Fahrstil des Fahrzeugführers (sportlich / konservativ / energiesparend) berücksichtigt.
Vorteilhaft wird zur Berücksichtigung der genannten oder zusätzlicher weiterer
Einflussgrößen ein mehrdimensionales Kennfeld für den geschwindigkeitsabhängigen Anteil der Energieverbrauchswerte bestimmt, welches der Bestimmung des jeweiligen geschwindigkeitsabhängigen Anteils des Energieverbrauchswerts zugrunde gelegt wird.
Vorzugsweise wird zusätzlich zumindest einem Teil der Elemente der Kartendaten, hier insbesondere Knoten, in denen Straßenabschnitte abbildende Kanten miteinander verknüpft sind, also beispielsweise Kreuzungen, Autobahnauffahrten und dergleichen repräsentierende Elemente der Kartendaten ein beschleunigungsabhängiger Energieverbrauchswert-Anteil zugeordnet.
Damit können die beispielhaft genannten und weitere Verkehrsknotenpunkte, besonders vorteilhaft bei der Bestimmung einer energieverbrauchsoptimierten Route berücksichtigt werden.
Daneben wird vorzugsweise den oder zumindest einem Teil der Elemente zusätzlich ein zeitabhängiger Energieverbrauchswert-Anteil zugeordnet. So wird auch ein zeitabhängiger Grundenergieverbrauch, der beispielsweise durch den auch im Stillstand laufenden Verbrennungsmotor etwa bei Wartezeiten an
Kreuzungen und andere Grundlasten verursacht wird, vorteilhaft berücksichtigt.
Die Fahrzeit ergibt sich dabei aus einer Prognose der Gesamtfahrzeit anhand typischer Geschwindigkeitswerte für einzelne Streckenabschnitte oder bestimmte
Straßenklassen.
Die Erfindung kann vorteilhaft in einem Navigationsgerät für Kraftfahrzeuge implementiert werden. Sie ist aber nicht auf Onboardnavigation beschränkt. Es sind insbesondere Lösungen für Routenrechner im Internet denkbar.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugnavigationssystems als Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 2 ein Diagramm, aus dem beispielhaft der Zusammenhang zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit und geschwindigkeitsabhängigem
Energieverbrauchsanteil hervorgeht. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung am Beispiel eines Navigationssystems zur dauerhaften oder zumindest temporären Verwendung in einem Kraftfahrzeug, also ein Fahrzeugnavigationssystem. Alternativ kann das Verfahren beispielsweise auch auf einem Internetportal oder einem eigenständigen PC- Programm oder dergleichen angewendet werden.
Das Navigationsgerät 1 umfasst in an sich bekannter Weise Mittel 11 zur Eigenortung und damit zur Bestimmung eines aktuellen Fahrzeugstandorts, beispielsweise einen Empfänger für GPS-Satellitenortungssignale, bevorzugt zusätzlich Inertialsensoren und dergleichen mehr, wobei aus einer Verknüpfung dieser Signale der jeweils aktuelle Standort bestimmt wird. Über eine Bedieneinrichtung 12, welche vorzugsweise über Bedienelemente verfügt, kann vom Benutzer ein Fahrziel eingegeben werden. In der Folge berechnet ein Routenberechnungsmodul 13, welches vorzugsweise ein Softwaremodul ist, das von einem Rechner einer zentralen Steuerung 10 des Navigationssystems 1 abgearbeitet wird, eine Route vom aktuellen Fahrzeugstandort zum eingegebenen Fahrziel über ein Verkehrswegenetz, welches durch in einem Massenspeicher 14 gespeicherte Kartendaten 14 repräsentiert wird.
Die Kartendaten 14 umfassen Elemente, nämlich Kanten, die Straßenabschnitte repräsentieren und Knoten, die Kreuzungen, Autobahnauffahrten und andere Verkehrsknoten repräsentieren. Diesen Elementen sind Energieverbrauchswerte zugeordnet. Im Falle der Kanten umfassen diese einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil, der sich aus einem Energieaufwand ergibt, der zum Halten einer aktuell gefahrenen Geschwindigkeit erforderlich ist. Dieser ist insbesondere von der aktuell gefahrenen Geschwindigkeit selbst abhängig. Hierauf wird an späterer Stelle näher eingegangen. Vorzugsweise sind auch den Knoten Energieverbrauchswerte zugeordnet. Diese umfassen hier einen beschleunigungsabhängigen Anteil, der sich aus dem Energieaufwand zum Beschleunigen des Fahrzeugs von einer ersten Geschwindigkeit, beispielsweise Stillstand, auf eine zweite Geschwindigkeit ergibt. Auch dieser Anteil ist von zahlreichen Parametern abhängig, worauf später eingegangen wird.
Vorzugsweise können Knoten auch beispielsweise innerhalb von Streckenabschnitten an Stellen vorgesehen werden, an denen etwa eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf einer Autobahn aufgehoben wird, so dass auch Beschleunigungsvorgänge an dieser Stelle vorteilhaft direkt als Beschleunigung berücksichtigt werden könne. Darüber hinaus können insbesondere Knoten auch Energieverbrauchswert-Anteile zugeordnet werden, die sich aus einem Grundverbrauch bei Stillstand des Fahrzeugs ergeben. Bei laufendem Motor verbraucht ein heutiger Pkw im Stillstand beispielsweise vor einer Ampel oder einem Bahnübergang ca. 0,5 Liter Kraftstoff pro Stunde. Dieser Grundverbrauch ergibt sich aus den zu überwindenden Reibungsverlusten im Motor und darüber hinaus dem Energiebedarf im Fahrzeug betriebener elektrischer Verbraucher, eines Fahrerinformationssystems, welches unter anderem auch das Navigationssystem umfasst, einer Komfortausstattung, wie etwa einer Sitzheizung und Innenraum- Klimatisierung sowie beispielsweise der
Motorsteuerung.
Erfindungsgemäß erfolgt die Routenberechnung derart, dass eine Route mit kleinst möglichem Energieverbrauch bestimmt wird. Die exakte Funktionsweise wird an späterer Stelle genauer ausgeführt und basiert im wesentlichen darauf, dass der Berechnungsvorgang nach beispielsweise Ford-Moore oder Dijkstra über die Energieverbrauchswerte anstelle der beispielsweise beim Kriterium kürzeste Route Streckenabschnittslängen erfolgt.
Die berechnete Route wird in einem Routenspeicher 18 abgelegt und einer nachfolgenden Zielführung zugrunde gelegt, wobei im Zuge der Fortbewegung des Fahrzeugs dessen jeweils aktueller Standort bestimmt und mit dem Routenverlauf abgeglichen wird und bedarfsweise Zielführungshinweise zum Befolgen der Route erzeugt und beispielsweise als synthetisierte Sprache über eine Ausgabeeinrichtung 16 akustisch ausgegeben werden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Route beispielsweise auf einem Display 19 in einen Kartendarstellung eingezeichnet dargestellt werden.
Das Navigationssystem 1 weist weiterhin vorteilhaft eine Statistikkomponente 101 auf, die als Softwaremodul realisiert vom Rechner 10 abgearbeitet wird. Diese Statistikkomponente 101 hat die Aufgabe, im Betrieb des Fahrzeugs energieverbrauchsrelevante Daten zu erfassen und in einem Parameterspeicher
17 hinterlegte Werte entsprechend den erfassten Daten nach gängigen statistischen Verfahren anzupassen. Beispielsweise wertet die Statistikkomponente 101 eine jeweils aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit aus und setzt diese zu beispielsweise der Straßenklasse der aktuell befahrenen Straße in Bezug. Somit ist es möglich, das Navigationssystem bzw. in dessen
Parameterspeicher 17 an Vorlieben des Fahrzeugführers betreffend eine Geschwindigkeit auf einer Straße einer bestimmten Straßenklasse anzupassen. Ebenso können auch Energieverbrauchswert-Anteile für bestimmte Streckenabschnitte oder Knoten erfasst und statistisch verarbeitet werden. Beispielsweise kann auf diese Weise der Fahrstil, sportlich, defensiv, verbrauchsoptimiert oder dergleichen, des Fahrzeugführers und dessen Einfluss auf den Energieverbrauch auf die gespeicherten Informationen abgebildet werden.
Bei diesem Navigationsgerät 1 können für die Routenberechnung auch beispielsweise über einen Rundfunkempfänger 15 erhaltene, beispielsweise sogenannte TMC-Verkehrsmeldungen gemäß ISO 14819, berücksichtigt werden. Dazu werden die gespeicherten Energieverbrauchswerte in Abhängigkeit der erhaltenen Verkehrsmeldungen für die betroffenen Streckenabschnitte verändert. Das Maß der Veränderung wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit der Art des
Störungsereignisses und dessen Ausdehnung oder alternativ der Auswirkungen des Ereignisses auf den Verkehrsfluss gesteuert. Allgemeine Grundlagen der Routenberechnung in heutigen Navigationssystemen
Bei einer Routenberechnung sollen die Routen hinsichtlich verschiedener
Optimierungskriterien bestimmt werden können, z. B. der Reisezeit, Fahrstrecke oder wie im vorliegenden Fall der Energieverbrauch. Um das eigentliche Optimierungsverfahren vom Kriterium unabhängig zu gestalten, werden die zu optimierenden Kriterienwerte durch einen abstrakten Widerstand beschrieben.
Das für die Routenberechnung verwendete digitalisierte Verkehrswegenetz wird regelmäßig durch Knoten und Kanten repräsentiert. Dabei stellen die Kanten die Verkehrswegeabschnitte (Straßenabschnitte) und die Knoten die Verkehrsknoten (Kreuzungen) dar. Zumindest den Kanten, in bevorzugter Ausgestaltung auch den Übergängen in den Knoten sind dabei Widerstände zugeordnet. Der
Kantenwiderstand beschreibt dabei die Reisezeit oder Strecke der Kante. Innerhalb eines Knotens wird zumeist keine Strecke zurückgelegt, sodass sich eine Reisezeit oder Fahrtstrecke nicht ergibt. Stattdessen beschreibt der Knotenwiderstand im Wesentlichen das Manöver um von der Eingangs- zur Ausgangskante des Knotens zu gelangen.
Die Summe der Widerstände der auf einer Strecke passierten Kanten und Knoten ergibt den Gesamtwiderstand der Strecke.
M ^Gesamtstrecke ~ 2^ Kante "*" /_^ ^Knoten ' *■'
1 1
Bei der Optimierungsprüfung der Routenberechnung wird eine mögliche neue Strecke mit einer alten, zuvor bestimmten Strecke zum Ziel hinsichtlich ihres Widerstands verglichen. Es wird eine Optimierung durchgeführt, falls die neue Strecke einen besseren Widerstand als die alte aufweist. Dabei wird die neue Strecke als Route weiter verwendet und ersetzt die alte. Ansonsten wird die alte weiter verwendet und die neue verworfen.
Grundlagen der energieverbrauchsoptimierten Route
Basis für die energieverbrauchsoptimierte Route ist die Bestimmung des wahrscheinlichen Energieverbrauchs je möglicher Strecke. Für das Zurücklegen einer Strecke ist für den Energieverbrauch der Energieverbrauch für das Halten der Fahrgeschwindigkeit auf der Strecke wesentlich. Unter der Annahme einer nahezu konstanten Geschwindigkeit, müssen die entgegenwirkenden
Bremseffekte (Rollreibung, Luftwiderstand u. ä.) durch kontinuierliche Energiezufuhr überwunden werden.
Daneben ist ein weiterer physikalischer Aspekt wesentlich, nämlich die Beschleunigung. Zu betrachten ist dabei der Energieaufwand, der erforderlich ist, um das Fahrzeug von einer ersten Geschwindigkeit, beispielsweise aus dem Stand, auf eine zweite Geschwindigkeit zu beschleunigen.
Für die gesamte Strecke ergibt sich somit ein Energieverbrauch aus der Summe der Verbrauche für den Beschleunigungsanteil und dem zum Halten der
Geschwindigkeit auf der Strecke.
N M
EVGesamtstrecke = ∑EVB +∑EVS + EVT /2/
1 1
Diese beiden Aspekte werden durch äußere Einflüsse unterschiedlich beeinflusst, wobei der Berücksichtigung dieser Einflüsse beispielhaft die nachstehende Tabelle zugrunde gelegt wird.
Figure imgf000013_0001
X1 Nur indirekt über die Geschwindigkeit
Demnach ist beispielsweise der Energieverbrauchsanteil für Beschleunigungsvorgänge eine Funktion fεc(a)
- fahrerspezifischer Einflüsse, nämlich abhängig vom Fahrstil des Fahrers, fahrzeugspezifischer Einflüsse, nämlich abhängig von der Art des
Fahrzeugs, einer Antriebsart, eines typischen Energieverbrauchs und von
Anbauten und dergleichen, und äußerer Einflüsse, wie der Wetterverhältnisse.
Demnach ist der Energieverbrauchsanteil für das Halten einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit eine Funktion fEc(v) fahrzeugspezifischer Einflüsse, nämlich abhängig von der Art des Fahrzeugs, einer Antriebsart, eines typischen Energieverbrauchs, einer Bereifung und von Anbauten und dergleichen, straßenspezifischen Eigenschaften, nämlich insbesondere einer Steigung und äußerer Einflüsse, wie der Wetterverhältnisse.
Beispielsweise ergibt sich für den Energieverbrauchsanteil für das Halten der Geschwindigkeit auf ebener Strecke der Zusammenhang gemäß Figur 2. Demnach fällt der Energieverbrauch zunächst mit steigender Geschwindigkeit ab.
Dies resultiert daraus, dass bei sehr geringen Geschwindigkeiten kleiner beispielsweise 25 km/h kein nennenswerter Luftwiderstand aber hoher Rollwiderstand herrscht, das Fahrzeug aber in einem kleinen Gang und somit mit bezogen auf die zurückgelegte Strecke hoher Zahl an Verbrennungszyklen bewegt wird. In einem mittleren Geschwindigkeitsbereich von hier beispielsweise ca. 25 bis 60 km/h bleibt der geschwindigkeitsabhängige Energieverbrauchsanteil konstant niedrig. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt zwar der zur Überwindung des Luftwiderstandes erforderliche Energieaufwand, demgegenüber kann das Fahrzeug aber in einem größeren Gang bewegt werden, wodurch sich eine Einsparung an Energie ergibt. Diese beiden Effekte überlagern sich hier derart, dass sie sich gegenseitig aufheben. Ab einer Geschwindigkeit von hier beispielsweise 60 km/h steigt durch den zunehmenden Einfluss des Luftwiderstandes stetig an, ab ca. 100 km/h kann dieser Anstieg auch nicht durch weiteres Hochschalten kompensiert werden, so dass der Anstieg steiler wird.
Für Steigungs- oder Gefällestrecken sowie in Abhängigkeit der weiteren dargelegten Einflussgrößen ergeben sich ähnliche, in Details abweichende Verläufe. Die Summen dieser Verläufe können vorzugsweise als Kennfeld den Kartenelementen zugeordnet abgespeichert werden. Alternativ können in den
Kartendaten auch Verweise auf ein einziges gespeichertes Kennfeld oder aber Klassifizierungen zur Zuordnung eines bestimmten Ausschnitts oder Teils des Kennfeldes abgelegt sein. Wesentlich ist dabei, dass aufgrund der gespeicherten Daten jedem Kartenelement, das in der Routenberechnung berücksichtigt wird, die wesentlichen Energieverbrauchsinformationen spezifisch zugeordnet werden können.
Beschleunigung
Der momentane Energieverbrauch fEv(a) kann durch eine Funktion der Beschleunigung beschrieben werden. Ausgehend von einer konstanten Beschleunigung ergibt sich für den Beschleunigungsvorgang ein
Energieverbrauch entsprechend folgender Formel.
— v
EVB = t Start >
■ fEV{a) = -{ Fmal a fM
/3/
Dabei ist t die Zeit und v die Geschwindigkeit.
Die Funktion des momentanen Energieverbrauchs beinhaltet dabei die in oben beschriebenen und in der Tabelle dargestellten Abhängigkeiten bezüglich der Beschleunigung. Die entsprechenden Zusammenhänge zwischen den Parametern lassen sich aufgrund der komplexen Zusammenhänge vorzugsweise durch Tabellen abbilden. Sie werden dem System vorzugsweise initial bekannt gegeben und können durch eine Statistikkomponente sukzessive adaptiert werden.
Der Einfluss der Kreuzungen und Straßenwechsel wird durch die
Geschwindigkeitsdifferenzen an diesen Stellen beschrieben. In Abhängigkeit vom Fahrmanöver lässt sich für den Widerstand die Wahrscheinlichkeit für den erforderlichen Beschleunigungsvorgang festlegen. So muss bei einem Linksabbiegen mit größerer Wahrscheinlichkeit abgebremst und erneut beschleunigt werden, als bei anderen Manövern. RB = p(M)- EVB = p(M) Final — v Start J a fM EV /4/
Die für bestimmte Manöver typischen Wartezeiten werden durch die Wahrscheinlichkeitsfunktion p(M) in Abhängigkeit des Manövers berücksichtigt.
Halten der Geschwindigkeit auf der Strecke
Der momentane Energieverbrauch kann durch eine Funktion der Geschwindigkeit beschrieben werden. Ausgehend von einer konstanten Geschwindigkeit ergibt sich entlang der Strecke ein Energieverbrauch entsprechend folgender
Formel.
^ Y = t ' J EV ^y Strecke ) = J EV \^ Strecke )
V Strecke /ζ>/
Dabei ist S die Streckenlänge.
Die Funktion des momentanen Energieverbrauchs beinhaltet dabei die in der Tabelle dargestellten und oben beschriebenen Abhängigkeiten bezüglich der Geschwindigkeit. Die entsprechenden Zusammenhänge zwischen den Parametern lassen sich aufgrund der komplexen Zusammenhänge vorzugsweise durch Tabellen abbilden. Sie werden dem System Initial bekannt gegeben und können durch eine Statistikkomponente sukzessive adaptiert werden. Der Einfluss von Kurven und Verkehrsstörungen entlang der Strecke muss durch zusätzliche Beschleunigungsvorgänge beschrieben werden. Vor Kurven wird meist abgebremst und es muss im Anschluss erneut beschleunigt werden. Diesem Umstand trägt der zusätzliche Energieverbrauch entsprechend nachfolgender Formel Rechnung. 777/S V Strecke Kurve I f ( \
11 V KKuurrvvee — ' J J EEVV \a ) a /6/
Bei Verkehrsstörungen, wie z.B. Staus, ist zum einen die Durchschnittsgeschwindigkeit herabgesetzt und zum anderen kommt es aber zu zusätzlichen Brems- und Beschleunigungsvorgängen. Beide Effekte haben eine entgegen gesetzte Wirkung, zum einen sinkt und zum anderen steigt der Energieverbrauch aber.
rijrS Verkehrsstörung r ( 1 , V Strecke Verkehrsstörung 1 r i \ 1-7 j
^ ' Verkehrsstörung ~ J EV V Verkehrsstörung I "" J EV \a ) ' ' '
"Verkehrsstörung "
Hierbei muss dafür Sorge getragen werden, dass eine gestörte Strecke hinsichtlich des Energieverbrauchs nicht besser bewertet werden darf, auch wenn es mathematisch vielleicht korrekt wäre. Es wäre nicht verständlich, wenn ein bestimmter Streckenabschnitt ausschließlich gewählt wird, wenn dort eine Verkehrstörung vorliegt.
πyS — FV ' FSreier Verkehr w Wptrllmll ( \±F*, V V VSerkehrsstörung < ^ ^ FV ' FSreier Verkehr \ 1 inj h VStrecke, Verkehrsstorung = E VS (gyS < EVS )
^ ' Verkehrsstörung w ^1111 V^ ' Freier Verkehr — ^ r Verkehrsstörung )
Der Energieverbrauch zum Zurücklegen der Strecke entspricht dabei dem Widerstand bei der Routenberechnung.
DJ FV
^Gesamt ~ 1^ ' Gesamt IQl

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bestimmung einer Route von einem Start- zu einem Zielpunkt, wobei eine mit Blick auf den Energieverbrauch optimierte Route bestimmt wird, wozu Elementen von ein Verkehrswegenetz abbildenden Kartendaten, auf deren
Grundlage die Bestimmung der Route erfolgt, Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverbrauchswerte einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil zum Halten einer Geschwindigkeit enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverbrauchswerte für ein bestimmtes Element der Kartendaten aus diesem Element zugeordneten Geschwindigkeitsinformationen, insbesondere einer für dieses Element typischen Geschwindigkeit, bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Element der Kartendaten zugeordneten Geschwindigkeitsinformationen ausgehend von einem gespeicherten Wert durch Auswertung tatsächlicher gefahrener Geschwindigkeiten angepasst werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschwindigkeitsabhängigen Anteile der Energieverbrauchswerte für die verschiedenen Geschwindigkeiten ausgehend von gespeicherten Werten durch Auswertung tatsächlicher
Energieverbrauchswerte angepasst werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den geschwindigkeitsabhängigen Anteilen der Energieverbrauchswerte weitere Einflussgrößen, wie insbesondere fahrzeugspezifische, verkehrswegespezifische, ereignisabhängige und/oder fahrerspezifische Einflüsse berücksichtigt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berücksichtigung der weiteren Einflussgrößen ein mehrdimensionales Kennfeld für den geschwindigkeitsabhängigen Anteil der Energieverbrauchswerte bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder ein Teil der Energieverbrauchswerte zusätzlich einen beschleunigungsabhängigen Anteil enthalten.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Route ein zeitabhängiger Energieverbrauchswert berücksichtigt wird.
9. Anordnung zur Bestimmung einer energieverbrauchsoptimierten Route von einem Start- zu einem Zielpunkt mit einer Steuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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