DE102011104838A1

DE102011104838A1 - Erzeugen von Fahrtroutenverfolgungen in einem Navigationssystem unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsmodells

Info

Publication number: DE102011104838A1
Application number: DE102011104838A
Authority: DE
Inventors: Edward D. Tate jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2011-12-29
Also published as: CN102346043A; US20110320113A1

Abstract

Ein Navigationssystem umfasst einen Anzeigebildschirm und einen Hostcomputer, die betreibbar sind, um eine empfohlene Reiseroute innerhalb eines Straßennetzes unter Verwendung eines Markov- oder anderen Wahrscheinlichkeitsmodells zu berechnen und anzuzeigen. Das Wahrscheinlichkeitsmodell modelliert statistisch ein Verteilungsmuster der Geschwindigkeit oder eines anderen wirklichen Fahrverhaltens innerhalb eines Straßennetzes. Eine Eingabevorrichtung kann die Risikoaversion eines Benutzers aufzeichnen, wobei der Hostcomputer die empfohlene Reiseroute unter Verwendung der Risikoaversion berechnet. Der Hostcomputer reduziert das Modell auf eine einzige Kostengröße und verwendet dann die einzige Kostengröße in einem Dijkstra-Algorithmus oder einer anderen Kostenfunktion, um die empfohlene Reiseroute zu berechnen. Ein Verfahren zum Betreiben des Navigationssystems umfasst das Berechnen der empfohlenen Reiseroute unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsmodells und das Anzeigen der empfohlenen Reiseroute über den Anzeigebildschirm. Der Hostcomputer kann die empfohlene Reiseroute unter Verwendung der über eine Eingabevorrichtung eingegeben Risikoaversion berechnen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Berechnung und die Anzeige von Reiserouteninformationen in einem Fahrzeug.
HINTERGRUND
Fahrzeugnavigationssysteme sind vernetzte Rechenvorrichtungen, die Daten einer globalen Positionsbestimmung verwenden, um eine Position des Fahrzeugs genau zu bestimmen. Ein Hostcomputer berechnet eine empfohlene Reiseroute unter Verwendung der Position und zugeordneter geospatialer, topographischer und Straßennetzinformationen und präsentiert dann einem Benutzer die empfohlene Route auf einem Anzeigebildschirm. Ein Fahrzeugnavigationssystem kann außerdem genaue Turn-by-Turn-Fahranweisungen zu weiteren interessierenden Orten, die in einer mit Verweisen versehenen Kartendatenbank enthalten sind, liefern.
Fahrzeugnavigationssysteme können Kartendatenbanken verwenden, um die empfohlene Route auf der Grundlage der kürzesten Entfernung, der schnellsten Fahrzeit oder der leichtesten Fahrtroute zu bestimmen. Hybridfahrzeuge, batterieelektrische Fahrzeuge und Elektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite besitzen rein elektrische Betriebsarten, die auch als EV-Modi bezeichnet werden, in denen das Fahrzeug allein mittels elektrischer Leistung angetrieben wird. Navigationssysteme für diese Fahrzeuge können auch ”Öko-Route”-Informationen zwischen einem Ausgangspunkt und einem gewählten Ziel anzeigen, die danach streben, die Reisedauer im EV-Modus zu maximieren und so den Verbrauch fossilen Kraftstoffs zu mininmieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Hier werden ein Navigationssystem und ein Verfahren der Verwendung geschaffen, die empfohlene Reiserouten unter Verwendung einer Wahrscheinlichkeitsfunktion, um verbesserte Schätzwerte des Verbrauchs bordseitiger Energie zu liefern, bestimmen. Das Fahrzeugnavigationssystem ermöglicht eine risikoaverse Streckenwahl und kann so konfiguriert sein, dass es Fahrtrouten entsprechend dem ausgewählten Risikoaversionsgrad oder Toleranzgrad eines betreffenden Benutzers hinsichtlich möglicher Reiseverspätungen berechnet. Das heißt, dass ein Wahrscheinlichkeitsmodell bekannte statistische Verteilungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines anderen wirklichen Verhaltens auf den Straßen, die ein Straßennetz umfassen, repräsentiert. in einer Ausführungsform kann ein Fahrer einen Risikoaversionsgrad unter Verwendung einer Eingabevorrichtung auswählen, wobei ein Hostcomputer unter Verwendung des Wahrscheinlichkeitsmodells, wie es hier dargelegt wird, automatisch eine empfohlene Reiseroute, die die Risikoaversion berücksichtigt, berechnet und anzeigt.
Insbesondere umfasst ein Navigationssystem einen Hostcomputer und einen Anzeigebildschirm. Der Hostcomputer ist betreibbar, um eine empfohlene Reiseroute innerhalb eines Straßennetzes unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsmodells zu berechnen und anzuzeigen, wobei das Wahrscheinlichkeitsmodell ein Verteilungsmuster des wirklichen Fahrverhaltens auf einem Satz von Straßen innerhalb eines Straßennetzes statistisch modelliert. Um den Risikoaversionsgrad eines Benutzers für Reiseverspätungen aufzuzeichnen, kann eine Eingabevorrichtung wie etwa eine Wählvorrichtung oder Sensorbildschirmvorrichtung verwendet werden, wobei der Hostcomputer die empfohlene Reiseroute unter Verwendung des Risikoaversionsgrads berechnet.
Das Wahrscheinlichkeitsmodell, das eine oder mehrere Markov-Ketten umfassen kann, um dadurch ein Markov-Modell zu bilden, kann eine wirkliche Fahrzeuggeschwindigkeitsverteilung entlang verschiedenen Straßen innerhalb des Straßennetzes statistisch berechnen. Der Hostcomputer reduziert das Markov-Modell auf eine einzige Kostengröße und verwendet dann die einzige Kostengröße in einem Dijkstra-Algorithmus oder einer anderen Kostenfunktion, um die empfohlene Reiseroute zu berechnen. Die empfohlene Reiseroute kann eine Route sein, die im Verhältnis zu allen anderen möglichen Routen in dem Straßennetz den niedrigsten Energieverbrauch besitzt.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugnavigationssystems mit einem Anzeigebildschirm und einem Hostcomputer umfasst das Verwenden des Hostcomputers, um eine empfohlene Reiseroute innerhalb eines Straßennetzes unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsmodells zu berechnen, wobei das Wahrscheinlichkeitsmodell ein Verteilungsmuster des wirklichen Fahrverhaltens auf einem Satz von Straßen innerhalb eines Straßennetzes statistisch modelliert, und das Anzeigen der empfohlenen Reiseroute über den Anzeigebildschirm. Eine Eingabevorrichtung kann den Risikoaversionsgrad eines Benutzers aufzeichnen, wobei das Vezfahren das Berechnen einer empfohlenen Reiseroute umfasst, das die Verwendung des Risikoaversionsgrads von der Eingabevorrichtung umfasst.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen ohne weiteres aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung hervor, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Navigationssystem, wie es hier offenbart wird;
2 ist eine schematische Darstellung eines Navigationssystems, das mit dem in 1 gezeigten Fahrzeug verwendbar ist; und
3 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus beschreibt, der mit dem Navigationssystem aus 1 verwendbar ist.
BESCHREIBUNG
Um auf die Zeichnungen einzugehen, in denen in allen Figuren gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein Fahrzeug 10 gezeigt, das ein Navigationssystem 12 umfasst. Das Navigationssystem 12 steht mit einer geospatialen Kartendatenbank 14 in Verbindung. Die Kartendatenbank 14 liefert codierte geospatiale Kartendaten 16 an das Navigationssystem, die geocodierte Karteninformationen umfassen, die mit Wahrscheinlichkeitsdichteinformationen codiert sein können. Beispielsweise kann eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion die historische Verteilung von Geschwindigkeiten der Allgemeinbevölkerung entlang verschiedenen Straßen, die die verschiedenen möglichen Reiserouten für das Fahrzeug 10 umfassen, statistisch modellieren. Das Navigationssystem 12 verwendet die codierten Kartendaten 16, um beim Planen eines Ausflugs einem eventuellen eindeutigen Risikoaversionsgrad, d. h. einem relativen Toleranzgrad gegenüber möglichen Reiseverspätungen aus verschiedenen Ursachen, die, falls vorhanden, die Geschwindigkeit der Reise entlang einer gegebenen Route und/oder die Verfügbarkeit eines bestimmten Straßensegments zur Verwendung auf jener Route beeinflussen können, Rechnung zu tragen.
Der Ort der Kartendatenbank 14 bezüglich des Fahrzeugs 10 kann variieren. Beispielsweise kann eine an Bord des Fahrzeugs 10 positionierte Telematikeinheit 18 eine elektronische Datensende- und -empfangsschaltungsanordnung umfassen, die die Fernkommunikation mit der Kartendatenbank 14 ermöglicht, oder kann die Kartendatenbank softwaregesteuert und bordseitig des Fahrzeugs verfügbar sein.
Um auf 2 Bezug zu nehmen, umfasst das Navigationssystem 12 eine Hostmaschine bzw. einen Hostcomputer 20 und einen Anzeigebildschirm 22. Der Hostcomputer 20 kann als einzelner oder als verteilter Digitalrechner konfiguriert sein, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital-(A/D)- und Digital-Analog-(D/A)-Schaltungsanordnung und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A) sowie eine geeignete Signalaufbereitungsund -pufferschaltungsanordnung umfasst.
Der Hostcomputer 20 führt einen Algorithmus 100 aus, wovon eine Ausführungsform in 3 gezeigt ist, um eine empfohlene Reiseroute 24 zu berechnen und anzuzeigen. Der Hostcomputer 20 steht mit der Kartendatenbank 14 entweder direkt oder fern in Verbindung, wie oben erwähnt wurde. Die Kartendatenbank 14 liefert die codierten geospatialen Kartendaten 16 an den Hostcomputer 20, um so dem Hostcomputer zu ermöglichen, die empfohlene Reiseroute 24 zu berechnen und unter Verwendung des Anzeigebildschirms 22 auf einer geocodierten Karte anzuzeigen.
In einer möglichen Ausführungsform können die Kartendaten 16 mit Straßennetz-Wahrscheinlichkeitsinformationen codiert sein, um dem Hostcomputer 16 zu ermöglichen, die Wahrscheinlichkeit, dass eine gegebenen Straße auf einer empfohlenen Reiseroute dem Risikoaversionsgrad eines Benutzers genügt, zu berücksichtigen. Solche Wahrscheinlichkeitsinformationen beschreiben eine Verteilungs- oder Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von Geschwindigkeiten auf Straßen, die die verschiedenen möglichen Routen umfassen. Das heißt, dass Ereignisse wie etwa Unfälle, die Straßekonstruktion oder Wetterbedingungen die Geschwindigkeit, die auf einer gegebenen Straße zu erzielen erwartet werden kann, stark beeinflussen können. Desgleichen darf zu manchen Tageszeiten erwartet werden, an oder in der Nähe der eingetragenen Geschwindigkeitsgrenze zu reisen, während zu anderen Tageszeiten sich der Verkehr viel langsamer bewegen kann. Eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, wie sie hier verwendet wird, quantifiziert die Wahrscheinlichkeit, dass eine gegebene Geschwindigkeit erzielbar ist, weshalb sie von dem Hostcomputer 20 beim Berechnen und Anzeigen der empfohlenen Reiseroute 24 verwendet wird.
Um weiter auf 2 Bezug zu nehmen, kann eine Eingabevorrichtung 26 so konfiguriert sein, dass sie einen annehmbaren Risikowert 28 an den Hostcomputer 20 sendet. Beispielsweise kann die Eingabevorrichtung 26 eine Wählvorrichtung oder ein Tastfeld sein, das geeignet ist, den Risikoaversionsgrad eines Benutzers zu bestimmen. Eine Wählvorrichtung kann einem Benutzer ermöglichen, einen annehmbaren Risikoaversionsgrad von einem Ende einer kalibrierten Skala bis zum anderen auszuwählen, während ein Tastfeld einem Benutzer ermöglichen könnte, unter verschiedenen voreingestellten Risikograden auszuwählen. Der Hostcomputer 20 ist geeignet, beim Berechnen der empfohlenen Reiseroute 24 die Risikoaversion eines Benutzers, wie sie durch die Eingabevorrichtung 26 bestimmt wurde, in Verbindung mit einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zu verarbeiten.
Zur Erläuterung sei ein Szenario betrachtet, in dem ein Benutzer einen Routenausgangspunkt und ein Routenziel auswählt und dann einen relativ hohen Risikoaversionsgrad durch Eingabe eines entsprechenden Risikowerts 28 über die Eingabevorrichtung 26 angibt. Beim Erzeugen der empfohlenen Reiseroute 24 kann der Hostcomputer 20 historische Fahrmuster auf verschiedenen Straßen, die eventuell die empfohlene Reiseroute 24 umfassen, nachsehen. Zur Erläuterung sei eine Straße betrachtet, die sich entlang einer möglichen Route befindet, wobei mittlere Reisegeschwindigkeiten zu 95 Prozent der Zeit 70 Meilen pro Stunde (mph) entsprechen. Zu drei Prozent der Zeit könnte die mittlere Geschwindigkeit 50 mph betragen. Die mittlere Geschwindigkeit könnte zu den verbleibenden zwei Prozent der Zeit gerade noch 35 mph betragen.
In diesem besonderen Szenario besitzt der Hostcomputer 20 Kenntnis davon, dass der Benutzer äußerst risikoavers ist, wie durch den Risikowert 28 bestimmt wird, und könnte daher den wahrscheinlichsten Geschwindigkeitsmittelwert von 70 mph beim Berechnen der empfohlenen Reiseroute 24 außer Acht lassen. Stattdessen könnte der Hostcomputer 20 eine der anderen mittleren Geschwindigkeiten, d. h. 50 mph oder 35 mph in dem obigen Beispiel, je nach Risikoaversionsgrad, verwenden und gegebenenfalls diese bestimmte Straße als Teil der empfohlenen Reiseroute 24 letztendlich empfehlen.
Um in Verbindung mit der in 2 gezeigten Struktur auf 3 Bezug zu nehmen, beginnt ein Algorithmus 100 mit dem Schritt 102, in dem ein Benutzer des Navigationssystems 12 ein Routenziel und einen Risikowert 28 aufzeichnet, beispielsweise unter Verwendung der Eingabevorrichtung 26. Sobald aufgezeichnet wurde, geht der Algorithmus 100 zum Schritt 104 weiter.
Im Schritt 104 verarbeitet der Hostcomputer 20 die codierten geospatialen Kartendaten 16 und den Risikowert 28, um dadurch eine Energiekostengröße des Reisens entlang der verschiedenen möglichen Reiserouten zwischen der momentanen Position des Fahrzeugs 10 von 1 und des aufgezeichneten Routenziels aus dem Schritt 102 zu berechnen. Der Schritt 104 kann das Verknüpfen eines Modells der bedingten Wahrscheinlichkeit mit jedem Straßensegment einer möglichen Reiseroute, z. B. als ein oder mehrere Markov-Modelle, mit sich bringen. Die Markov-Modelle können auf eine einzige Kostengröße reduziert sein, wobei vom Fahrzeug 10 von 1 nach Bedarf eine Rückkopplung geliefert wird.
Beispielsweise sei die folgende Kostenformel betrachtet, in der die Kosten verschiedener Routensegmente als wahrscheinlichkeitsbasierte Kostenfunktion dargestellt sind:
wobei die Kostenfunktion (c) für das Reisen von einem Punkt (x) zu einer gegebenen nächsten vernünftigen Wahl (u), d. h. einem nächsten Straßensegment, als Wahrscheinlichkeitsfunktion (Pr) berechnet werden kann.
Im Schritt 106 verwendet der Hostcomputer 20 die Kostengröße aus dem Schritt 104 als Teil einer Kostenfunktion, z. B. in einem Dijkstra-Algorithmus oder ähnlichen Algorithmus, um eine Lösung zu berechnen, die die Kostenfunktion minimiert, wobei diese Lösung die empfohlene Reiseroute 24 ist. Beispielsweise:
Ausgehend von dieser Formel kann die oben erwähnte kostenminimierende Lösung bestimmt werden:
wobei g ein kalibrierter Wert ist, der die Kastengröße (c) der verschiedenen Möglichkeiten, z. B. 70 mph, 50 mph, 35 mph in dem obigen Beispiel, interpretiert.
Im Schritt 108 sendet der Hostcomputer 20 die empfohlene Reiseroute 24 zu dem Anzeigebildschirm 22, wo die empfohlene Reiseroute letztendlich einem Benutzer angezeigt wird.
Während herkömmliche Navigationssysteme eine Kostenanalyse durchführen, um verschiedene mögliche Reiserouten zu bestimmen und zu bewerten, fügt demgemäß das vorliegende Navigationssystem 12 Verteilungsinformationen hinzu, um so risikogerechte Routenwahlen zu erzeugen. Diese Routen sind anpassbar, d. h., dass ein Benutzer deren Risikograd auswählen kann und der Hostcomputer 20 die empfohlene Reiseroute 24 teilweise unter Verwendung dieser Informationen erzeugt. Im Ergebnis besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrer mit einer Route konfrontiert wird, die von seinen subjektiven Erwartungen abweicht.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennen jene, die mit dem Fachgebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Fahrzeugnavigationssystem, das umfasst: einen Anzeigebildschirm; und einen Hostcomputer, der betreibbar ist, um eine empfohlene Reiseroute innerhalb eines Straßennetzes unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsmodells zu berechnen und um die empfohlene Reiseroute über den Anzeigebildschirm anzuzeigen, wobei das Wahrscheinlichkeitsmodell ein Verteilungsmuster des wirklichen Fahrverhaltens auf einem Satz von Straßen innerhalb eines Straßennetzes statistisch modelliert.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Eingabevorrichtung zum Aufzeichnen eines Risikoaversionsgrads eines Benutzers gegenüber möglichen Reiseverspätungen umfasst, wobei der Hostcomputer die empfohlene Reiseroute unter Verwendung des Risikoaversionsgrads berechnet.
System nach Anspruch 2, wobei die Eingabevorrichtung entweder eine Wählvorrichtung oder eine Tastbildschirmvorrichtung ist.
System nach Anspruch 2, wobei die Eingabevorrichtung ferner betreibbar ist, um ein Routenziel aufzuzeichnen.
System nach Anspruch 1, wobei das Wahrscheinlichkeitsmodell eine wirkliche Fahrzeuggeschwindigkeitsverteilung entlang verschiedenen Straßen innerhalb des Straßennetzes statistisch modelliert.
System nach Anspruch 1, wobei der Hostcomputer mit einer geospatialen Kartendatenbank in Verbindung steht, die codierte geospatiale Karteninformationen einschließlich des Wahrscheinlichkeitsmodells an den Hostcomputer sendet.
System nach Anspruch 1, wobei das Wahrscheinlichkeitsmodell eine Markov-Kette umfasst.
System nach Anspruch 7, wobei der Hostcomputer das Markov-Modell auf eine einzige Kostengröße reduziert und dann die einzige Kostengröße in einer Kostenfunktion verwendet, um die empfohlene Reiseroute zu berechnen.
System nach Anspruch 8, wobei die Kostenfunktion ein Dijkstra-Algorithmus ist.
System nach Anspruch 1, wobei die empfohlene Reiseroute eine Route ist, die im Verhältnis zu allen anderen möglichen Routen in dem Straßennetz den niedrigsten Energieverbrauch besitzt.