专利名称：车辆导航系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆导航系统，其包括存储地图数据的数据库，并且涉及为路线 (route)的一段链路(link)估计车辆的能量消耗的方法。
背景技术：
在本领域中，已知的导航系统是使用地图数据计算从当前的车辆位置到预定目的地的路线。通常，这些导航系统通过使用与该路线的多条链路相关联的相应的成本因子来计算到达该目的地的最快的或最短的路线。随着诸如燃油、煤气或者电力等能源成本的增长，希望通过能量消耗最小的路线到达目的地。为了计算能量高效的路线，可以使用诸如与路段相对应的链路的速度类别或道路尺寸等静态参数，以及诸如车辆驾驶员的驾驶行为等动态参数。虽然考虑这些参数会得到对于路线的能量消耗良好的近似，但是仍期望进一步改善能量消耗估计的精确性。此外，本领域已知的先进的驾驶员辅助系统(ADAS)对车辆的驾驶员提供辅助。这样的系统通过传感器获取关于当前驾驶状况或者该车辆周围环境的信息，对该信息进行评估以便控制车辆的系统或者组件(例如，在ESP和ABS的情况下)或者向驾驶员提供反馈。 现代的辅助系统可将这样的传感器信息与从导航系统的数据库获得的静态参数组合起来。 这样的静态参数通常被存储在导航数据库的ADAS属性层。该层通常对应于最低的地图数据层，例如，层13，在该最低层提供了通常与链路的形状点(shape points)相关联的数据。 因此，为了导航的目的使用ADAS层数据通�：芾�。为了检索这些数据，需要对ADAS层进行额外的访问，这导致了访问速度慢和访问次数多。由于这些数据与形状点相关联，使用较高层链路对较高级别路线确定的应用就变得很困难，并且在计算时间和计算功率方面的代价很高。据此，它们在导航系统中用于路线确定的应用通常是不可行的，或者至少关联着许多缺陷。据此，存在对能量高效路线的确定进行改善，并消除至少一些上述的缺陷的需求。
发明内容
这种需求通过独立权利要求的特征满足。在从属权利要求中，描述了本发明的实施例。本发明的第一方面涉及具有数据库的车辆导航系统，该数据库存储了地图数据， 该地图数据包括对应于道路路段的链路和与链路相关联的属性，其中地图数据将链路中的至少一些与曲率属性相关联。链路的曲率属性存储了平均绝对曲率，该平均绝对曲率是根据对沿着对应于链路的道路路段的绝对曲率值的归一化的和或积分来确定的。导航系统还包括处理单元，其用于考虑从数据库中检索出的链路的曲率属性，为链路估计车辆的能量消耗。由于曲率属性与地图数据的链路直接相关联，该曲率属性可从地图数据库中被容易地检索出来，而不需要访问该数据的不同部分或层，也不需要执行大量的重复计算。由于
5该属性存储了平均绝对曲率，其可以准确地反映出对应于该链路的道路路段的曲率，即使该道路路段在双方向上都有拐弯(例如，是蜿蜒曲折的)。因此，即使对于可对应于在较高层处具有足够长度的道路路段的链路，也可以对曲率进行准确表达。由于曲率对能量消耗有影响，将曲率考虑在内以用于估计能量消耗可导致估计更准确。注意能量的消耗还可以相应的链路的成本因子的形式被估计。在一个实施例中，该和或者积分可以是加权和或者加权积分，其中，曲率值由加权因子来加权。加权因子可取决于相应的曲率值。例如，非常高的曲率可导致在能量消耗方面超比例(over-proportional)的增长，这可借助于加权因子来解决。因此，可对该加权因子进行配置，以便考虑该曲率对能量消耗的影响。该加权因子可以，例如，根据在某些曲率下能量消耗的经验的或者统计学数据来确定。该处理单元可适于使用模型来根据与链路相关联的绝对平均曲率属性来确定沿着相对应的道路路段的曲率所引起的对于链路的额外能量消耗。这样的模型可以是仅使用曲率系数(CC)的简单模型，但也可以使用更复杂的模型，该更复杂的模型例如可考虑车辆具体的性质，诸如车辆重量，或者对于该链路估计的车辆的速率。然后，由曲率导致的额外能量消耗可被用于估计该链路的总能量消耗。用于确定平均绝对曲率的加权因子可以例如被微调，使得所确定的额外燃油消耗基本上对应于该链路的实际额外燃油消耗。这可通过使用该链路和以上模型的燃油消耗的参考数据获得。本发明的另一方面涉及车辆导航系统，该车辆导航系统包括数据库，其存储地图数据，地图数据包括对应于道路路段的链路和与该链路相关联的属性。地图数据将链路中的至少一些与滚动阻力属性和坡度阻力属性相关联。链路的滚动阻力属性存储了与沿着道路路段对仰角角度的余弦求的和或者积分成正比的值，链路的坡度阻力属性存储了与沿着道路路段对仰角角度的正弦求的和或者积分成正比的值。车辆导航系统还包括处理单元， 其用于考虑从数据库中检索出的链路的滚动阻力属性和坡度阻力属性中的至少一种，为链路估计车辆的能量消耗。同样地，由于这些属性与该链路直接关联，它们可依照所需要的计算时间和功率被高效地检索出来。由于滚动阻力属性考虑了沿整个道路路段的仰角，其可被用于准确地估计归因于倾斜，甚至具有上坡和下坡部分的较长道路路段的额外能量消耗。此外，依靠滚动阻力属性，在估计能量消耗时，可考虑垂直于该道路的力在斜坡(slope)上减少的事实。 这样，能够对能量消耗进行更准确的确定。同样地，该能量消耗可作为成本因子被提供。在一个实施例中，该和或积分分别为加权和或者加权积分，其中该余弦或正弦通过取决于仰角角度的加权因子加权。车辆特定的或者一般的加权因子可被使用。例如不同类型的加权因子可被用于不同种类的车辆。对于生成能量下坡的车辆，加权因子可与在下坡行驶时需要能量的车辆不同。在一个示例中，至少用于坡度阻力属性的加权因子可以是使得在仰角角度为正时，使用正的值对正弦进行加权，而在仰角角度为负时，使用负值加权。结果，当估计来自坡度阻力属性的能量消耗时，该连接属性的上坡和下坡部分都额外地做出了贡献，这对于在下坡行驶时车辆需要的能量是尤其有用的。在另一个示例中，至少用于坡度阻力属性的加权因子可通过取决于仰角角度的三角函数确定。该函数的中心可被布置在仰角角度为零处。这样的三角函数可被用于生成能量下坡的车辆，诸如，混合动力车或者电瓶车辆。在进一步的示例中，至少用于坡度阻力属性的加权因子可以是取决于车辆性质和仰角角度的车辆特定的加权因子。不同的特定加权因子可被用于，例如，针对车辆的不同制造商和型号确定坡度阻力属性。存储该属性的数据库因此可以是车辆特定的，并且可以针对特殊的车辆制造商和型号提供。因此可非常准确地估计归因于道路倾斜的额外燃油消
^^ ο在一个实施例中，坡度阻力属性可包括与沿道路路段的正仰角角度的正弦的和或积分成正比的第一值，以及与沿道路路段的负仰角角度的正弦的和或积分成正比的第二值。通过提供这两个值，可以表示处与该链路相对应的道路路段的上坡和下坡部分之间的差异。因此可提供存储了这些值的一般数据库。在考虑坡度阻力属性的情况下，用于估计能量消耗的模型因此可实现车辆的特定信息。如果该车辆需要能量下坡，该模型例如可使用负系数对第二值进行加权，或者如果该车辆生成能量下坡，该模型可使用正系数加权。这样，可以对归因于道路倾斜的能量消耗进行一般的和准确的估计。曲率属性、滚动阻力属性和坡度阻力属性可被存储在数据库的路线构建块(route buildingblock)中，它们可被存储成与地图数据的一层的链路相关联，因此它们可外推 (extrapolate)到其它可迅速且高效地处理的层。还切实可行的是，与相应的层的链路相关联地存储各层的属性。虽然需要稍微多一些的存储空间，但是访问次数可以被改进。将这些属性存储在直接与链路相关联的路线构建块中导致了访问次数的减少和计算量的减少。应该清楚，不同方面的导航系统可以被组合，以便改进估计能量消耗的准确性。尤其是，向上通往陡峭山坡的道路路段，诸如山道，通常包括陡峭的倾斜(或者下降)和急弯。 考虑曲率属性和坡度阻力属性，以及用于估计这种道路延伸的能量消耗的潜在滚动阻力属性明显改进了该估计。本发明进一步的方面提供了为路线的链路估计车辆的能量消耗的方法，该方法包括以下步骤从包括地图数据的数据库检索出对应于道路路段的至少一条链路；从数据库检索出与所检索出的链路相关联的曲率属性。链路的曲率属性存储了平均绝对曲率，平均绝对曲率是根据沿着对应于链路的道路路段的绝对曲率值的归一化的和或者积分来确定的。然后，考虑该曲率属性，为链路估计车辆的能量消耗。额外地或备选地，与所检索的链路相关联的滚动阻力属性和坡度阻力属性中的至少一种可从该数据库中被检索出。该链路的滚动阻力属性存储了与沿着该道路路段的仰角角度的余弦求和或者积分成正比的值，并且链路的坡度阻力属性存储了与沿着该道路路段的仰角角度的正弦求和或者积分成正比的值。然后可考虑检索出的滚动阻力属性和/或斜坡阻力属性，估计该链路的车辆能量消耗。如果检索出了曲率属性，当然可以进一步考虑该曲率属性。在一个实施例中，这些方法可通过被配置成以上提及的那样的车辆导航系统来执行。同样地，这些方法可进一步包括以上提及的任意方法步骤。尤其是，平均绝对曲率可通过加权平均来确定，并且仰角角度的正弦或余弦的积分或和可以是加权的积分或加权和， 正如以上所概括的。使用这些方法，可以获得类似于以上所概括出的那些优点。
本发明进一步涉及可被加载到计算装置的内存中的计算机程序产品，该产品包括用于执行以上提及的这些方法中的任意一种的软件代码部分。此外，本发明提供了具有存储电子可读控制信息的电子可读数据载体，所存储的电子可读控制信息被配置成，使得当在计算装置中使用该数据载体时，该控制信息执行以上提及的方法中的任意一种。本发明的另一方面涉及生成包括用于导航系统地图数据的数据库的方法，该方法包括对于地图数据的链路，检索出曲率值，该曲率值给出了沿着对应于该链路的道路路段的曲率信息，和通过确定沿着对应于链路的道路路段的绝对曲率值的归一化的和或者积分，确定该链路的平均绝对曲率。然后，将平均绝对曲率存储在数据库中作为与该链路相关联的曲率属性。额外地或备选地，可通过以下步骤来生成数据库检索给出了沿着对应于地图数据的链路的道路路段的倾斜信息的仰角角度，以及确定与沿该道路路段对仰角角度的余弦求和或者积分成正比的第一值和与沿该道路路段对仰角角度的正弦求和或者积分成正比的第二值。该第一值于是被存储成与该链路相关联的滚动阻力属性，并且该第二值被存储成与该链路相关联的坡度阻力属性。这样，该数据库中的地图数据的链路可与曲率属性、滚动阻力属性和坡度阻力属性中的一种或其任意组合相关联。在一个实施例中，链路可被分割成链路路段，例如，在该链路具有预定性质的预定尺寸的情况下(诸如，伴随高曲率的陡峭仰角)。因此可为这些链路路段中的每一个，确定曲率、滚动阻力和/或拖拽阻力属性。这些链路路段因此可被存储在所述的数据库中，并与为相应的链路路段确定的这些属性相关联。由于这些属性涉及较小的链路路段，因此曲率和/或倾斜可通过这些属性被更准确地反映出来。这些属性可被存储在该数据库的路线构建块中。被存储在该数据库中的这些属性可如以上所概括的那样被确定。这些属性可通过，例如，加权平均，或者加权求和或者加权积分来确定。此外，正如以上所概括的，可提供包括数据库的数据载体。应该理解，以上提及的和在下面要解释的那些特征不仅可在所指示出的相应的组合中使用，而且还可以在其它组合中或者单独地使用，而不脱离本发明的范围。
当结合附图阅读时，从以下对所说明的实施例的详细的描述中，本发明的前述的和其它的特征和优点将变得进一步显而易见。在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。图1示意性地示出了根据一个实施例的导航系统；图2示出了根据一个实施例的确定地图数据的链路的成本因子和计算路线的流程图；图3示意性地示出了根据实施例的地图数据库；图4示意性地示出了根据一个实施例的对曲率属性的确定；图5示意性地示出了根据一个实施例的对滚动阻力属性和坡度阻力属性的确定；图6示出了对根据一个实施例的方法进行说明的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据一个实施例的车辆导航系统100。导航系统100包括，例如，根据存储在存储器102中的控制指令，控制导航系统的操作的处理单元101。该处理单元101可包括中央处理单元，中央处理单元可以具有，例如，一个或者更多个微处理器、数字信号处理器或者专用集成电路的形式。存储器102可包括各种类型的存储器，诸如随机访问存储器、闪存，或者硬盘，而且还包括诸如高密度磁盘(CD)、DVD、存储卡或者类似存储器的可移动存储器。处理单元101与位置传感器104通过接口连接。位置传感器104适于确定在其中放置有导航系统100的车辆的当前位置。位置传感器104可包括GPS (全球定位系统)传感器、伽利略(felileo)传感器、基于移动通信网络的位置传感器，以及类似的传感器。用户接口 105可包括显示器和控制元件，诸如在该导航装置100的面板上或者在该车辆内部其它位置处提供的键盘、按钮和旋转/按动的手柄(knob)。处理单元101可进一步从其它车辆系统获得信息或者经由车辆接口 106获得当前车辆状态信息。车辆接口 106 可以包括，例如，CAN(控制器区域网络(controller area network))或者MOST (面向媒体的系统传输(Media Oriented System Transport))接口。经由这些接口，关于该车辆的驾驶员的驾驶行为的信息、该车辆当前使用者、发动机的当前操作状况、当前能量水平，例如， 电池状态或者燃油罐的充满程度，以及类似信息可以被处理单元101获得。存储器102存储有包括地图数据的数据库103，其可被称为导航数据库或者地图数据库。数据库103可以被存储在诸如硬盘或者闪存的存储器上，或者在CD或DVD上，或者在其它数据载体上。地图数据库103包括对特殊地域的道路网络的表达。这种表达可包括代表地图上的点的节点，诸如城市或者其它住宅区、交叉路口、高速公路入口或者出口，或者沿道路布置的点。这种表达还进一步包括连接着这些节点的链路，链路对应于两个节点之间的道路路段。这些链路可针对本质上对应于不同地图比例尺的不同层来提供。例如， 在较低的层处，可在两个相邻的高速公路入口之间提供链路，而在较高的层处，可在两个邻近的住宅区之间提供链路。在图3中示意性地示出了地图数据库103的一种可能的实现。地图数据库103包括路线构建块110和高级驾驶员辅助系统(ADAS)属性层111。路线构建块110存储了静态参数，这些静态参数直接与数据库103的地图数据的链路相关联。被存储在路线构建块110 中的静态参数可以例如包括功能性道路种类、交通控制系统参数(诸如交通灯、路权、限速和类似信息)、链路的速度类别或者平均速度，以及其它的静态参数。然而，功能性道路种类和平均速度可以是固定的路线构建块(RBB)属性，交通控制系统信息可以是可变的RBB属性。在本实施例中，曲率属性112、滚动阻力属性113和坡度阻力属性114以及其它属性被存储在路线构建块110中。该地图数据的多个链路中的每一个可被直接地与这些属性中的每一个的值相关联。如果某条链路没有提供属性值，则可使用默认值。也可以仅为提供了链路属性的那些链路存储属性值。当为链路确定成本因子或者能量消耗时，如果该链路具有可用的属性，则进行查询。如果没有可用的属性，则忽略与属性相对应的对成本因子做出的贡献。这样，由于不需要存储空的或默认的属性值，可获得高密度的数据库。曲率属性112存储了对应于与该属性相关联的链路的道路路段的绝对平均曲率 κ。道路路段的平均绝对曲率可如在图4中说明的那样被确定。链路150对应于始于点s =0并终止于点s = L的道路路段151，L为该道路路段的长度。道路路段151沿其路程具有不同的曲率，沿该路程的曲率在每个点s处可被定义为
权利要求
1.一种车辆导航系统，包括-数据库(103)，其存储地图数据，所述地图数据包括对应于道路路段(151)的链路 (150)和与所述链路相关联的属性，所述地图数据将所述链路(150)中的至少一些与曲率属性(11 相关联，链路的所述曲率属性存储了平均绝对曲率(κ ),该平均绝对曲率是根据对沿着对应于所述链路(150)的所述道路路段(151)的绝对曲率值的归一化的和或积分来确定的，-处理单元(101)，其用于考虑从所述数据库中检索出的所述链路(150)的所述曲率属性(112)，为所述链路(150)估计所述车辆的能量消耗。
2.如权利要求1所述的车辆导航系统，其中所述和或者积分是加权和或者加权积分， 其中，优选地，所述曲率值是通过与各自的曲率值相关的加权因子来加权的。
3.如权利要求2所述的车辆导航系统，其中所述加权因子被配置成考虑所述曲率对能量消耗的影响。
4.如前述权利要求中的任一项所述的车辆导航系统，其中所述处理单元(101)用于使用模型来根据与所述链路相关联的所述绝对平均曲率属性(11 来确定沿着所述相对应的道路路段(150)的曲率所引起的对于所述链路(150)的额外能量消耗(ΔΒ)。
5.一种车辆导航系统，包括数据库(103)，其存储地图数据，所述地图数据包括对应于道路路段(151)的链路 (150)和与所述链路相关联的属性，所述地图数据将所述链路(150)中的至少一些与滚动阻力属性(113)和坡度阻力属性(114)相关联，所述链路(150)的所述滚动阻力属性(113) 存储了与沿着所述道路路段(151)对仰角角度(δ)的余弦求的和或者积分成正比的值 (gcos)，链路的所述坡度阻力属性(114)存储了与沿着所述道路路段(151)对仰角角度 (δ)的正弦求的和或者积分成正比的值(gsin)，处理单元(101)，其用于考虑从所述数据库中检索出的链路(150)的所述滚动阻力属性(11 和所述坡度阻力属性(114)中的至少一种，为所述链路(150)估计所述车辆的能量消耗(160)。
6.如权利要求5所述的车辆导航系统，其中所述和或者积分分别是加权和或者加权积分，其中使用取决于所述仰角角度(S)的加权因子对所述余弦或者正弦加权。
7.如权利要求6所述的车辆导航系统，其中至少所述坡度阻力属性(114)的所述加权因子使得，如果所述仰角角度为正，使用正的值对所述正弦加权，如果所述仰角角度为负， 则使用负的值对所述正弦加权。
8.如权利要求6所述的车辆导航系统，其中至少所述坡度阻力属性(114)的所述加权因子是通过取决于所述仰角角度(S)的三角函数来确定的。
9.如权利要求6至8中的任一项所述的车辆导航系统，其中至少所述坡度阻力属性 (114)的所述加权因子是取决于所述车辆的性能和所述仰角角度(δ)的车辆特定的加权因子。
10.如权利要求5至9中的任一项所述的车辆导航系统，其中所述坡度阻力属性 (114)包括与沿着所述道路路段对正的仰角角度的正弦求的和或者积分成正比的第一值 (gsin+)，以及，与沿着所述道路路段对负的仰角角度的正弦求的和或者积分成正比的第二值(gsin-)。
11.如前述权利要求中任一项所述的车辆导航系统，其中所述属性被存储在所述数据库(103)的路线构建块(110)中。
12.如权利要求1至4中的任一项所述的车辆导航系统，其中所述车辆导航系统(100) 是根据权利要求5至11中的任一项配置的。
13.—种为路线的链路估计车辆的能量消耗的方法，该方法包括以下步骤 -从包括地图数据的数据库(10 检索出对应于道路路段的至少一条链路(150)；-从所述数据库(10 检索出与所检索出的链路相关联的曲率属性(112)，链路的曲率属性存储了平均绝对曲率(κ ),所述平均绝对曲率是根据沿着对应于所述链路的所述道路路段的绝对曲率值的归一化的和或者积分来确定的；以及-考虑所述所检索出的曲率属性(112)，为所述链路(150)估计所述车辆的能量消耗。
14.一种为路线的链路估计车辆的能量消耗的方法，该方法包括以下步骤 -从包括地图数据的数据库(10 检索出对应于道路路段的至少一条链路(150)；-从所述数据库(103)检索出与所检索出的链路(150)相关联的滚动阻力属性(113) 和坡度阻力属性(114)中的至少一种，链路的所述滚动阻力属性存储了与沿所述道路路段对仰角角度的余弦求的和或者积分成正比的值(gcos)，链路的所述坡度阻力属性(114)存储了沿所述道路路段对所述仰角角度的正弦求的和或者积分成正比的值(gsin)；以及-考虑所述所检索出的滚动阻力属性(113)和/或坡度阻力属性(114)，为所述链路 (150)估计所述车辆的能量消耗。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述方法是通过如权利要求1至12中的任一项配置的车辆导航系统来执行的。
16.一种计算机程序产品，其可被加载到计算装置的内存中，所述产品包括在该产品被执行时，用于执行权利要求13至15中的一项所述的方法的软件代码部分。
17.存储有电子可读控制信息的电子可读数据载体，所述电子可读控制信息被配置成使得当使用计算装置中的该数据载体时，所述控制信息执行权利要求13至15中的一项所述的方法。
18.—种生成包括用于导航系统的地图数据的数据库的方法，该方法包括以下步骤 -对于所述地图数据的链路，检索出曲率值，所述曲率值给出了沿着对应于该链路的道路路段的曲率信息，-通过确定沿着对应于所述链路的所述道路路段的绝对曲率值的归一化的和或者积分，确定该链路的平均绝对曲率；以及-将所述平均绝对曲率存储在所述数据库中作为与所述链路相关联的曲率属性。
19.一种生成包括用于导航系统的地图数据的数据库的方法，该方法包括以下步骤 -对于所述地图数据的链路，检索仰角角度，所述仰角角度给出了沿着对应于所述链路的道路路段的倾斜信息，-确定与沿着所述道路路段对所述仰角角度的余弦求的和或者积分成正比的第一值， 和与沿着所述道路路段对所述仰角角度的正弦求的和或者积分成正比的第二值；以及-将所述第一值存储为与所述链路相关联的滚动阻力属性，并将所述第二值存储为与所述链路相关联的坡度阻力属性。
20.如权利要求18或19所述的方法，进一步包括以下步骤-将所述链路分割成链路路段，-为所述链路路段中的每一段确定所述曲率、滚动阻力和/或拖拽阻力属性，以及 -将所述链路路段存储在所述数据库中并与为相应链路路段确定的属性相关联。
全文摘要
本发明提供了一种车辆导航系统，其包括存储地图数据的数据库，地图数据包括与道路路段相对应的链路。该导航系统包括处理单元，该处理单元适于考虑从数据库检索出的链路的曲率属性来为该链路估计车辆的能量消耗。此外，提供了对于路线的链路估计车辆的能量消耗，和生成包括带有与属性相关联的链路的地图数据的数据库的方法。
文档编号G01C21/26GK102435195SQ20111026527
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者汉斯-彼得.恩格尔哈特, 赛巴斯蒂安.克卢格 申请人:哈曼贝克自动系统股份有限公司
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