DE102013222048A1

DE102013222048A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion

Info

Publication number: DE102013222048A1
Application number: DE201310222048
Authority: DE
Inventors: Arne Bartels; Andro Kleen; Bernd Dornieden
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: US9298184B2; DE102013222048B4; US20150120124A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion eines technischen Systems zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, welches im Folgenden als Pilot bezeichnet wird, basiert auf für den Pilot charakteristischen Systemzuständen, zwischen denen vorgegebene Übergänge aufgrund vorgegebener Bedingungen möglich sind. Dabei weist der Pilot mindestens drei Systemzustände auf, nämlich – Pilot nicht bereit, – Pilot bereit, aber inaktiv, und – Pilot aktiv, wobei – ein Übergang von dem bereiten, aber inaktiven Piloten zum aktiven Piloten auf Anforderung des Fahrers erfolgt, – ein Übergang vom aktiven Piloten zum bereiten, aber inaktiven Piloten auf Anforderung des Fahrers erfolgt, – ein Übergang vom aktiven Piloten zum nicht bereiten Piloten durch eine fahrerische Bremsmaßnahme, eine Lenkmaßnahme und/oder eine Kick-Down-Maßnahme des Fahrers erfolgt, – ein Übergang vom bereiten, aber inaktiven Piloten zum nicht bereiten Piloten durch eine fahrerischen Brems-, Lenk und/oder Beschleunigungsmaßnahme und/oder Überschreiten vorgegebener Grenzwerte bezüglich des Fahrzeugverhaltens und/oder des Fahrerverhaltens erfolgt, und – ein Übergang vom nicht bereiten Piloten zum bereiten, aber inaktiven Piloten erfolgt, wenn vorgegebene Voraussetzungen für eine Systembereitschaft erfüllt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren oder Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion eines technischen Systems zum Unterstützen des Fahrers eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
In modernen Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl von Fahrerassistenzsysteme und Assistenzfunktionen realisiert, die zur Unterstützung des Fahrers des Kraftfahrzeugs dienen und zur Erhöhung der aktiven Sicherheit beitragen. Als Beispiel sei an dieser Stelle das ABS genannt, welches mittlerweile fast in jedem modernen Kraftfahrzeug standardmäßig realisiert ist.
Des weiteren sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, welche den Fahrer bei der Querführung des Fahrzeugs unterstützen, wie beispielsweise der Spurhalteassistent bzw. Lane Assist. Dieser warnt den Fahrer vor dem unbeabsichtigten Verlassen der Fahrspur beispielsweise durch Aufbringen eines Lenkmoments. Der Fahrer muss die Hände am Lenkrad belassen, was vom System beispielsweise durch das Messen des Handlenkmoments überwacht wird. Genutzt wird hierbei, dass das bloße Umfassen und Greifen des Lenkrads bereits zur Induzierung eines Handlenkmomentes führt.
Die weitere Entwicklung der Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeugs führt zu Fahrerassistenzsystemen mit teilautomatischen bis zu autonomen Fahrfunktionen. Bei derartigen Assistenzsystemen wird zumindest ein Teil der fahrerischen Verantwortung vom Assistenzsystem übernommen. Eine autonome Fahrfunktion ist beispielsweise bei Einparkassistenten mit einer automatischen Einparkfunktion realisiert.
In der Druckschrift US 8,352,110 B1 wird die Aktivierung eines autonomen Fahrsystems durch den Fahrer mit folgender Reihenfolge beschrieben:

– durch Betätigung einer Bedieneinheit zeigt der Fahrer seine Bereitschaft an, einen Teilaspekt der Fahrzeugführung an einen Steuerrechner abzugeben,
– ist der Steuerrechner bereit, diesen Teilaspekt der Fahrzeugführung sicher zu beherrschen, dann wird dies dem Fahrer angezeigt, und
– lässt der Fahrer einen "Krafteingabe-Apparat" los, so übernimmt der Steuerrechner diesen Teilaspekt der Fahrzeugführung.

In der Druckschrift DE 10 2009 033 752 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schalten verschiedener Funktionen, insbesondere die Verknüpfung eines ACC Systems mit einem automatischen Fahrsystem in einem Zustandsautomaten beschrieben.
Die Veröffentlichung Peter Mirwald et al.: "Gestaltung eines Nothalteassistenzsystems bei medizinisch bedingter Fahruntüchtigkeit", 5. Tagung Fahrerassistenzsysteme: Schwerpunkt Vernetzung, TÜV-Süd Akademie, München 15./16. Mai 2012, beschreibt, wie ein Fahrzeug durch ein geeignetes Nothaltemanöver in einen möglichst sicheren Zustand überführt werden kann, wenn der Fahrer seine Fahraufgabe, beispielsweise aufgrund eines medizinischen Notfalls, nicht mehr durchführen kann. Gefordert wird hierbei, dass das Nothaltemanöver vom Fahrer jederzeit übersteuert bzw. abgebrochen werden kann.
In dem V. Schlussbericht der Projektgruppe "Rechtsfolgen zunehmender Fahrzeugautomatisierung", ISBN 978-3-86918-189-9 vom Januar 2012 wird folgendes Automationsspektrum definiert:

– Teilautomatisches Fahren bedeutet, dass die Längs- und Querführung durch das technische System übernommen wird. Der Fahrer muss das System dauerhaft überwachen und jederzeit zur vollständigen Übernahme der Fahrzeugführung bereit sein. Fahrfremde Nebentätigkeiten sind nicht möglich.
– Hochautomatisches Fahren bedeutet, dass die Längs- und Querführung wiederum durch das technische System übernommen wird, wobei der Fahrer das System jedoch nicht dauerhaft überwachen muss. Bei Bedarf wird der Fahrer vom System mit ausreichender Zeitreserve zur Übernahme der Fahraufgabe aufgefordert. Erfolgt diese Fahrerübernahme nicht, so versucht das System das Fahrzeug in einen sog. risikominimalen Zustand zu überführen. Das System ist jedoch nicht in der Lage, in allen Situationen diesen risikominimalen Zustand herbeizuführen. Der Fahrer muss also in der Lage sein, die Fahrzeugführung nach Ablauf der Zeitreserve wieder vollständig zu übernehmen. Bestimmte Nebentätigkeiten, welche ein schnelles Zurückholen des Fahrers in die Fahrzeugführung erlauben, werden so ermöglicht. Potentielle Beispiele sind Lesen und Verfassen von Texten, Surfen im Internet, etc. Aufgrund der langen Reaktionszeiten nach einer Fahrerübernahmeaufforderung wird Schlafen jedoch nicht ermöglicht.
– Vollautomatisches Fahren bedeutet, dass die Längs- und Querführung vollständig vom System übernommen wird, der Fahrer das System nicht dauerhaft überwachen muss und das System den Fahrer mit ausreichender Zeitreserve zur Übernahme auffordert. Erfolgt diese Fahrerübernahme nicht, so ist das System in allen Situationen bereit das Fahrzeug in den sog. risikominimalen Zustand zu überführen. Da das System nicht mehr auf den Fahrer als Rückfallebene angewiesen ist, werden fahrfremde Tätigkeiten mit sehr langen Reaktionszeiten nach einer Fahrerübernahmeaufforderung ermöglicht wie beispielsweise Schlafen.

Alle oben genannten Automationsgrade gelten für dedizierte Applikationen, welche über einen gewissen Zeitraum in einer spezifischen Situation wirken. Beispiele hierfür sind eine automatische Staufolgefahrt auf der Autobahn oder das automatische Einparken in einem Parkhaus. Wird die gesamte Fahraufgabe ähnlich wie in einem Taxi vom Start bis zum Ziel vom Fahrzeug durchgeführt, so wird von einem autonomen Fahren gesprochen.
Die Druckschrift DE 10 2005 050 310 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Identifizieren mindestens einer Eingabeeinrichtung in dem Fahrzeug; Vorsehen mindestens eines mit der mindestens einen Eingabeeinrichtung verbundenen Stellgliedes; und Steuern des Fahrzeuges basierend mindestens teilweise auf mindestens einem Schema ausgewählt aus einem unterbrechbaren autonomen Schema, einem verhaltensbasierten autonomen Schema, einem selektiven Schema und einem Sicherheitsschema.
Die Druckschrift DE 11 2006 002 892 T5 beschreibt ein mittels einer Robotik betreibbares Fahrzeug mit einem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem, das manuelle Eingaben von einem mechanischen Bedienelement zum Betreiben des Fahrzeugs in einem manuellen Modus zu empfangen vermag, einer Steuerung, die autonome Steuersignale zu erzeugen vermag, und wenigstens einem Aktuator, der mit dem mechanischen Fahrzeugsteuerungssystem durch wenigstens eine elektrisch betätigte Kupplung verbunden ist, wobei der Aktuator eingerichtet ist, die autonomen Steuersignale zu empfangen und das mechanische Fahrzeugsteuerungssystem in einem autonomen Modus zu betreiben.
Weiter wird in der Druckschrift DE 10 2009 048 954 A1 ein Verfahren zum automatischen Betreiben eines Fahrzeugs in einem keine Nutzeraktion erfordernden autonomen Fahrbetrieb beschrieben, wobei eine vorliegende Verkehrssituation erfasst und daraufhin überprüft wird, ob die Verkehrssituation ein erstes Kriterium erfüllt. Ist dieses Kriterium erfüllt, so wird eine Funktionalität gesperrt, die einem Fahrer während des autonomen Fahrbetriebs eine Nebentätigkeit anbietet, die sich nicht auf einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs bezieht.
Ferner beschreibt die Druckschrift DE 10 2012 002 823 A1 eine Steuerungseinrichtung mit wenigstens zwei Betriebszuständen für ein Fahrzeug, umfassend eine Umschaltvorrichtung, mittels der die Steuerungseinrichtung zwischen den Betriebszuständen umschaltbar ist, eine erste Steuerungseinheit zum Ansteuern des Lenksystems des Fahrzeugs, oder/und eine zweite Steuerungseinheit zum Ansteuern des Bremssystems des Fahrzeugs, wobei die erste oder/und die zweite Steuerungseinheit das Lenksystem bzw. das Bremssystem des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Steuerungseinrichtung ansteuert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion eines technischen Systems zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs weiter zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aktivieren oder Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion eines technischen Systems zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, welches im Folgenden als Pilot bezeichnet wird, basiert auf für den Pilot charakteristischen Systemzuständen, zwischen denen vorgegebene Übergänge aufgrund vorgegebener Bedingungen möglich sind. Dabei weist der Pilot mindestens drei Systemzustände auf, nämlich

– Pilot nicht bereit,
– Pilot bereit, aber inaktiv, und
– Pilot aktiv, wobei
– ein Übergang von dem bereiten, aber inaktiven Piloten zum aktiven Piloten auf Anforderung des Fahrers erfolgt,
– ein Übergang vom aktiven Piloten zum bereiten, aber inaktiven Piloten auf Anforderung des Fahrers erfolgt,
– ein Übergang vom aktiven Piloten zum nicht bereiten Piloten durch eine fahrerische Bremsmaßnahme, eine Lenkmaßnahme und/oder eine Kick-Down-Maßnahme des Fahrers erfolgt,
– ein Übergang vom bereiten, aber inaktiven Piloten zum nicht bereiten Piloten durch eine fahrerischen Brems-, Lenk und/oder Beschleunigungsmaßnahme und/oder Überschreiten vorgegebener Grenzwerte bezüglich des Fahrzeugverhaltens und/oder des Fahrerverhaltens erfolgt, und
– ein Übergang vom nicht bereiten Piloten zum bereiten, aber inaktiven Piloten erfolgt, wenn vorgegebene Voraussetzungen für eine Systembereitschaft erfüllt sind.

Mit den zumindest drei Systemzuständen und den möglichen Übergängen ist eine sichere Aktivierung bzw. Deaktivierung des Piloten möglich, wobei die vorgegebenen Voraussetzungen beispielsweise durch das Einhalten vorgegebener Grenzwerte bezüglich des Fahrzeugverhaltens und/oder des Fahrerverhaltens gegeben sein können.
Vorzugsweise erfolgt die Anforderung des Fahrers zum Initiieren des Übergangs vom Zustand Pilot bereit aber nicht aktiv in den Zustand Pilot aktiv durch die Betätigung einer Bedieneinheit. Dabei kann es bei der Anforderung des Fahrers sich beispielsweise um die Betätigung eines entsprechenden Tasters oder um die Betätigung einer berührempfindlichen Oberfläche handeln. Es kann sich aber auch um eine Wischbewegung der Hand vor einer geeigneten Oberfläche oder um ein Sprachkommando handeln.
Vorzugsweise umfasst der Pilot den weiteren Systemzustand eskalierende Fahrerwarnung, in welchem der Fahrer zum Wiederaufnehmen seines durch die automatische Fahrfunktion bedingten Fahrerverhaltens oder zur Übernahme der Fahrzeugführung aufgefordert wird, wobei ein Übergang vom Systemzustand aktiver Pilot zum Zustand eskalierende Fahrerwarnung erfolgt, wenn vorgegebene Voraussetzungen zur Aufrechterhaltung des Systemzustands aktiver Pilot nicht mehr vorliegen. Dabei können die vorgegebenen Voraussetzungen durch Systemgrenzen des Piloten und/oder durch das Nichteinhalten von einem durch den aktiven Piloten erforderlichen Fahrerverhalten bedingt sein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei einem Ausfall von Systemkomponenten, beispielsweise bei einem Defekt eines Sensors oder eines Steuergeräts sowie das Erreichen von Systemgrenzen, der Fahrer durch die eskalierende Fahrerwarnung zur Übernahme der Fahrzeugführung aufgefordert wird.
Weiter bevorzugt erfolgt ein Übergang von dem Zustand eskalierende Fahrerwarnung zum Zustand aktiver Pilot, wenn der Fahrer sein Fahrverhalten innerhalb einer vorgegebenen Warnzeit an das durch den Zustand aktiver Pilot bedingte Fahrerverhalten anpasst. Auf diese Weise fällt der Pilot wieder in den aktiven Zustand zurück, wenn der Fahrer bedingt durch die Warnung sein Verhalten ändert, wobei dies durch die Art des Piloten bedingt sein kann, wie später beschrieben werden wird.
Weiter bevorzugt erfolgt ein Übergang von der eskalierenden Fahrerwarnung zum nicht bereiten Piloten, wenn der Fahrer die Fahrzeugführung übernimmt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Fahrer nicht unmittelbar wieder in den aktiven Pilotzustand wechseln kann, sondern sich der Pilot zuerst im Zustand nicht bereit befindet.
Vorzugsweise umfasst der Pilot den weiteren Systemzustand risikominimales Manöver, mittels dem das Fahrzeug durch ein geeignetes Fahrmanöver in einen risikominimalen Zustand überführt wird, wobei

– ein Übergang von dem Systemzustand eskalierende Fahrerwarnung in den Zustand risikominimales Manöver erfolgt, wenn eine Übernahme der Fahrzeugführung durch den Fahrer innerhalb einer vorgegebenen Warnzeit nicht erfolgt, und
– ein Übergang vom Systemzustand risikominimales Manöver in den Systemzustand Pilot nicht bereit erfolgt, wenn das Fahrzeug in einen risikominimalen Zustand überführt ist.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Fahrzeug automatisch in einen risikominimalen Zustand überführt wird, wenn der Fahrer auf die Warnungen und Hinweise zur Übernahme der Fahrzeugführung nicht reagiert.
Weiter bevorzugt bewirkt eine Betätigung des Fahrpedals im Systemzustand aktiver Pilot einen Übergang in den Systemzustand Pilot bereit, aber inaktiv, wobei der Übergang eine Rückkehr in den Systemzustand Pilot aktiv bewirkt, wenn das Fahrpedal nicht mehr betätigt wird. Auf diese Weise wird, ähnlich wie bei heutigen ACC-Systemen, ein kurzzeitiges Übersteuern des Piloten ermöglicht, ohne ihn zu deaktivieren.
Ferner weist vorzugsweise der Pilot zwei übergeordnete Systemzustände, nämlich den Systemzustand Pilot eingeschaltet und den Systemzustand Pilot ausgeschaltet auf, wobei zwischen den beiden Systemzuständen Pilot ausgeschaltet und Pilot eingeschaltet der Übergang Pilot einschalten und der Übergang Pilot ausschalten möglich sind. Mit anderen Worten, das System kann vom Fahrer nach Bedarf eingeschaltet und ausgeschaltet werden.
Weiter bevorzugt umfasst der Pilot eine oder mehrere der automatischen Fahrfunktionen wie teilautomatisches Fahren, hochautomatisches Fahren, vollautomatisches Fahren, autonomes Fahren, teilautomatisches Parken, hochautomatisches Parken, vollautomatisches Parken, und autonomes Parken.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, welche ausgelegt und eingerichtet ist zur Durchführung des im Vorangegangenen beschriebenen Verfahrens, mit einem eine automatische Fahrfunktion umfassenden technischen System, im Folgenden als Pilot bezeichnet, wobei der Pilot eine vorgegebene Anzahl von Systemzuständen aufweist, zwischen denen vorgegebene Übergänge möglich sind, wobei

– der Pilot zumindest die drei Systemzustände, nämlich
– Pilot nicht bereit,
– Pilot bereit, aber inaktiv, und
– Pilot aktiv umfasst.

Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Steuerung zum Erzeugen von Steuersignalen für die Lenk-, Brems- und Vortriebsaktorik, eine Einrichtung zum Ein-/Ausschalten des Piloten, eine Einrichtung für fahrerseitige Eingaben, eine Einrichtung zur Fahrerüberwachung, eine Einrichtung zur Ausgabe von Informationen an den Fahrer, eine Umfeldüberwachung, eine Einrichtung zur Ermittlung von Fahrzeugparametern und eine Navigationseinrichtung einschließlich einer digitalen Karte. Dabei kann die Navigationseinrichtung zum Empfang telematischer Informationen und Dienste eingerichtet sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
1 Das Systemzustandsdiagramm eines technischen Systems zum Aktivieren und Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion, und
2 eine schematische Darstellung des technischen Systems.
1 zeigt das Systemzustandsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines technischen Systems zum Aktivieren und Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion sowie das Interaktionsschema zwischen dem Fahrer und dem technischen System. Dabei werden unter automatischen Fahrfunktionen die Funktionen teilautomatisches, hochautomatisches und vollautomatisches Fahren und Parken sowie autonomes Fahren und Parken zusammengefasst.
Gleichzeitig ergibt sich das Interaktionsschema zwischen Fahrer und System aus dem im Folgenden erläuterten Systemzustandsdiagramm.

Das technische System mit seiner automatischen Fahrfunktion, mit anderen Worten der Pilot, weist die folgenden Systemzustände auf:

Zustand a	Pilot aus,
Zustand b	Pilot ein,
Zustand c	Pilot nicht bereit,
Zustand d	Pilot bereit, aber inaktiv,
Zustand e	Pilot aktiv,
Zustand f	eskalierende Warnung des Piloten, und
Zustand g	risikominimales Manöver.

Zwischen den Systemzuständen sind die in 1 dargestellten Übergänge 1 bis 13 möglich und zulässig. Im Folgenden werden die Systemzustände und die Übergänge näher erläutert, wobei die folgende Erläuterung zur besseren Erläuterung des Zusammenspiels der einzelnen Zustände und Übergänge mit dem Systemzustand d, Pilot bereit, aber nicht aktiv, d.h. der Pilot befindet sich im Stand-By, beginnt.
Zustand d, Pilot bereit aber nicht aktiv:
Sind alle Vorbedingungen zur Aktivierung des Piloten erfüllt, so befindet sich das System im Bereit-Zustand d. Dieser wird dem Fahrer geeignet angezeigt, beispielsweise optisch durch ein Piktogramm im Kombi-Instrument.
Übergang 4:
Lenkt der Fahrer stark, oder bremst der Fahrer, oder fährt der Fahrer schneller als die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit des Piloten, oder steuert der Fahrer das Fahrzeug derart, dass es sich teilweise außerhalb des Fahrstreifens befindet, oder öffnet der Fahrer sein Gurtschloss, oder öffnet der Fahrer seine Tür, so erfolgt der Übergang 4 vom Bereit-Zustand d in den Nicht-Bereit-Zustand c. Weitere Gründe zum Übergang in den Nicht-Bereit-Zustand finden sich nachfolgend bei Übergang 9. Diese Gründe bewirken ebenfalls den Übergang 4 vom Zustand Bereit d in den Nicht-Bereit-Zustand c und werden zur besseren Verständlichkeit erst unten weiter ausgeführt.
Zustand c, Pilot nicht bereit:
Im Nicht-Bereit-Zustand c kann der Pilot nicht aktiviert werden. Der Nicht-Bereit-Zustand c wird dem Fahrer geeignet zur Anzeige gebracht, beispielsweise durch ein Piktogramm im Kombi-Instrument. Versucht der Fahrer im Nicht-Bereit-Zustand den Piloten zu aktivieren, so wird dies nicht zugelassen und der gescheiterte Aktivierungsversuch wird ihm geeignet optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Pop-Up im Kombi-Instrument und/oder einen Warnton bzw. Tonfolge erfolgen. Nimmt der Fahrer nach einem gescheiterten Aktivierungsversuch zudem die Hände vom Lenkrad, so wird er noch intensiver wiederum optisch und/oder akustisch gewarnt sowie dazu aufgefordert, die Hände wieder an das Lenkrad zulegen. Ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat oder nicht kann durch Messen des Handlenkmoments oder durch geeignete Sensoren im Lenkrad, wie beispielsweise Drucksensoren oder kapazitive Sensoren erfasst werden.
Übergang 3:
Der Übergang vom nicht bereiten Piloten zum bereiten, aber inaktiven Piloten erfolgt, wenn vorgegebene Voraussetzungen für eine Systembereitschaft erfüllt sind. Lenkt der Fahrer nicht mehr stark und bremst er nicht mehr und fährt er genauso schnell oder langsamer als die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit des Piloten und steuert der Fahrer derart, dass sich das Fahrzeug wieder vollständig innerhalb des Fahrstreifens befindet, und ist das Gurtschloss des Fahrers (wieder) geschlossen und ist die Fahrertür (wieder) geschlossen, so geht das System in den Bereit-Zustand d. Der Übergang 3 vom Nicht-Bereit-Zustand in den Bereit-Zustand erfolgt ebenfalls nur dann, wenn auch die unter Übergang 9 aufgeführten Gründe nicht mehr vorliegen.
Übergang 5:
Durch Betätigung einer Bedieneinheit, wie beispielsweise eines Tasters oder eines Schalters, bewirkt der Fahrer den Übergang 5 zum aktiven Pilot-Modus e. Der Übergang 5 in den aktiven Pilot-Modus e wird dem Fahrer geeignet optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht, z.B. durch ein Pop-Up im Kombiinstrument und/oder durch einen Ton bzw. eine Tonfolge. Um eine unbeabsichtigte Aktivierung des Pilot-Modus e zu vermeiden, kann das System so gestaltet werden, dass zur Aktivierung des Pilot-Modus e zwei Bedienhandlungen erforderlich sind, wie beispielsweise das gleichzeitige Drücken von zwei Tastern, welche beispielsweise im Lenkrad integriert sind, das Wegklappen einer Abdeckkappe, welches die Betätigung eines Tasters oder Schalters ermöglich, oder Umfassen und Anheben des Schalthebels mit zwei Fingern, damit der Schalthebel von der "Ein" in die "Aus" Position gebracht werden kann.
Zustand e:
Nach Aktivierung durch den Fahrer übernimmt der Pilot die Längs- und Querführung des Fahrzeugs. Der Zustand e, Pilot aktiv, wird dem Fahrer geeignet optisch, haptisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht, z.B. durch ein Piktogramm im Kombiinstrument in Verbindung mit einem Ton bzw. einer Tonfolge. Im hoch- und vollautomatischen sowie autonomen Fahrmodus ist zudem denkbar, dass das Lenkrad über die vorhandene Lenkradverstellung vom Fahrer wegbewegt wird. Der Fahrer kann die Hände am Lenkrad belassen und leicht mitlenken, wenn er dieses wünscht. Er kann aber auch die Hände vom Lenkrad nehmen und den Fahrersitz in eine bequemere Position bringen.
Übergänge 6 und 7:
Der Fahrer kann den aktiven Pilotmodus e jederzeit verlassen, indem er:

– eine Bedieneinheit betätigt, z.B. einen Taster oder einen Schalter,
– stark lenkt,
– bremst, beispielsweise analog zu ACC, oder
– optional: Kick-Down, also das vollständige Durchtreten des Fahrpedals.

Das Verlassen des aktiven Pilotmodus wird dem Fahrer geeignet zur Anzeige gebracht, z.B. durch ein Pop-Up im Kombi-Instrument oder durch einen Ton bzw. eine Tonfolge.
Dabei wird ein Lenkeingriff üblicherweise durch einen Lenkmomentsensor erkannt. Da auch das bloße Umfassen des Lenkrads bereits zur Induzierung eines Lenkmoments führt, dies aber wie oben beschrieben im aktiven Pilotmodus e ermöglicht werden soll, falls der Fahrer dies wünscht, muss eine geeignete Schwelle des Lenkmoments eingestellt werden, unterhalb derer der Fahrer das System zwar übersteuern kann, es aber zu keiner Deaktivierung des aktiven Pilotmodus e kommt. Weiterhin kann diese Abwurfschwelle des Handlenkmomentes für eine kurze Zeit nach der Aktivierung des Pilotmodus e angehoben werden, da beim Übergang von "Fahrer lenkt' zu "Pilot lenkt" der Fahrer eventuell noch hohe Lenkmomente aufbringt, was bei der Aktivierung dann sofort zu einem Abwurf durch das System führen würde.
Während der Bremsvorgang oder der gegebenenfalls starke Lenkvorgang oder der Kick-Down andauert, erfolgt zunächst der Übergang 7 in den Nicht-Bereit-Zustand c. Hier wird dem Fahrer keine Aktivierungsbereitschaft angezeigt. Nach Abschluss des Bremsvorgangs erfolgt der Übergang 3 in den Bereit-Zustand d, welcher dem Fahrer wiederum geeignet zur Anzeige gebracht wird.
Um eine unbeabsichtigte Deaktivierung des Pilot-Modus e zu verhindern, kann nach einer der oben beschriebenen Fahreraktionen das System nachfragen, ob der Pilot-Modus e wirklich verlassen werden soll, welches der Fahrer durch Betätigung eines Tasters oder Schalters oder durch eine Spracheingabe quittieren kann. Ebenfalls denkbar ist, dass zwei Taster oder Schalter auf dem Lenkrad gleichzeitig gedrückt werden müssen, wie dies oben bereits erläutert wurde. Das System wird so nach Kickdown, Lenk- und Bremseingriff somit nicht sofort ausgeschaltet, wobei der Fahrer aber immer übersteuern kann.
Übergang 8:
Ein einfaches Übertreten durch Betätigung des Fahrpedals soll nicht zum Abwurf bzw. Beenden des aktiven Pilot-Modus e führen, wie dies auch beim ACC üblicherweise realisiert ist. Das Übertreten führt zum Übergang 8 vom Zustand e, Pilot aktiv, in den Bereit-Zustand d und wird dem Fahrer geeignet angezeigt. Sobald das Fahrpedal nicht mehr betätigt wird, geht das System automatisch in den Zustand e, Pilot aktiv, zurück.
Führt der Kick-Down oder das Übertreten zu einem potentiell unsicheren Zustand, z.B. das starke Beschleunigen in einer scharfen Kurve, so kann das System hierauf reagieren, indem es einen Warnhinweis ausgibt und/oder die Beschleunigungsanforderung nicht umsetzt.
Übergang 9:
Liegen bestimmte Voraussetzungen für das Aufrechterhalten des aktiven Pilot-Modus e nicht mehr vor, so erfolgt der Übergang 9 in den Zustand f, eskalierende Fahrerwarnung. Zusätzlich zu den bei Übergang 4 beschriebenen Ursachen kann der Ausfall von Systemkomponenten wie z.B. der Defekt eines Sensors oder eines Steuergerätes sowie das Erreichen von Systemgrenzen hierzu führen. Nachfolgend sind einige Beispiele bzgl. des Erreichens einer Systemgrenze aufgeführt:

– das System ist nur für dedizierte Straßenklassen ausgelegt wie z.B. Autobahnen oder autobahnähnliche Straßen und die Autobahn endet in einigen Kilometern, oder nur für telematisch überwachte Straßen und die Teleüberwachung endet in einigen Kilometern, oder nur für zertifizierte Straßen welche bestimmte Mindestanforderungen der Infrastruktur erfüllen und die zertifizierte Straße endet in einigen Kilometern,
– das System ist nicht für Fahrten in Baustellenbereichen ausgelegt und in einigen Kilometern voraus liegt eine Baustelle,
– das System ist nicht in der Lage einen Fahrstreifenwechsel durchzuführen und der eigene Fahrstreifen endet in einigen Kilometern,
– das System soll gemäß Fahrerwunsch nur bis zu einer bestimmten Ausfahrt fahren, und in einigen Kilometern voraus liegt diese Ausfahrt,
– das System ist nur für eine Staufolgefahrt ausgelegt und der Verkehr beginnt wieder zu fließen, was z.B. durch eine starke Geschwindigkeitserhöhung des vorausfahrenden Fahrzeugs erkannt werden kann,
– das System ist nicht für Fahrten auf glatter Fahrbahn, wie Eis, Schnee oder Aquaplaning, ausgelegt und das System registriert trotz moderater Fahrweise einen ESP Eingriff,
– das System ist nicht für Fahrten bei schlechter Sicht ausgelegt und ein Sensor registriert stark eingeschränkte Sichtverhältnisse,
– das System muss zur Querführung des Fahrzeugs den zu befahrenden Fahrstreifen mit ausreichender Güte erkennen. Dies ist durch Wegfall der Markierungslinien oder Verschmutzung der Fahrbahn oder schlechte Sichtverhältnisse nicht mehr gegeben, oder
– das System benötigt zur automatischen Fahrzeugführung Verkehrs- und Umfelddaten, welche über eine Funkschnittstelle zugeführt werden, wie Fahrzeug-Fahrzeug und/oder Fahrzeug-Infrastruktur Kommunikation, und es ist vorhersehbar, dass diese Funkverbindung demnächst abreist, beispielsweise in einem Funkloch oder einem Tunnel.

Der aktive Pilot-Modus e kann weiterhin verlassen werden, wenn der Fahrer seinen Verpflichtungen nicht mehr nachkommt. Im teilautomatischen Fahrmodus muss der Fahrer z.B. aufmerksam sein und seinen Blick dauerhaft auf die Fahrbahn und den umliegenden Verkehr richten. Im hochautomatischen Fahrmodus darf der Fahrer z.B. nicht schlafen. Erkennt das System, dass der Fahrer dauerhaft diesen Verpflichtungen nicht mehr nachkommt, so erfolgt eine eskalierende Fahrerwarnung f. Erkennen kann das System dieses durch geeignete Sensoren zur Überwachung des Fahrerzustands wie z.B. eine Innenraumkamera.
Zustand f:
Bei der eskalierenden Fahrerwarnung f wird der Fahrer geeignet darauf hingewiesen, seinen Verpflichtungen bei aktiviertem Pilot-Modus e nachzukommen. Tut er dies weiterhin nicht, dann wird vor der bevorstehenden Deaktivierung des Pilot-Modus e gewarnt bzw. der Fahrer zur Übernahme der vollständigen Fahrzeugführung aufgefordert. Sind andere Voraussetzungen zum Aufrechterhalt des aktiven Pilot-Modus e nicht mehr erfüllt, wie z.B. der Ausfall von Systemkomponenten oder das Erreichen von Systemgrenzen, so wird der Fahrer direkt zur Übernahme der vollständigen Fahrzeugführung aufgefordert. Tut er dies nicht, so erfolgt die Übernahmeaufforderung intensiver. Dies kann jeweils optisch, akustisch und/oder haptisch erfolgen, z.B. durch ein Piktogramm im Kombi-Instrument, Warnton bzw. Tonfolge oder durch einen Bremsruck. Beim hoch- und vollautomatischen bzw. autonomen Fahrmodus kann das zuvor eingefahrene Lenkrad wieder ausgefahren werden und der Fahrersitz von der Ausruh-Position wieder in die Fahr-Position gebracht werden.
Übergang 10:
Wird der Fahrer darauf hingewiesen, seinen Verpflichtungen bei aktiviertem Pilot-Modus e nachzukommen, und reagiert der Fahrer hierauf geeignet, so bleibt der Pilot-Modus e aktiv. Geeignet reagiert der Fahrer z.B. beim teilautomatischen Fahren, wenn er seinen Blick wieder auf die Straße richtet oder beim hochautomatischen Fahren, wenn er die nicht zulässigen Nebentätigkeiten wie z.B. Schlafen unterlässt.
Übergang 11:
Wird der Fahrer zur Übernahme der vollständigen Fahrzeugführung aufgefordert, und reagiert der Fahrer hierauf geeignet, so erfolgt der Übergang in den Nicht-Bereit-Zustand c. Der Fahrer reagiert geeignet, wenn er die Längs- und Querführung des Fahrzeugs wieder vollständig übernimmt.
Dabei wird insbesondere die Querführung hierbei "weich" abgeworfen, indem z.B. das Lenkmoment langsam herunter geführt (gerampt) wird oder erst dann die automatische Querführung unterbleibt, wenn der Fahrer die Hände am Lenkrad hat und selber ein Lenkmoment aufbringt.
Reagiert der Fahrer nicht auf die Übernahmeaufforderung und ist beim hochautomatischen Fahren systembedingt ein risikominimales Manöver nicht möglich, so erfolgt ebenfalls der Übergang in den Nicht-Bereit-Zustand c.
Übergang 12:
Bleibt nach einer Übernahmeaufforderung eine Fahrerübernahme dauerhaft aus, so wird das Fahrzeug soweit vorgesehen und möglich in einen risikominimalen Zustand überführt.
Zustand g:
Die Überführung in einen risikominimalen Zustand erfolgt durch ein geeignetes Fahrmanöver. Die Auswahl dieses Fahrmanövers ist abhängig von der aktuellen Fahrsituation. Bei einer Staufolgefahrt kann das Herunterbremsen in den Stillstand im aktuellen Fahrstreifen geeignet sein. Bei einer automatischen Autobahnfahrt bei höheren Geschwindigkeiten können ein Fahrstreifenwechsel auf den Standstreifen und ein anschließender automatischer Nothalt auf dem Standstreifen geeignet sein. Im Stillstand kann ein Notruf abgesetzt werden (E-Call). Die elektrische Parkbremse kann aktiviert werden. Die Warnblinkleuchten werden bzw. bleiben aktiviert. Die Fahrzeugtüren werden entriegelt, um Rettern den Zutritt in die Fahrgastzelle zu ermöglichen. Während des gesamten Manövers hat der Fahrer immer die Möglichkeit, das System zu übersteuern bzw. das Manöver durch einen Eingriff in die Längs- oder Querführung abzubrechen. Tut er dies, so wird ihm der Abbruch des Manövers geeignet angezeigt, beispielsweise durch ein Pop-Up im Kombiinstrument in Verbindung mit einem Ton oder einer Tonfolge.
Übergang 13:
Nach Erreichen des risikominimalen Zustand im Zustand risikominimales Manöver g geht das System in den Nicht-Bereit-Zustand c über, welcher dem Fahrer wiederum geeignet zur Anzeige gebracht wird.
Zustände a und b:
Das Pilot-System kann durch eine Bedieneinrichtung, wie Schalter oder Taster, zusätzlich in die Zustände Aus a und Ein b geschaltet werden. Dies führt zu den Übergängen 1 und 2 zwischen den Zuständen a und b. Der Ein- und Aus-Zustand a, b wird dem Fahrer wiederum geeignet zur Anzeige gebracht, z.B. durch ein Piktogramm im Kombiinstrument. Das Ein- und Ausschalten des Systems kann erforderlich sein, wenn zwei Bedienhandlungen zur Systemaktivierung gefordert werden. Ist dieses nicht der Fall, dann können der Zustand a sowie die Übergänge 1 und 2 entfallen. Das System ist dann nach eingeschalteter Zündung immer eingeschaltet.
2 zeigt in schematischer Blockdarstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung 20 zur Durchführung des im Vorangegangenen geschilderten Verfahrens zur Aktivierung und Deaktivierung einer automatischen Fahrfunktion, d.h. des Piloten 20. Dabei umfasst der Pilot 20 eine Steuerung 21 zum Erzeugen von Steuersignalen für die Lenk-, Brems- und Vortriebsaktorik, eine Einrichtung 22 zum Ein-/Ausschalten des Piloten, eine Einrichtung 23 für fahrerseitige Eingaben, eine Einrichtung 24 zur Fahrerüberwachung, eine Einrichtung 25 zur Ausgabe von Informationen an den Fahrer, eine Umfeldüberwachung 26, eine Einrichtung 27 zur Ermittlung von Fahrzeugparametern und eine Navigationseinrichtung 28 einschließlich einer digitalen Karte. Dabei kann die Navigationseinrichtung 28 auch zum Empfang telematischer Dienste ausgelegt sein.
Bezugszeichenliste

a: Pilot aus
b: Pilot ein
c: Pilot nicht bereit
d: Pilot bereit, aber inaktiv
e: Pilot aktiv
f: eskalierende Warnung
g: risikominimales Manöver
1: Übergang a → b
2: Übergang b → a
3: Übergang c → d
4: Übergang d → c
5: Übergang d → e
6: Übergang e → d
7: Übergang e → c
8: Übergang e → d → e
9: Übergang e → f
10: Übergang f → e
11: Übergang f → c
12: Übergang f → g
13: Übergang g → c
20: Pilot (technisches System mit automatischer Fahrfunktion)
21: Steuerung für Aktorik Lenken, Bremsen und Vortrieb
22: Pilot Ein/Aus
23: Eingabe Fahrer
24: Überwachung Fahrer
25: Ausgabe Fahrerinformation
26: Umfeldüberwachung
27: Überwachung Fahrzeugparameter
28: Navigation/digitale Karte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8352110 B1 [0005]
DE 102009033752 A1 [0006]
DE 102005050310 A1 [0010]
DE 112006002892 T5 [0011]
DE 102009048954 A1 [0012]
DE 102012002823 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Peter Mirwald et al.: "Gestaltung eines Nothalteassistenzsystems bei medizinisch bedingter Fahruntüchtigkeit“, 5. Tagung Fahrerassistenzsysteme: Schwerpunkt Vernetzung, TÜV-Süd Akademie, München 15./16. Mai 2012 [0007]
V. Schlussbericht der Projektgruppe "Rechtsfolgen zunehmender Fahrzeugautomatisierung", ISBN 978-3-86918-189-9 vom Januar 2012 [0008]

Claims

Verfahren zum Aktivieren oder Deaktivieren einer automatischen Fahrfunktion eines technischen Systems zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, im Folgenden als Pilot (20) bezeichnet, wobei der Pilot (20) durch Systemzustände charakterisiert ist, zwischen denen vorgegebene Übergänge aufgrund vorgegebener Bedingungen möglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilot (20) mindestens drei Systemzustände Pilot nicht bereit (c), Pilot bereit, aber inaktiv (d), und Pilot aktiv (e) aufweist, wobei ein Übergang (5) von dem bereiten, aber inaktiven Piloten (d) zum aktiven Piloten (e) auf Anforderung des Fahrers erfolgt, ein Übergang (6) vom aktiven Piloten (e) zum bereiten, aber inaktiven Piloten (d) auf Anforderung des Fahrers erfolgt, ein Übergang (7) vom aktiven Piloten (e) zum nicht bereiten Piloten (c) durch eine fahrerische Bremsmaßnahme, eine Lenkmaßnahme und/oder eine Kick-Down-Maßnahme des Fahrers erfolgt, ein Übergang (4) vom bereiten, aber inaktiven Piloten (d) zum nicht bereiten Piloten (c) durch eine fahrerischen Brems-, Lenk und/oder Beschleunigungsmaßnahme und/oder Überschreiten vorgegebener Grenzwerte bezüglich des Fahrzeugverhaltens und/oder des Fahrerverhaltens erfolgt, und ein Übergang (3) vom nicht bereiten Piloten (c) zum bereiten, aber inaktiven Piloten (d) erfolgt, wenn vorgegebene Voraussetzungen für eine Systembereitschaft erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung des Fahrers durch die Betätigung einer Bedieneinheit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilot den weiteren Systemzustand eskalierende Fahrerwarnung (f) umfasst, in welchem der Fahrer zum Wiederaufnehmen seines durch die automatische Fahrfunktion bedingten Fahrerverhaltes oder zur Übernahme der Fahrzeugführung aufgefordert wird, wobei ein Übergang (9) vom aktiven Piloten (e) zur eskalierenden Fahrerwarnung (f) erfolgt, wenn vorgegebene Voraussetzungen zur Aufrechterhaltung des Systemzustands aktiver Pilot (e) nicht mehr vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Voraussetzungen durch Systemgrenzen des Piloten und/oder durch das Nichteinhalten von einem durch den aktiven Piloten (e) erforderlichen Fahrerverhalten bedingt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (10) von der eskalierenden Fahrerwarnung (f) zum aktiven Piloten (e) erfolgt, wenn der Fahrer sein Fahrverhalten innerhalb einer vorgegebenen Warnzeit an das durch den aktiven Piloten (e) bedingte Fahrerverhalten anpasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (11) von der eskalierenden Fahrerwarnung (f) zum nicht bereiten Piloten (c) erfolgt, wenn der Fahrer die Fahrzeugführung übernimmt.
Verfahren nach einem der Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilot den weiteren Systemzustand risikominimales Manöver (g) umfasst, mittels dem das Fahrzeug durch ein geeignetes Fahrmanöver in einen risikominimalen Zustand überführt wird, wobei ein Übergang (12) von dem Systemzustand eskalierende Fahrerwarnung (f) in den Zustand risikominimales Manöver (g) erfolgt, wenn eine Übernahme der Fahrzeugführung durch den Fahrer innerhalb einer vorgegebenen Warnzeit nicht erfolgt, und ein Übergang (13) vom Systemzustand risikominimales Manöver (g) in den Systemzustand Pilot nicht bereit (c) erfolgt, wenn das Fahrzeug in einen risikominimalen Zustand überführt ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung des Fahrpedals im Systemzustand aktiver Pilot (e) einen Übergang (8) in den Systemzustand Pilot bereit, aber inaktiv (d), bewirkt, wobei der Übergang (8) eine Rückkehr in den Systemzustand Pilot aktiv (e) bewirkt, wenn das Fahrpedal nicht mehr betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilot zwei übergeordnete Systemzustände, nämlich den Systemzustand Pilot eingeschaltet (b) und den Systemzustand Pilot ausgeschaltet (a) aufweist, wobei zwischen den beiden Systemzuständen Pilot ausgeschaltet (a) und Pilot eingeschaltet (b) der Übergang Pilot einschalten (1) und der Übergang Pilot ausschalten (2) möglich sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilot eine oder mehrere der automatischen Fahrfunktionen teilautomatisches Fahren, hochautomatisches Fahren, vollautomatisches Fahren, autonomes Fahren, teilautomatisches Parken, hochautomatisches Parken, vollautomatisches Parken, und autonomes Parken umfasst.
Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, ausgelegt und eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem eine automatische Fahrfunktion umfassenden technischen System (20), im Folgenden als Pilot (20) bezeichnet, wobei der Pilot (20) eine vorgegebene Anzahl von Systemzuständen (a–g) aufweist, zwischen den vorgegebene Übergänge (1–13) möglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilot (20) zumindest die drei Systemzustände Pilot nicht bereit (c), Pilot bereit, aber inaktiv (d), und Pilot aktiv (e) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerung (21) zum Erzeugen von Steuersignalen für die Lenk-, Brems- und Vortriebsaktorik, ein Einrichtung (22) zum Ein-/Ausschalten des Piloten, eine Einrichtung (23) für fahrerseitige Eingaben, eine Einrichtung (24) zur Fahrerüberwachung, eine Einrichtung (25) zur Ausgabe von Informationen an den Fahrer, eine Umfeldüberwachung (26), eine Einrichtung (27) zur Ermittlung von Fahrzeugparametern und eine Navigationseinrichtung (28) einschließlich einer digitalen Karte aufweist.