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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fahrzeugfremden Software-Anwendung in einem Kraftfahrzeug sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Software-Anwendungen, sog. "Apps", die auf Handgeräten aus der Klasse der Smart Devices, wie z.B. Smartphones oder Tablet-PCs, ausgeführt werden, sind bekannt. Derartige Apps können auch im Kraftfahrzeugbereich Anwendung finden. Beispielsweise kann ein Handgerät, z.B. ein Smartphone, auf welchem die App ausgeführt wird, mit einem Steuergerät datenübertragend verbunden sein, wodurch die App mit dem Steuergerät kommunizieren kann. Es ist auch denkbar, derartige Apps direkt in ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs zu laden, beispielsweise über das Internet oder eine sog. Cloud, und die App von dem Steuergerät auszuführen. Derartige Software-Anwendungen bzw. Apps für Kraftfahrzeuge sind beispielsweise in der
EP 2 857 265 A1 beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer fahrzeugfremden Software-Anwendung in einem Kraftfahrzeug sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Als fahrzeugfremde Software-Anwendung sei in diesem Zusammenhang eine Software-Anwendung zu verstehen, welche nicht im Zuge eines Herstellungsprozesses in das Kraftfahrzeug implementiert wurde. Die fahrzeugfremde Software-Anwendung war somit nicht ursprünglich in dem Kraftfahrzeug vorhanden und konnte von dem Kraftfahrzeug noch nicht ausgeführt werden, als dieses eine entsprechende Produktionsanlage verlassen hat und in Betrieb genommen wurde. Die fahrzeugfremde Software-Anwendung wird in das Kraftfahrzeug eingebracht, wenn sich dieses bereits im Feld befindet.
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Die fahrzeugfremde Software-Anwendung wird von einer fahrzeugfremden bzw. fahrzeugexternen Recheneinheit ausgeführt. Eine derartige fahrzeugfremde Recheneinheit ist insbesondere nicht fest bzw. nicht konstruktiv mit dem Kraftfahrzeug verbunden und stellt insbesondere keinen festen Bestandteil des Kraftfahrzeugs dar. Die fahrzeugfremde Recheneinheit kann beispielsweise eine (tragbare) Recheneinheit sein, wie beispielsweise ein Handgerät, welche von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeführt wird, auch außerhalb des Kraftfahrzeugs, oder eine Recheneinheit bzw. ein Recheneinheitensystem, welche bzw. welches sich an einem entfernten Standort befindet, beispielsweise im Zuge einer sog. "Cloud".
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Die fahrzeugfremde Software-Anwendung kann insbesondere auf Fahrzeugfunktionen Einfluss nehmen oder diese komplett ausführen. Zu diesem Zweck steht die fahrzeugfremde Software-Anwendung bzw. die fahrzeugfremde Recheneinheit mit einer fahrzeuginternen Recheneinheit, wie einem Steuergerät oder einem Bordcomputer, in Kommunikationsverbindung, insbesondere über eine zweckmäßige Schnittstelle zwischen fahrzeugfremder Recheneinheit und fahrzeuginterner Recheneinheit.
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Im Rahmen des Verfahrens wird eine gemeinsame Zeitbasis zwischen der fahrzeugfremden Recheneinheit und der fahrzeuginternen Recheneinheit hergestellt. Die fahrzeuginterne Recheneinheit wird von der fahrzeugfremden Software-Anwendung beauftragt, eine Aktion durchzuführen. Eine derartige Aktion kann beispielsweise ein Eingriff, insbesondere ein Steuerungs- bzw. Regelungseingriff sein, um eine Fahrzeugfunktion zu beeinflussen. Basierend auf der gemeinsamen Zeitbasis wird bestimmt, ob die Aktion in einem vorgegebenen Zeitfenster bzw. innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls durchführbar ist. Die Aktion wird durchgeführt, wenn sie in dem vorgegebenen Zeitfenster durchführbar ist. Das entsprechende Zeitfenster kann beispielsweise von der fahrzeugfremden Software-Anwendungen selbst vorgegeben werden oder auch von der fahrzeuginternen Recheneinheit.
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Durch das Verfahren kann gewährleistet werden, dass die Aktionen von fahrzeugfremden Software-Anwendungen stets innerhalb eines zulässigen Zeitfensters durchgeführt werden und dass es zu keinen ungewollten, unvorhergesehenen Verzögerungen kommt. Durch derartige Verzögerungen und somit durch zu spät ausgeführte Aktionen kann es im schlimmsten Fall zu einer Gefährdung von Fahrzeuginsassen oder weiteren Verkehrsteilnehmern kommen. Insbesondere wenn von der fahrzeugfremden Software-Anwendung eine echtzeitkritische Aktion ausgeführt werden soll, beispielsweise eine Echtzeit-Reaktion auf aktuelle Verkehrsbedingungen, kann eine derartige Verzögerung zu einer Gefährdung führen. Derartige Gefährdung können durch das Verfahren vermieden werden und ein sicherer, problemloser Ablauf der fahrzeugfremden Software-Anwendung bzw. der beauftragten Aktion kann gewährleistet werden.
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Durch die Anbindung der fahrzeugfremden Recheneinheit an das Kraftfahrzeug bzw. an die fahrzeuginterne Recheneinheit kann es gegebenenfalls zu einer vergleichsweise langen Signalstrecke kommen. Im Vergleich zu einer rein fahrzeuginternen Kommunikation zwischen fahrzeuginternen Recheneinheiten kann es vergleichsweise lange dauern, bis ein Befehl bzw. Auftrag zum Ausführen der entsprechenden Aktion von der fahrzeugfremden Recheneinheit über die Schnittstelle an die fahrzeuginterne Recheneinheit übermittelt wird und bis der Auftrag von dieser verarbeitet und letztendlich ausgeführt wird. Durch das Verfahren kann sichergestellt werden, dass es auch durch derartig lange Signalstrecken nicht zu Verzögerungen der beauftragten Aktion kommt und dass diese stets innerhalb des vorgesehenen, zulässigen Zeitfensters durchgeführt werden kann.
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Bei der fahrzeugfremden Software-Anwendung kann es sich insbesondere um eine sogenannte "App" handeln. Die App kann beispielsweise über das Internet oder ein zweckmäßiges Netzwerk auf die fahrzeugfremde Recheneinheit geladen werden. Insbesondere können mittels der fahrzeugfremden Software-Anwendung nachladbare Kraftfahrzeugfunktionen realisiert werden, die in das Kraftfahrzeug eingebracht werden können, wenn sich dieses bereits im Feld befindet.
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Durch das Verfahren wird eine Möglichkeit bereitgestellt, um derartige nachladbare Software-Anwendung sicher auszuführen und dabei die funktionale Sicherheit des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Insbesondere kann gewährleistet werden, dass Sicherheitsanforderungen bzw. sicherheitskritische Anforderungen gemäß z.B. der ISO-Norm 26262 erfüllt bzw. eingehalten werden.
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Insbesondere wenn durch die Software-Anwendung sicherheitsrelevante und/oder echtzeitkritische Aktionen durchgeführt werden, kann durch das Verfahren eine Absicherung gemäß dem sog. Automotive Safety Integrity Level (ASIL) ermöglicht werden, eine von der ISO 26262 spezifizierte Sicherheitsanforderungsstufe für sicherheitsrelevante Systeme in Kraftfahrzeugen.
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Vorteilhafterweise wird die Aktion nicht durchgeführt, wenn sie nicht in dem vorgegebenen Zeitfenster durchführbar ist. Somit werden ein zu spätes Ausführen der Aktion und sich daraus gegebenenfalls ergebende Gefährdungen von Verkehrsteilnehmern verhindert. Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise eine Ersatzaktion durchgeführt, wenn die Aktion nicht in dem vorgegebenen Zeitfenster durchführbar ist.
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Vorzugsweise können die fahrzeugfremde Software-Anwendung bzw. die fahrzeugfremde Recheneinheit und/oder ein Fahrer des Kraftfahrzeugs darüber informiert werden, wenn die Aktion nicht in dem vorgegebenen Zeitfenster durchführbar ist. Insbesondere kann jeweils ein Fehlerzähler erhöht werden, wenn die Aktion nicht durchführbar ist. Erreicht der Fehlerzähler einen Schwellwert, kann die fahrzeugfremde Software-Anwendung deaktiviert bzw. blockiert werden oder von der fahrzeuginternen Recheneinheit eingeschränkt werden.
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Bevorzugt wird die gemeinsame Zeitbasis bei einem Start des Kraftfahrzeugs, bei einer Aktivierung der fahrzeugfremden Software-Anwendung und/oder bei einer Aktivierung der fahrzeugfremden Recheneinheit hergestellt. Somit wird gewährleistet, dass stets eine gemeinsame Zeitbasis zwischen den Recheneinheiten besteht und basierend darauf die entsprechende Aktion stets in dem vorgesehenen Zeitfenster ausgeführt wird.
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Vorteilhafterweise wird die gemeinsame Zeitbasis mittels des Network Time Protocol (NTP) und/oder des Precision Time Protocol (PTP) hergestellt. Diese Protokolle stellen eine etablierte und Möglichkeit dar, um Uhren von vernetzten Recheneinheiten präzise zu synchronisieren. Alternativ oder zusätzlich kann die gemeinsame Zeitbasis bevorzugt auch mittels RDS, DAB und/oder GPS hergestellt werden. Vorzugsweise kann die gemeinsame Zeitbasis auch auf Basis von auslösenden Ereignissen hergestellt werden, beispielsweise auf Basis von Zeitstempeln, die in dem Netzwerk der Recheneinheiten ausgegeben werden.
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Bevorzugt wird durch die fahrzeugfremde Software-Anwendung eine Fahrassistenzfunktion ausgeführt. Eine derartige Fahrerassistenzfunktion dient insbesondere zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs und kann diesen beispielsweise vor Gefahrensituationen warnen. Beispielsweise kann der Fahrer bei Gefahrensituationen akustisch und/oder visuell benachrichtigt werden, beispielsweise durch Aufleuchten einer Signalleuchte im Armaturenbereich oder in einem Head-Up-Display. Insbesondere kann eine Fahrerassistenzfunktion eine Gefahrensituationen auch entschärfen bzw. dieser entgegenwirken. Fahrerassistenzfunktionen können insbesondere über Sensoren die Umgebung wahrnehmen und basierend auf entsprechenden Sensordaten Aktoren ansteuern.
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Beispiele für derartige Fahrerassistenzfunktionen sind Abstandsregeltempomat (Adaptive Cruise Control, ACC), Kurvenassistent, Einparkassistent, Spurhalteassistent, autonome Längsführung, Aufmerksamkeits-Assistent bzw. Müdigkeitserkennung, Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), Motor-Schleppmoment-Regelung (MSR), Antriebsschlupfregelung (ASR), Antiblockiersystem (ABS) sowie Funktionen im Zuge automatisierten Fahrens. Vorteilhafterweise soll als Aktion ein Aktuator des Kraftfahrzeugs angesteuert werden, bevorzugt im Zuge einer derartigen Fahrassistenzfunktion.
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Vorzugsweise ist die fahrzeuginterne Recheneinheit als ein Steuergerät oder ein Bordcomputer des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die fahrzeuginterne Recheneinheit kann bevorzugt dazu eingerichtet sein, die entsprechende Aktion direkt auszuführen. Insbesondere kann die fahrzeuginterne Recheneinheit als ein Aktuator-Steuergerät zum Ansteuern von Aktuatoren ausgebildet sein. Die fahrzeugfremde Software-Anwendung kann ein derartiges Aktuator-Steuergerät beauftragen, einen oder mehrere dieser Aktor als entsprechende Aktion in bestimmter Weise anzusteuern. Die fahrzeuginterne Recheneinheit kann beispielsweise auch als Sensor-Steuergerät zum Auslesen von Sensordaten ausgebildet sein, das von der fahrzeugfremde Software-Anwendung beauftragt werden kann, entsprechende Sensordaten auszulesen und zu übermitteln.
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Die fahrzeuginterne Recheneinheit kann alternativ oder zusätzlich vorzugsweise dazu eingerichtet sein, beauftragte Aktionen fahrzeugintern zu koordinieren. Ein derartiges koordinierendes Steuergerät kann beauftragte Aktionen von einer oder mehreren Software-Anwendungen, insbesondere sowohl von fahrzeuginternen als auch von fahrzeugfremden Software-Anwendungen, weiterleiten, beispielsweise an entsprechende Aktuator-Steuergeräte.
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Vorteilhafterweise ist die fahrzeugfremde Recheneinheit als ein Handgerät aus der Klasse der Smart Devices ausgebildet, bevorzugt als ein Smartphone oder als ein Tablet-PC. Das Handgerät ist insbesondere ein mobiles Handgerät, welches sich im Besitz des Fahrers befindet und von diesem auch außerhalb des Kraftfahrzeugs mitgeführt wird. Die fahrzeugfremde Recheneinheit kann vorzugsweise drahtgebunden (z.B. USB usw.) oder drahtlos (z.B. WLAN, Bluetooth; GSM, 3G, 4G usw.) oder auch über das Internet mit der fahrzeuginternen Recheneinheit in datenübertragender Verbindung stehen.
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Beispielsweise kann die fahrzeugfremde Recheneinheit auch als ein PC oder als ein Server, beispielsweise in einem Rechenzentrum, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die fahrzeugfremde Recheneinheit als ein entferntes, verteiltes Recheneinheitssystem ("Cloud") ausgebildet. Bei einer derartigen Cloud bzw. dem sogenannten Cloud-Computing handelt es sich um ein Recheneinheitssystem, das über ein Netzwerk (z.B. über Mobilfunknetze (z.B. 3G, 4G usw.), WLAN oder Bluetooth usw.) mit der fahrzeuginternen Recheneinheit in Kommunikationsverbindung steht.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 100 schematisch dargestellt, das dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Identische Bezugszeichen in den 1a und 1b bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente.
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Das Kraftfahrzeug 100 in den 1a und 1b umfasst jeweils eine fahrzeuginterne Recheneinheit 110, die als ein Steuergerät, beispielsweise ein Motorsteuergerät ausgebildet ist. Das Steuergerät 110 ist über einen Kommunikationskanal 120, insbesondere einen Bus, wie z.B. einen CAN-Bus, mit einem Sensor 130 und einem Aktor 140 verbunden.
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Der Sensor 130 kann beispielsweise ein Abstandssensor sein, welcher einen Abstand des Kraftfahrzeugs 100 zu einem vorausfahrenden Fahrzeug misst. Beispielsweise kann der Aktor 140 zur Geschwindigkeitsregelung des Kraftfahrzeugs 100 verwendet werden.
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Mittels einer fahrzeugfremden Software-Anwendung 210, einer sogenannten "App", wird nachträglich ein Fahrassistenzsystem in das Kraftfahrzeug 100 nachgeladen, wenn sich dieses bereits im Feld befindet.
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In 1a ist ein erstes Beispiel dargestellt, wie eine derartige App 210 in das Kraftfahrzeug 100 nachgeladen werden kann. In dem Kraftfahrzeug 100 befindet sich in diesem Beispiel eine fahrzeugfremde Recheneinheit 200 in Form eines Smartphones 220. Beispielsweise wird das Smartphone 220 von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeführt.
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Die App 210 ist in dem Smartphone 220 gespeichert und wird von diesem ausgeführt. Das Smartphone 220 steht mit dem Steuergerät 110 in datenübertragender Verbindung 230, beispielsweise mittels WLAN oder Bluetooth.
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Ein zweites Beispiel, um eine App 210 in das Kraftfahrzeug 100 nachzuladen, ist in 1b dargestellt. Das Steuergerät 110 steht in diesem Beispiel über ein Mobilfunknetz 250 mit einer fahrzeugfremden Recheneinheit 200 in Form eines entfernten, verteilten Recheneinheitssystems 240 im Sinne des Cloud-Computing in Verbindung. Die App 210 ist in dem Recheneinheitssystem 240 hinterlegt und wird dort ausgeführt.
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Beispielsweise kann ein Abstandsregeltempomat (Adaptive Cruise Control, ACC) als nachgeladenes Fahrassistenzsystem von der App 210 ausgeführt werden. Im Zuge dessen beauftragt die App 210 das Steuergerät 110, spezielle Aktionen auszuführen. Insbesondere sollen als eine erste Aktion Sensordaten des Abstandssensors 130 von dem Steuergerät 110 eingelesen und an die App 210 übermittelt werden.
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In Abhängigkeit von diesen Sensorwerten bestimmt die App 210 eine Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 100, mittels welcher ein vorgegebener Mindestabstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten werden kann. Die App 210 beauftragt das Steuergerät 110 als eine zweite Aktion den Aktor 140 entsprechend anzusteuern, damit das Kraftfahrzeug 100 die Soll-Geschwindigkeit einhält.
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Ein derartiger Abstandsregeltempomat stellt insbesondere eine sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktion dar, im Zuge welcher unter Einhaltung einer Echtzeitbedingung auf aktuelle Verkehrsbedingungen reagiert werden soll. Für die Sicherheit des Kraftfahrzeugs 100, dessen Insassen sowie weiterer Verkehrsteilnehmer ist es dabei von Bedeutung, dass die von der App 210 beauftragten Aktionen ohne Verzögerungen innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters durchgeführt werden.
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Wird das Kraftfahrzeug 100 beispielsweise zu spät, mit einer zu großen Verzögerung auf eine Soll-Geschwindigkeit geregelt und hat sich der Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug verringert, weil dieses z.B. stark gebremst hat, kann dies gegebenenfalls zu einem Unterschreiten eines sicherheitskritischen Mindestabstandes zwischen dem Kraftfahrzeug 100 und dem vorausfahrenden Fahrzeug führen.
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Um derartige Gefährdungen zu vermeiden, ist das Steuergerät 100, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, welche in 2 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt ist.
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In einem Schritt 301 wird das Kraftfahrzeug 100 gestartet und die App 210 wird aktiviert. Zwischen dem Steuergerät 110 und der fahrzeugfremden Recheneinheit 200 wird die jeweilige Verbindung 230 bzw. 250 hergestellt.
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In Schritt 302 wird eine gemeinsame Zeitbasis zwischen der fahrzeugfremden Recheneinheit 200 und dem Steuergerät 110 hergestellt, beispielsweise mittels des Precision Time Protocol (PTP).
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In Schritt 303 beauftragt die App 210 das Steuergerät 110, als erste Aktion die Sensorwerte des Abstandssensors 130 einzulesen und an die App 210 zu übermitteln. Das Steuergerät 110 bestimmt in Schritt 304, ob die Übermittlung der Sensorwerte innerhalb eines von der App 210 vorgegebenen, ersten Zeitfensters durchführbar ist. Ist dies der Fall, angedeutet durch Bezugszeichen 304a, wird die erste Aktion von dem Steuergerät 110 in Schritt 305 entsprechend durchgeführt.
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Basierend auf den eingelesen Sensorwerten bestimmt die App 210 in Schritt 306 eine Soll-Geschwindigkeit, um einen vorgegebenen Mindestabstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten. Die App 210 beauftragt das Steuergerät 110, den Aktor 140 entsprechend anzusteuern, damit das Kraftfahrzeug 100 diese Soll-Geschwindigkeit einhält.
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Das Steuergerät 110 bestimmt in Schritt 307, ob der Aktor 140 innerhalb eines von der App 210 vorgegebenen, zweiten Zeitfensters durchführbar ist. Ist dies der Fall, angedeutet durch Bezugszeichen 307a, wird die zweite Aktion in Schritt 308 durchgeführt und der Aktor 140 wird von dem Steuergerät 110 entsprechend angesteuert. Daraufhin beginnt die App 210 erneut damit, die Sensorwerte gemäß Schritt 303 einlesen zu lassen, angedeutet durch Bezugszeichen 308a.
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Wenn die erste oder die zweite Aktion nicht innerhalb des ersten bzw. des zweiten Zeitfensters durchführbar sind, wird die entsprechende Aktion nicht durchgeführt, jeweils angedeutet durch Bezugszeichen 304b bzw. 307b. In diesem Fall wird in Schritt 309 von dem Steuergerät 110 ein Fehlerzähler erhöht. Daraufhin überprüft das Steuergerät 110 in Schritt 310, ob der Fehlerzähler einen Schwellwert erreicht.
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Ist dies nicht der Fall, beauftragt die App 210 gemäß Schritt 303 erneut, die Sensorwerte einlesen zu lassen, angedeutet durch Bezugszeichen 310a. Wenn der Schwellwert jedoch erreicht ist, angedeutet durch Bezugszeichen 310b, deaktiviert das Steuergerät 110 die App 210 in Schritt 311. Weiterhin benachrichtigt das Steuergerät 110 den Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 über die Deaktivierung der App 210.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO-Norm 26262 [0011]
- ISO 26262 [0012]
