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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Validierung von Fahrzeugfunktionen eines virtuellen autonomen Fahrzeugs mit einem Steuersystem.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge vor dem Serieneinsatz in vielfältiger Weise überprüft werden müssen. Dies gilt neben mechanischen Komponenten auch für Elektronik- und Softwarekomponenten. In den letzten Jahren trifft dies auch auf sogenannte autonome Fahrzeuge zu, in welchen das Steuern und Lenken des Fahrzeugs vollständig oder zumindest im Wesentlichen von einem Steuersystem übernommen wird. Das Steuersystem eines autonomen Fahrzeugs weist Steuergeräte, zugehörige Softwarebestandteile sowie elektronische und/oder elektromechanische Schaltkomponenten auf. In dem Steuersystem erfolgt die Regelung und Kontrolle bzw. Steuerung der elektronischen und/oder elektromechanischen Schaltkomponenten des Fahrzeugs. Um dies gewährleisten zu können, ist das Steuersystem sozusagen das Gehirn des Fahrzeugs und auf diese Weise kommunikationsübertragend mit einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren verbunden. Das Steuersystem erhält also Eingangsparameter von unterschiedlichsten Sensoren, wie zum Beispiel bezüglich der Außentemperatur, anderen Umgebungsparametern oder Fahrbetriebsparametern, wie der aktuellen Geschwindigkeit oder des Lenkeinschlagwinkels. Basierend auf den unterschiedlichsten Eingangsparametern werden vom Steuersystem Ausgangsparameter zur Verfügung gestellt, die zum Beispiel auf die Motorsteuerung, die Fenstersteuerung, die Belüftung oder unterschiedlichste andere Aktormöglichkeiten im Fahrzeug einwirken.
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Um ein Steuersystem eines autonomen Fahrzeugs für den Serieneinsatz tauglich zu machen, wird dieses für gewöhnlich in realen Bedingungen getestet. Dies führt dazu, dass eine Vielzahl von Testkilometern mit realen Versuchsfahrzeugen gefahren wird, wobei während der Versuchsfahrten oder im Anschluss an die Versuchsfahrten durch das Auslesen von Fehlerprotokollen eine Validierung der Software bzw. der Hardware des Steuersystems des Fahrzeugs erfolgen kann. Dies führt zu einem hohen Testaufwand hinsichtlich des Zeitaufwandes und der Kosten. Zusätzlich besteht das Risiko von gefährlichen Fahrsituationen während dieser Tests, die durch Fehler oder Unzulänglichkeiten des Steuersystems hervorgerufen werden können.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise, eine Möglichkeit zur Validierung von Fahrzeugfunktionen eines autonomen Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Hauptanspruch beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der Unteransprüche, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Validierung von wenigstens einer Fahrzeugfunktion eines virtuellen autonomen Fahrzeugs, und weist die folgenden Schritte auf:
- – Starten eines rechnergestützten Simulationsprogramms zur Simulation des virtuellen autonomen Fahrzeugs und seiner autonomen, und insbesondere zufälligen, Bewegung in einer virtuellen Umgebung durch Vorgabe eines virtuellen Fahrziels,
- – Erzeugen von simulierten Eingangsparametern für wenigstens eine Systemkomponente eines Steuersystems des autonomen Fahrzeugs auf Basis der Simulation, welche realen Eingangsparametern der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems entsprechen,
- – Erzeugen von Ausgangsparametern der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems mittels der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems auf Basis der simulierten Eingangsparameter,
- – Protokollieren des Verhaltens des virtuellen autonomen Fahrzeugs.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren läuft also beispielsweise vollständig auf einem Rechner bzw. einer Rechnereinheit ab. Dabei kann das Verfahren oder zumindest ein Teil des Verfahrens in ein entsprechend rechnergestütztes Simulationsprogramm einprogrammiert sein bzw. werden. Im Vergleich zu den bekannten realen Testzyklen führt dies bereits hinsichtlich des aufwendigen Gebrauchs von Versuchsfahrzeugen zu hohen Kosteneinsparungen. Darüber hinaus sind für den Ablauf auf einer rechnergestützten Einheit für das Simulationsprogramm keine aufwendigen Bediener mehr notwendig, insbesondere kann auf Testfahrer an dieser Stelle verzichtet werden. Nicht zuletzt kann ein solches Verfahren auch 24 Stunden durchlaufen, ohne dass ein Abbruch erfolgen muss. Durch das automatisierte Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird damit auch ein Zeitvorteil erzielbar.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren basiert auf einem rechnergestützten Simulationsprogramm. Ein solches Simulationsprogramm simuliert zum einen das autonome Fahrzeug selbst. Das bedeutet, dass die Bewegung des autonomen Fahrzeugs, und insbesondere die einzelnen Bestandteile des Fahrzeugs bzw. des Steuersystems, hinsichtlich ihrer Interaktion mit Umgebungsparametern bzw. Umgebungsbedingungen simuliert werden. Dies kann soweit gehen, dass das autonome Fahrzeug selbst sogar hinsichtlich einzelner Sensoren simuliert ist, so dass entsprechend simulierte Sensorwerte von dem Simulationsprogramm erzeugt werden. In dem Simulationsprogramm ist eine virtuelle Umgebung vorgegeben oder insbesondere zufällig erzeugt. Eine virtuelle Umgebung umfasst dabei insbesondere ein Straßensystem, in welchem bewegte und statische Objekte angeordnet sein können. Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es, dass sich das virtuelle Fahrzeug als ein autonomes Fahrzeug durch die virtuelle Umgebung bewegt, wobei das Fahrziel entweder zufällig erzeugt werden kann oder nach anderen Kriterien, z.B. einer vorgegebenen Liste. Dabei kann das Steuersystem des virtuellen autonomen Fahrzeugs selbst zur Steuerung und Erreichung des Fahrziels verwendet werden. Andernfalls kann ein entsprechendes Programm auf dem Simulationsrechner verwendet werden, ähnlich wie bei derzeit verwendeten Computer-Spiel-Simulationen. Im Vergleich zur grundsätzlich auch möglichen Vorgabe eines fest definierten Testfalles ist hier der Aufwand zur Testspezifikation deutlich reduziert. Vielmehr wird durch das Starten der rechnergestützten Simulation das autonome Fahrzeug sozusagen in seiner virtuellen Umgebung in eine automatische Bewegung versetzt. Das autonome Fahrzeug selbst, wie auch alle anderen sich bewegenden Objekte, verhalten sich vorzugsweise rein zufällig, insbesondere auf Basis vorgegebener Regeln, zum Beispiel den Verkehrsregeln, innerhalb der virtuellen Umgebung. Auch statische Objekte innerhalb der virtuellen Umgebung können zufälligen Variationen unterworfen sein. Dies kann zum Beispiel eine Ampelschaltung oder die plötzliche Bewegung von Fußgängern oder Fahrradfahrern sein. Für einen Testfall bzw. bei einer Validierung wird vorliegend lediglich ein virtuelles Fahrziel oder mehrere Fahrziele und insbesondere keine Fahrroute vorgegeben. Die Fahrroute wird durch das autonome Fahrzeug vielmehr selbst ermittelt. Hierdurch kann die wenigstens eine Fahrzeugfunktion bzw. das Steuersystem des autonomen Fahrzeugs besonders vorteilhaft validiert bzw. getestet werden. Das wenigstens eine Fahrziel kann dabei variiert werden, beispielsweise stochastisch. Dadurch können beliebige Fahrsituationen provoziert und entsprechend umfangreich validiert und protokoliert werden. Die Fahrsituationen selbst ergeben sich dabei erst durch das Verhalten des autonomen Fahrzeugs bzw. einer entsprechend autonomen Fahrzeugsteuerung.
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Während der zufälligen Bewegung des autonomen Fahrzeugs in der virtuellen Umgebung erfolgt ein im Wesentlichen regulärer Betrieb des Steuersystems bzw. der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems. Das Steuersystem bzw. die wenigstens eine Systemkomponente des Steuersystems können dabei sowohl als reales Steuersystem mit realer Hardware vorliegen und eine entsprechende Kommunikationsverbindung zur Rechnereinheit aufweisen, als auch virtueller Teil des rechnergestützten Simulationsprogramms sein. Das real zu entwickelnde Steuersystem kann beispielsweise als sogenannte „hardware in the loop (HIL), oder als ein zu testendes Software-Modell bzw. Berechnungsmodell mit Simulation der Hardware, d.h., als sogenannte „software in the loop“ (SIL), vorliegen. Somit stellt das virtuelle Steuersystem oder das reale Steuersystem einen Teil des virtuellen Fahrzeugs dar, so dass dieses Steuersystem von den simulierten Eingangsparametern, welche auf der Simulation basieren, versorgt wird. Beispielsweise können simulierte Sensoren des Fahrzeugs, die bevorzugt Bestandteil des Steuersystems sind, in der virtuellen Umgebung die gewünschten Umgebungsparameter erkennen und als Eingangsparameter an weitere Systemkomponenten oder Schaltkomponenten des Steuersystems weiterleiten. Auf dieser Basis werden, korrelierend zur jeweiligen Umgebungssituation, ein oder mehrere Ausgangsparameter des Steuersystems erzeugt, und für die weitere zufällige Bewegung des autonomen Fahrzeugs verwendet. Somit können neben simulierten Sensoren auch simulierte Aktoren und deren Einfluss in simulierter Weise auf das autonome Fahrzeug Teil des rechnergestützten Simulationsprogramms sein.
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Mit anderen Worten erfolgt also eine simulierte und automatische bzw. autonome Bewegung des virtuellen autonomen Fahrzeugs durch die virtuelle Umgebung unter entsprechender regulärer Verwendung des Steuersystems. Das autonome Fahrzeug bewegt sich also unter Verwendung des Steuersystems durch die virtuelle Umgebung, wobei in erfindungsgemäßer Weise das Verhalten des virtuellen autonomen Fahrzeugs protokolliert wird. Das Protokollieren des Verhaltens des virtuellen autonomen Fahrzeugs kann dabei auch das Verhalten des Steuersystems beinhalten, so dass auch ein Softwareverhalten bzw. der Ablauf einzelner Programmschleifen Teil des Protokolls sein kann.
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Nach Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also ein Protokoll über das Verhalten des virtuellen autonomen Fahrzeugs vor. Dieses Protokoll entspricht im Wesentlichen einem Protokoll, welches auch auf Basis einer realen Testfahrt mit einem autonomen Versuchsfahrzeug erzeugt werden kann. Somit können die anschließenden Schritte der Validierung, der Änderung der Software oder der Hardware des Steuersystems in bekannter Weise durchgeführt werden. Die Vorteile hinsichtlich Zeit, Kostenbedarf und Verbrauch realer Versuchsfahrzeuge werden also verstärkt, ohne den Gesamtprozess der Validierung von Fahrzeugfunktionen bzw. eines Steuersystems für die Serienreife zu beeinträchtigen.
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Die wenigstens eine Komponente des Steuersystems ist bevorzugt wenigstens ein Steuergerät, ein Sensor und/oder ein Aktor. D.h., vorliegend werden simulierte Eingangsparameter insbesondere für wenigstens ein Steuergerät, einen Sensor und/oder einen Aktor des Steuersystems des autonomen Fahrzeugs erzeugt. Das protokolierte Verhalten des virtuellen autonomen Fahrzeugs wird dabei zumindest teilweise mit einem Soll-Verhalten verglichen, wobei das protokolierte Verhalten abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zumindest teilweise ausgewertet wird. D.h., zumindest alle kritischen Situationen werden im Nachhinein ausgewertet, beispielsweise auf Basis einer Erkennung von definierten kritischen Situationen und einer Triggerung des protokollierten Verhaltens bzw. einer Aufzeichnung einer Fahrsituation in einer solchen kritischen Situation. Dazu kann auch eine Bewertung von Fahrsituationen hinsichtlich ihres kritischen Potentials in das Simulationsprogramm integriert werden. Probleme oder strittige, nicht lösbare Fahrsituationen können vorab umfangreich beschrieben werden, sodass eine rechtliche Klärung möglich wird, bevor das entwickelte autonome Fahrzeug für den öffentlichen Straßenverkehr freigegeben wird.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Fahrzeugfunktionen wenigstens eine der folgenden Fahrzeugfunktionen auf:
- – Motorsteuerung
- – Motorkalibrierung
- – Fahrtenschreibung
- – Fahrerassistenz
- – Fahrzeuginsassenschutzfunktion.
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D.h., die vorgenannten Fahrzeugfunktionen können im Rahmen der Validierung mitgetestet werden. Grundsätzlich können alle wesentlichen Fahrzeugfunktionen des autonomen Fahrzeugs in der virtuellen Umgebung validiert werden. Durch die Validierung dieser Fahrzeugfunktionen mit einem autonomen Fahrzeug in einer virtuellen Umgebung können, im Vergleich zu einem herkömmlichen Test dieser Fahrzeugfunktionen mit einem realen Fahrzeug in einer tatsächlichen Umgebung, entsprechende Kosten gespart und Risiken vermieden werden. Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich selbstverständlich nicht um eine abschließende Liste.
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Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass bei einem Verfahren die wenigstens eine Fahrzeugfunktion wenigstens eine der folgenden Fahrfunktionen für das virtuelle autonome Fahrzeug aufweist:
- – Lenken
- – Bremsen
- – Gas geben
- – Blinken
- – Hupen
- – Schalten
- – Routenauswahl
- – Anhalten
- – Losfahren.
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D.h., auch die vorgenannten Fahrfunktionen bzw. die Reaktion dieser autonomen Fahrfunktionen können im Rahmen der Validierung mitgetestet werden. Hierbei können alle elementaren Fahrfunktionen des autonomen Fahrzeugs in der virtuellen Umgebung validiert werden. Bei der Validierung der Fahrfunktionen bzw. wenigstens einer der Fahrfunktionen kann dabei auch eine Sensorik für das autonome Fahren und deren Verhalten unter verschiedenen Fahrbedingungen einschließlich Korrekturen im Steuersystem, beispielsweise in einem Steuergerät, validiert werden. So können beispielsweise Kameras, Beschleunigungssensoren und/oder Radschlupfsensoren bei verschiedenen Fahr- und Wetter- bzw. Witterungsbedingungen bei unterschiedlichen Temperaturen auf entsprechend einfache, schnelle, kostengünstige sowie sichere Weise validiert werden. Die Erkenntnisse aus der Validierung und Protokollierung des Verhaltens des autonomen Fahrzeugs können entweder online oder nach Auswertung im Nachhinein in wenigstens ein Steuerprogramm für das autonome Fahrzeug eingearbeitet werden. Hierbei können Steueralgorithmen solange optimiert bzw. adaptiert werden, bis alle Fahrfunktionen des autonomen Fahrzeugs zufriedenstellend bzw. auf definierte Weise durchgeführt werden. Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste.
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Ferner ist es bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass eine Fahrroute zu dem virtuellen Fahrziel durch das Steuersystem autonom ausgewählt wird.
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Durch die autonome Auswahl wird die Fahrroute durch das Steuersystem grundsätzlich zufällig oder zumindest in einem gewissen Grad zufällig ausgewählt, d.h., nicht direkt von einer Person bestimmt. Dadurch ergeben sich auch entsprechend zufällige Fahrsituationen, in welchen entsprechend zufällig Fahrzeugfunktionen validiert und protokoliert werden können. Die Fahrroute kann dabei auch stochastisch bzw. anhand eines stochastischen Berechnungsmodells oder anhand eines Algorithmus ausgewählt werden, wie er beispielsweise in bekannten Navigationssystemen hinterlegt ist. Wie vorstehend bereits erwähnt, können hierbei durch das autonome Fahrzeug bzw. das Steuersystem verschiedene Fahrsituationen selbst erzeugt werden. So können Fahrzeugfunktionen mit Bezug auf Fahrsituationen und/oder auf Fahrrouten validiert und protokoliert bzw. ausgewertet werden, an welche im Rahmen eines vollständig geplanten Testablaufs möglicherweise nicht gedacht worden wäre. Die autonome und entsprechend automatische Auswahl der Fahrroute führt dabei zu einem Zeit- und somit auch zu einem Kostenvorteil.
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Von weiterem Vorteil kann es dabei sein, wenn, nachdem eine Fahrroute ausgewählt wurde und das virtuelle autonome Fahrzeug die Fahrroute zumindest abschnittsweise virtuell gefahren ist, ein neues virtuelles Fahrziel vorgegeben wird, das sich bevorzugt von dem vorherigen Fahrziel unterscheidet, wobei zu dem neuen virtuellen Fahrziel durch das Steuersystem eine neue Fahrroute autonom ausgewählt wird. Wie vorstehend erwähnt, wird bevorzugt ein neues Fahrziel ausgewählt, dass sich von dem vorher ausgewählten Fahrziel unterscheidet. Es ist jedoch auch möglich, dass das neue Fahrziel dem vorherigen Fahrziel entspricht und dadurch über die autonome Auswahl der neuen Fahrroute nur eine Fahrroute erzeugt werden soll, die sich möglicherweise von der vorherigen Fahrroute unterscheidet. Das Verhalten in diesem Fall kann im Sinne der vorliegenden Erfindung als entsprechende Fahrzeugfunktion validiert und protokoliert werden. In der Regel wird jedoch ein neues virtuelles Fahrziel vorgegeben, das sich von dem vorher vorgegebenem Fahrziel unterscheidet, wobei zu dem neuen virtuellen Fahrziel eine neue Fahrroute ausgewählt wird, die sich entsprechend von der vorher ausgewählten Fahrroute unterscheiden wird. Durch eine solche Wiederholung von Fahrabläufen können automatisch viele verschiedene Fahrsituationen erzeugt werden und eine entsprechend umfangreiche Validierung der Fahrzeugfunktionen durchgeführt werden.
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Darüber hinaus ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass bei einem Verfahren durch das rechnergestützte Simulationsprogramm neben dem virtuellen autonomen Fahrzeug noch wenigstens eine dynamische Situationen in der virtuellen Umgebung, insbesondere zufällig oder stochastisch, autonom simuliert wird. Als die wenigstens eine dynamische Situation können eine Witterung und/oder Wetter simuliert werden, zum Beispiel ein Sturzregen oder Schneeglätte. Außerdem können als die wenigstens eine dynamische Situation ein Verkehr mit Verkehrsteilnehmern wie anderen Fahrzeugen, Fußgängern und/oder Radfahrern simuliert werden. Durch die autonome bzw. automatische Simulation der wenigstens einen dynamische Situation kann ohne Eingriff oder Zutun einer Person die virtuelle Umgebung um Umgebungsparameter ergänzt werden. Dadurch können die Fahrzeugfunktionen auf Basis von noch mehr möglichen Einflussparametern validiert und protokoliert werden. Insbesondere durch die zufällige Auswahl der wenigstens einen dynamischen Situation können Fahrzeugfunktionen mit Bezug auf entsprechend zufällige Fahrsituationen und/oder Fahrrouten validiert und protokoliert bzw. ausgewertet werden, an welche im Rahmen eines vollständig geplanten Testablaufs möglicherweise nicht gedacht worden wäre. Darüber hinaus führt eine Wechselwirkung zwischen einer autonom gewählten Routenwahl und einer autonom, beispielsweise rein zufällig gewählten Simulation der wenigstens einen dynamischen Situation, die stochastisch in die virtuelle Umgebung integriert werden kann, zu einer hervorragenden Qualität hinsichtlich der Validierung von Fahrzeugfunktionen sowie der Protokollierung des Verhaltens des virtuellen autonomen Fahrzeugs. Die autonome bzw. automatische Simulation der wenigstens einen dynamischen Situation führt zudem zu einem Zeit- und somit auch zu einem Kostenvorteil.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, dass zu den unterschiedlichen virtuellen Fahrzielen bzw. zu den unterschiedlichen Fahrrouten jeweils wenigstens eine dynamische Situation, insbesondere zufällig oder stochastisch, simuliert wird. D.h., zu jeder Fahrroute für ein spezifisches Fahrziel kann wenigstens eine zugehörige dynamische Situation, zufällig oder stochastisch, simuliert werden. Auch dies kann dazu dienen, besonders viele verschiedene Fahrsituationen zu erzeugen, mit Bezug auf welche die Fahrzeugfunktionen des virtuellen autonomen Fahrzeugs entsprechend umfangreich validiert werden können.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die wenigstens eine Systemkomponente des Steuersystems als virtuelles Steuergerät als Teil des rechnergestützten Simulationsprogramms ausgebildet ist. In einem solchen Fall läuft die gesamte Simulation rechnergestützt ab, so dass auch das virtuelle Steuergerät Teil dieser rechnergestützten Simulationsprogrammierung ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Verfahren um ein vollständig virtuelles Verfahren. Dabei werden im virtuellen Steuergerät sowohl die Steuerlogik als auch die virtuelle Hardware miteinander der realen Situation vergleichbar verknüpft. Dies führt dazu, dass insbesondere hinsichtlich einer gewünschten Anpassung der Hardware des Steuergeräts schnell, einfach und kostengünstig unterschiedliche Varianten abgeprüft und validiert werden können.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die wenigstens eine Systemkomponente des Steuersystems als reales Steuergerät bzw. Komponente ausgebildet ist und mit einer Recheneinheit in kommunikationsübertragender Verbindung steht, auf welcher das rechnergestützte Simulationsprogramm ausgeführt wird. Eine solche Variante kann auch, wie bereits vorstehend erwähnt, als "hardware in the loop" bezeichnet werden. Mit anderen Worten befindet sich das reale Steuergerät in seiner Versuchsversion neben einer Rechnereinheit, so dass durch kommunikationsübertragende Verbindung, kabelgestützt oder kabellos, der Austausch der Eingangsparameter und der Ausgangsparameter erfolgen kann. Dies führt dazu, dass eine Programmierung eines virtuellen Steuergeräts im Wesentlichen unterbleiben kann. Weiter führt dies dazu, dass mögliche Fehler bei der Interpretation eines virtuellen Steuergeräts vollständig vermieden werden, da die Validierung des realen Steuergerätes erfolgt. Außerdem wird auch die Hardware des Steuergeräts getestet, so dass auch Hardware-spezifische Fehler aufgedeckt werden können. Mit anderen Worten dient in einem solchen Fall das rechnergestützte Simulationsprogramm dazu, nun die Eingangsparameter zu simulieren und die Auswirkung der Ausgangsparameter auf eine simulierte Umgebung zu steuern bzw. zu regeln. Selbstverständlich kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl ein einzelnes Steuergerät als auch die Kombination aus zwei oder mehr Steuergeräten und/oder anderen Systemkomponente des Steuersystems validiert werden. Dabei ist auch eine Kombination von virtuellen und realen Steuergeräten bzw. Systemkomponenten des Steuersystems denkbar.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Verhalten des virtuellen autonomen Fahrzeugs zumindest hinsichtlich eines der folgenden Überwachungsparameter protokolliert wird:
- – Unfall des virtuellen autonomen Fahrzeugs,
- – Berührung anderer Fahrzeuge in der virtuellen Umgebung,
- – Berührung von Objekten in der virtuellen Umgebung,
- – Fahrleistungen des virtuellen autonomen Fahrzeugs, insbesondere bei Überschreiten vordefinierter Schwellwerte,
- – Verhalten des virtuellen autonomen Fahrzeugs in, insbesondere vordefinierten, komplexen Situation.
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Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Insbesondere sind auch Kombinationen der einzelnen Überwachungsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar bzw. einsetzbar. Der Unfall des virtuellen autonomen Fahrzeugs ist im Wesentlichen die am höchsten als riskant einzustufende Situation bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Aber auch die Berührung anderer Fahrzeuge oder die Berührung von Objekten in der virtuellen Umgebung soll grundsätzlich vermieden werden, so dass für einen solchen Extremfall die Reaktion des Steuersystems bzw. der wenigstens einen Komponente des Steuersystems von hohem Interesse ist. Werden vordefinierte Schwellenwerte der Fahrleistung des virtuellen autonomen Fahrzeugs überschritten, so kann dies zum Beispiel bei unzulässigen Beschleunigungswerten der Fall sein. Auch ein unerwünschter Schlupf an den Rädern, welcher zum Beispiel beim Anfahren zu quietschenden Reifen führen würde, kann eine solche Überschreitung vordefinierter Schwellwerte darstellen. Darüber hinaus können komplexe Situationen vorgegeben werden, die insbesondere in zufälliger Weise Teil des Simulationsprogramms sein können. So kann eine solche komplexe Situation zum Beispiel der Ausfall eines oder mehrerer Sensoren des Fahrzeugs sein. Eine weitere komplexe Situation kann durch die Umgebung zur Verfügung gestellt werden, zum Beispiel durch den Ausfall einer Ampel und der entsprechenden veränderten Verhaltenslogik des eigenen virtuellen autonomen Fahrzeugs sowie der anderen Fahrzeuge. Diese vordefinierten komplexen Situationen sind jedoch keine Testfälle, sondern vielmehr Möglichkeiten, die in expliziter Weise dem Simulationsprogramm vorgegeben werden, um in zufälliger Weise für das autonome Fahrzeug auftreten zu können.
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Dabei ist selbstverständlich auch eine Kombination oder Variation dieser vordefinierten komplexen Situationen ohne Weiteres denkbar.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die einzelnen Verfahrensschritte zeitlich parallel oder im Wesentlichen zeitlich parallel in Echtzeit durchgeführt werden. Dies ist insbesondere bei der bereits beschriebenen Lösung eines realen Steuersystems bzw. eines realen Steuergerätes im Steuersystem, nämlich der "hardware in the loop"-Lösung, sinnvoll. Das Steuersystem bzw. das Steuergerät erkennt in dem Fall keinen Unterschied zum realen Einsatz, da die Steuergeschwindigkeit bzw. die Regelgeschwindigkeit in Echtzeit durchgeführt wird.
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Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die einzelnen Verfahrensschritte zeitlich parallel oder im Wesentlichen zeitlich parallel in Simulationszeit durchgeführt werden, wobei die Simulationszeit schneller als die Echtzeit abläuft. Diese Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch als Zeitrafferfunktion bezeichnet werden. Mit anderen Worten können beispielsweise in doppelter Geschwindigkeit die Regelung und auch die Bewegung des autonomen Fahrzeugs durchgeführt werden. Da keine realen Versuchsfahrzeuge in Betrieb sind, kann dies ohne Weiteres durchgeführt werden, sofern ausreichende Rechenleistung zur Verfügung steht. Damit wird eine weitere Reduktion des Testzeitaufwandes durch eine entsprechende Erhöhung der Rechenleistung erzielbar. Dies wird insbesondere bei virtuell programmierten Steuersystemen bzw. entsprechenden Systemkomponenten große Vorteile mit sich bringen.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als Teil des rechnergestützten Simulationsprogramms in der virtuellen Umgebung wenigstens eine Risikosituation simuliert wird oder ist, welche zufällig, beispielsweise stochastisch, erzeugt, angewendet, kombiniert und/oder variiert wird. Eine Risikosituation ist insbesondere eine bereits weiter oben beschriebene komplexe Situation. So können beispielsweise ein Motorschaden, Baustellen, Umleitungen, unerwartete Ampeln, ein unerwartetes Verhalten von anderen Verkehrsteilnehmer, ein Defekt des Lichts oder Umgebungsrisiken, wie die bereits beschriebene defekte Ampel, eine solche Risikosituation darstellen. Außerdem können auch extreme Fahrsituationen wie zum Beispiel Unfallsituationen und/oder ethische Entscheidungssituationen provoziert werden, die rein virtuell erstellt werden. Diese Risikosituationen können mit Bezug auf die vorstehenden Beispiele vordefiniert bzw. simuliert werden oder sind bereits vordefiniert, so dass sie Teil des rechnergestützten Simulationsprogramms mit einer zufälligen Erzeugung sind. Die Erzeugung kann in vordefinierter Weise erfolgen oder kombiniert bzw. variiert werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, dass die wenigstens eine Risikosituation mit Bezug auf ein regelwidriges Verhalten eines Verkehrsteilnehmers in der virtuellen Umgebung simuliert wird oder ist. Dadurch kann eine vorausschauende Fahrweise, die ein menschlicher Autofahrer erst anhand seiner Fahrpraxis entwickelt, auch für die autonome Fahrt des autonomen Fahrzeugs entwickelt werden. Anhand von Unfällen bzw. simulierten Unfällen, die beispielsweise durch ein Überschreiten einer roten Ampel durch einen Verkehrsteilnehmer verursacht werden, kann das Steuersystem bzw. eine Logik des Steuersystems beispielsweise lernen, über Kreuzungen trotz einer grünen Ampel oder eines Vorfahrtszeichens mit besonderer Vorsicht zu fahren. Das Steuersystem kann hierfür beispielsweise ein neuronales Netz aufweisen, über welches die vorstehend erwähnte vorausschauende Fahrweise gelernt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Verfahrensschritte des Startens, des Erzeugens der Eingangsparameter und der Ausgangsparameter sowie des Protokollierens zumindest einmal wiederholt werden, wobei vor der Wiederholung insbesondere eine Änderung der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems erfolgt. Eine solche Änderung kann dabei sowohl eine Hardwareänderung als auch eine Softwareänderung darstellen. Auch der Austausch eines kompletten Steuersystems ist im Sinne dieses Ausführungsbeispiels denkbar. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass dies sowohl bei virtuellen Systemkomponenten, als auch bei realen Systemkomponenten möglich ist. Die Änderung ermöglicht also insbesondere eine manuelle oder automatisierte Iteration, so dass ähnlich zu realen Testfahrten nach jedem Verfahrensdurchlauf das Protokoll manuell durch einen Ingenieur oder automatisch durch ein Programm überprüft wird und anschließend in manueller Weise oder automatisiert Anpassungen der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems erfolgen. In der nächsten Iterationsschleife kann nun der Effekt dieser Anpassungen durch die nochmals durchgeführt Protokollierung erkannt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren beim Protokollieren des Verhaltens des virtuellen autonomen Fahrzeugs wenigstens ein definiertes Abbruchkriterium überwacht wird, wobei beim Erreichen des wenigstens einen Abbruchkriteriums das Verfahren wieder von vorne gestartet wird. Ein solches Abbruchkriterium kann zum Beispiel ein schwerer Defekt der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems oder ein schwerer Defekt des autonomen Fahrzeugs sein. Dies würde zum Abbrechen bzw. Hängenbleiben des rechnergestützten Simulationsprogramms führen. Um dies zu vermeiden und einen möglichst zeiteffizienten Ablauf des Verfahrens zu gewährleisten, können solche Abbruchkriterien definiert vorgegeben werden, so dass im Falle des Eintretens das Verfahren wieder von vorne gestartet wird. Insbesondere bei einem im Wesentlichen vollautomatisierten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, zum Beispiel auf einer Recheneinheit über Nacht, ist dies von großem Vorteil, um in kurzer Zeit ohne große Fehler entsprechende Protokolldaten zu erzeugen. Gemäß der Erfindung können vor oder während des Wiederstarts Parameter in der Simulation oder der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems geändert werden
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren neben dem virtuellen autonomen Fahrzeug noch bewegte Objekte Teil der Simulation sind. Neben der grundsätzlichen Möglichkeit, dass sich das autonome Fahrzeug durch eine unbewegte virtuelle Umgebung bewegt, sind aufgrund verbesserter Realitätsnähe auch bewegte Objekte im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar. So können beispielsweise Fußgänger, Fahrradfahrer oder auch andere Fahrzeuge solche bewegten Objekte darstellen. Dabei wird ersichtlich, dass selbstverständlich auch ein zweites virtuelles Fahrzeug mit einem zweiten ähnlichen, gleichen oder komplett anderen Steuersystem oder anderen Systemkomponenten in virtueller oder realer Weise zur Verfügung gestellt werden kann. Somit können die Komplexität hinsichtlich der Validierung und auch die Interaktion von Fahrzeugen mit gleicher oder ähnlicher Steuersystemsoftware innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens validiert werden. Die virtuelle Umgebung wird vorliegend bevorzugt durch ein universelles Simulationsprogramm mit beliebigen Straßennetzen und dynamischen Objekten dargestellt, die insbesondere der Realität entnommen werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 die Darstellung gemäß 1 mit laufendem Austausch mit einer Systemkomponente eines Steuersystems,
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3 die Ausführungsformen der 1 und 2, jedoch mit einer realen Systemkomponente des Steuersystems, und
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4 die Ausführungsform der 3 bei der Validierung von zwei Systemkomponenten des Steuersystems.
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1 zeigt schematisch eine Recheneinheit 20, auf welcher ein rechnergestütztes Simulationsprogramm 200 abläuft. Dieses rechnergestützte Simulationsprogramm 200 stellt eine virtuelle Umgebung 220 zur Verfügung, in welcher sich eine Vielzahl von Objekten 230 bewegen kann bzw. feststeht. In dem dargestellten Fall sind zwei Fahrzeuge als bewegte Objekte 230 vorgesehen und ein virtuelles autonomes Fahrzeug 210 zur Validierung ausgestattet. Dafür ist ein Steuersystem 10 mit einem Steuergerät 30 als eine Systemkomponente des Steuersystems 10 vorgegeben, welches in entsprechend virtuelle Kommunikationsverbindung mit dem Fahrzeug 210 gebracht wird. Dies zeigt insbesondere die nachfolgend beschriebene 2.
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In 2 ist der Einsatz der rechnergestützten Simulation 200 dargestellt. Das virtuelle Fahrzeug 210 bewegt sich autonom auf einer virtuellen Fahrbahn der virtuellen Umgebung 200, wobei das virtuelle Steuergerät 30 aktiv ist. Diese Aktivität erzeugt die Möglichkeit des Empfangs von Eingangsparametern 12, welche simulierte Sensoren des virtuellen autonomen Fahrzeugs 210 erzeugen bzw. zur Verfügung stellen. Auf Basis dieser erhaltenen virtuellen bzw. simulierten Eingangsparameter 12 erzeugt das hier virtuell ausgestattete Steuergerät 30 Ausgangsparameter 14, welche wiederum an das virtuelle autonome Fahrzeug 210 und entsprechende simulierte bzw. virtuelle Aktoren weitergeleitet werden. Anschließend kann eine Änderung des Verhaltens des autonomen Fahrzeugs 210 basierend auf dem erzeugten virtuellen Aktoreingriff erkannt werden.
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Im der Recheneinheit 20 sind darüber hinaus Überwachungsparameter 31 hinterlegt, hinsichtlich welcher eine Protokollierung des Verhaltens des autonomen Fahrzeugs 210 bzw. des Steuergeräts 30 erfolgt. Anschließend an das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt das Auslesen der Recheneinheit 20, insbesondere hinsichtlich dieses Protokolls.
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3 zeigt eine ähnliche Darstellung wie die 1 und 2. Das Verfahren läuft auch in identischer Weise ab, jedoch handelt es sich bei dem Steuergerät 30, das ebenfalls als Systemkomponente des Steuersystems 10 ausgestaltet ist, um eine reale Ausbildung eines solchen Steuergeräts 30. Damit konnte die aufwendige Programmierung des Steuergeräts 30 vermieden werden, und eine entsprechende Kommunikationsverbindung zwischen dem Steuergerät 30 und der Recheneinheit 20 zur Verfügung gestellt werden. Über diese Kommunikationsverbindung läuft nun der Austausch der Eingangsparameter 12 und der Ausgangsparameter 14 in für das Verfahren identischer Weise ab.
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Die 4 zeigt eine Weiterentwicklung der Ausführungsform gemäß 3, wobei hier innerhalb der virtuellen Umgebung 220 nun zwei virtuelle Fahrzeuge 210 jeweils mit einem eigenen realen Steuergerät 30 ausgestattet sind. Somit können diese beiden Steuergeräte 30 validiert werden. Selbstverständlich kann auch eine Kombination zwischen realen Steuergeräten 30 und virtuellen Steuergeräten 30 im Sinne der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuersystem
- 12
- Eingangsparameter
- 14
- Ausgangsparameter
- 20
- Recheneinheit
- 30
- Steuergerät (Systemkomponente)
- 31
- Überwachungsparameter
- 200
- rechnergestütztes Simulationsprogramm
- 210
- virtuelles autonomes Fahrzeug
- 220
- virtuelle Umgebung
- 230
- Objekte
