DE102017123444A1

DE102017123444A1 - Verfahren und System zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017123444A1
Application number: DE102017123444.6A
Authority: DE
Inventors: Brendan Cawley; Ka Hei SUEN
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2018-04-12
Also published as: US20180101170A1; CN107933565A; GB201617318D0; GB2554897A

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs weist die Schritte auf: Bestimmung einer oder mehrerer operationaler Parameter des Fahrzeugs (110), Bestimmung der Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung ein oder mehrerer Systeme des Fahrzeugs (120) und Anpassung des Anteils autonomer Steuerung des Fahrzeugs basierend auf den ein oder mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers (150).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs, und insbesondere – jedoch nicht ausschließlich – betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen des Anteils autonomer Steuerung abhängig von einem manuellen Steuerungsfaktor.
Einleitung
Moderne Fahrzeuge können mit einem Steuerungssystem ausgerüstet sein, das zur autonomen oder wenigstens teilautonomen Steuerung ein oder mehrerer Fahrzeugsysteme ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein autonomes Bremssystem aufweisen, das zur Aufrechterhaltung einer sicheren Anhaltedistanz zwischen dem Fahrzeug und anderen voranfahrenden Fahrzeugen im Verkehr ausgestattet ist. In einem weiteren Beispiel kann das Fahrzeug ein autonomes Lenksystem aufweisen, das zur Aufrechterhaltung der Lage des Fahrzeugs innerhalb einer bestimmten Spur einer Schnellstraße ausgebildet sein kann.
Die United States National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) definiert die Fahrzeugautomation in fünf Stufen bzw. Niveaus, die zwischen der Stufe 0 (keine Automation), wobei der Fahrer über die vollständige und alleinige Kontrolle über die primären Fahrzeug-Steuerungsfunktionen zu jeder Zeit verfügt, bis zu der Stufe 4 (vollständige selbstfahrende Automation) reichen, bei der das Fahrzeug zur Ausführung sämtlicher sicherheitskritischer Fahrfunktionen und zur Überwachung der Straßenbedingungen über den gesamten Fahrtverlauf ausgebildet ist. Ein Stufe-4-Fahrzeug kann dahingehend konfiguriert sein, es dem Fahrer zu ermöglichen, ein Ziel oder eine Navigationseingabe bereitzustellen, aber von dem Fahrer (oder der Fahrerin) wird in diesem Falle nicht erwartet, dass er oder sie bereit stehen, die Steuerung jederzeit während der Fahrt zu übernehmen.
Zusätzlich zu autonomer Steuerung ist es wünschenswert, Fahrer/Passagier-Voreinstellungen vornehmen zu können, wie beispielsweise hinsichtlich der Fahrzeugleistung, der Kraftstoffökonomie und der Zuverlässigkeit, die beispielsweise auf persönlichen Anforderungen oder staatlicher Gesetzgebung beruhen können. Insofern ist es wünschenswert, ein autonomes Steuerungssystem für ein Fahrzeug dahingehend zu konfigurieren, dass der Fahrer nahtlos zwischen einem autonomen Fahrmodus und einem manuellen Fahrmodus übergehen kann, abhängig von einem oder mehreren manuellen Eingabefaktoren.
Merkmale der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
Bestimmung:

– ein oder mehrerer operationaler Parameter des Fahrzeugs; und
– der Fähigkeit des Fahrers, das Fahrzeug manuell zu steuern; sowie
– Anpassung des Anteils der autonomen Steuerung des Fahrzeugs basierend auf den einen oder mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers.

Die ein oder mehreren operationalen (bzw. betrieblichen) Parameter können dabei aus der manuellen Steuerung wenigstens eines Fahrzeug-Steuerungssystems gewonnen werden.
Die Bestimmung des einen operationalen Parameters oder der mehreren operationalen Parameter des Fahrzeugs kann wenigstens eine oder mehrere der nachfolgenden Bestimmungen umfassen:

– Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit;
– Bestimmung der Änderungsrate der Fahrzeugrichtung;
– Bestimmung der Nähe (bzw. des Abstands) des Fahrzeugs zu einem anderen Fahrzeug oder zu mehreren anderen Fahrzeugen;
– Bestimmung der Nähe (bzw. des Abstands) des Fahrzeugs zu einem oder mehreren Gegenständen der Straßenausstattung;
– Bestimmung der Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs; und/oder
– Bestimmung der Route des Fahrzeugs.

Die Bestimmung der Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs kann wenigstens eine oder mehrere der folgenden Bestimmungen umfassen:

– Bestimmung von Zustandsgrößen in der externen Umgebung des Fahrzeugs;
– Bestimmung des physischen Zustandes des Fahrers; und/oder
– Bestimmung der Funktionalität des Fahrzeugs.

Das Verfahren kann ferner umfassen:

– Auswahl eines Fahrmodus zur Definition eines Schwellwerts für einen oder mehrere der operationalen Parameter (für mehrere Parameter können dabei grundsätzlich auch mehrere unterschiedliche Schwellwerte vorgesehen sein, ohne dass dies nachfolgend jedes Mal ausdrücklich erwähnt wird); und
– Anpassung des Anteils autonomer Steuerung abhängig von der Differenz zwischen dem einen oder den mehreren operationalen Parametern und dem Schwellwert des einen operationalen Parameters oder der mehreren operationalen Parameter.

Der Anteil autonomer Steuerung kann entsprechend eines Betrags proportional zur Differenz zwischen dem einen oder den mehreren operationalen Parametern und dem Schwellwert der einen oder der mehreren operationalen Parameter angepasst werden.
Der Anteil autonomer Steuerung kann erhöht werden, wenn ein oder mehrere operationale Parameter außerhalb des Schwellwertes des einen oder der mehreren operationalen Parameter liegen.
Der Fahrmodus kann ausgewählt werden, um die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs zu maximieren.
Der Fahrmodus kann zur Maximierung der Fahrersicherheit ausgewählt werden.
Der Fahrmodus kann zur Maximierung der Fahrzeugzuverlässigkeit ausgewählt werden.
Der Fahrmodus kann zur Minimierung der Reisezeit ausgewählt werden.
Das Verfahren kann ferner die Bereitstellung einer Warnung an den Fahrer umfassen, dass der Anteil manueller Steuerung erhöht werden sollte oder im Begriff ist, erhöht zu werden, basierend auf dem einen oder den mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein autonomes Steuerungssystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das System eine Steuerung umfasst, die zu Folgendem konfiguriert ist:

– zur Bestimmung eines operationalen Parameters oder mehrerer operationaler Parameter des Fahrzeugs;
– zur Bestimmung der Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs; und
– zur Anpassung des Anteils autonomer Steuerung des Fahrzeugs basierend auf den ein oder mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers.

Die ein oder mehreren operationalen Parameter können aus der manuellen Steuerung wenigstens eines Fahrzeugsteuerungssystems gewonnen werden.
Das Steuerungssystem kann ferner ein oder mehrere Sensoren aufweisen, die operational mit der Steuerung verbunden sind, wobei die ein oder mehreren Sensoren zur Bestimmung wenigstens eines operationalen Parameters konfiguriert sind, entsprechend wenigstens eines Parameters oder mehrerer der nachfolgenden Parameter:

– einer Fahrzeuggeschwindigkeit;
– einer Änderungsrate der Fahrzeugrichtung;
– einer Nähe des Fahrzeugs zu einem oder mehreren anderen Fahrzeugen;
– einer Nähe des Fahrzeugs zu einem oder mehreren Gegenständen der Straßeneinrichtung;
– einer Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs; und/oder
– einer Route des Fahrzeugs.

Das Steuerungssystem kann ferner ein oder mehrere Sensoren aufweisen, die operational mit der Steuerung verbunden sind, wobei die ein oder mehreren Sensoren zur Bestimmung der Fähigkeit eines Fahrers zu einer manuellen Steuerung des Fahrzeugs konfiguriert sind, indem wenigstens eine der folgenden Größen bestimmt wird:

– Bestimmung von Zustandsgrößen in der externen Umgebung des Fahrzeugs;
– Bestimmung des physischen Zustands des Fahrers; und/oder
– Bestimmung der Funktionalität des Fahrzeugs.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung, soll der Begriff "physischer Zustand des Fahrers" eine physische Position des Fahrers, beispielsweise die Position des Kopfes, der Beine und/oder der Arme des Fahrers, bedeuten. Zusätzlich oder alternativ kann "physischer Zustand" den emotionalen Zustand des Fahrers bedeuten. Beispielsweise kann das Verfahren die Bestimmung physiologischer Anzeichen von Stress und/oder von Aufregung seitens des Fahrers umfassen. Die physiologischen Anzeichen von Stress und/oder Aufregung können zur Bestimmung eines Grades von Freude des Fahrers an einem Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Die physiologischen Anzeichen können unter Verwendung einer oder mehrerer angemessener Verfahren ermittelt werden, die einschließen können (aber nicht begrenzt sind auf): Eine Messung einer Änderung einer oder mehrerer elektrischer Konduktivitäten, gemessen an der Haut des Fahrers, Messung der Herzfrequenz des Fahrers, beispielsweise mit Auswertung hinsichtlich Herzrasen und/oder der Regelmäßigkeit des Pulses, Messung einer Pupillen-Dilatation und/oder Messung der Blut-Sauerstoffversorgung und/oder Aufzeichnung von Änderungen im Gesichtsausdruck des Fahrers. Zusätzlich oder alternativ können die physiologischen Anzeichen beispielsweise unter Verwendung eines Elektroenzephalogramms, einer Elektromyographie und/oder eines Elektrokardiogramms bestimmt werden.
Weiterhin können Makrodaten, beispielsweise die Abweichung von Verhaltenstrends, gesprochene Worte, Blicküberwachung und/oder Umgebungsbedingungen innerhalb des Fahrzeugs zur Bereitstellung nützlicher Daten hinsichtlich des "physischen Zustands" des Fahrers herangezogen werden. Beispielsweise kann ein bildverarbeitendes System zu einer Bestimmung verwendet werden, ob ein Fahrer lächelt, fokussiert, gestresst, abgelenkt und/oder wütend ist. Auf diese Weise kann die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs basierend auf einem oder mehreren physiologischen Anzeichen bzw. Merkmalen des Fahrers bestimmt werden.
Ferner kann ein Fahrzeug mit einem oder mehreren der vorbeschriebenen Systeme bereitgestellt werden.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin Software, wie beispielsweise ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt, zur Ausführung jeglicher hierin beschriebener Verfahren, sowie ein computerlesbares Medium bereitgestellt, auf dem ein Programm zur Ausführung jeglicher vorgeschriebener Verfahren gespeichert sein kann. Ein Computerprogramm, das die vorliegende Offenbarung verkörpert, kann auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, oder es kann beispielsweise in Form eines Signals – wie z.B. eines herunterladbaren Datensignals – von einer Webseite bereitgestellt werden, oder es kann in jeglicher anderer Form bereitgestellt werden.
Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen in dem vorliegenden Text dieser Beschreibung werden bestimmte Merkmale nur in Beziehung zu einem von mehreren Aspekten oder Anordnungen gemäß der Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass, soweit es technisch möglich ist, die hierin beschriebenen Merkmale in Beziehung zu jedem Aspekt oder jeder Anordnung der vorliegenden Offenbarung auch bezüglich jedes anderen Aspekts oder jeder anderen Anordnung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur klareren Darlegung, wie diese umgesetzt werden kann, wird nachfolgend beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 eine grafische Darstellung eines Plans einer autonomen Steuerung eines Fahrzeugs als Funktion eines manuellen ein Eingabefaktors; und
2 ein Flussdiagramm mit der Darstellung eines Verfahrens zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs darstellt.
Ausführliche Beschreibung
In bestimmten Situationen ist es wünschenswert, den Grad autonomer Steuerung eines Fahrzeugs anzupassen. Beispielsweise kann ein Fahrer wünschen, dass er die vollständige Kontrolle des Fahrzeugs während bestimmter Stadien einer Fahrt übernimmt, und dass er die Steuerung eines Teils oder sämtliche Kontrolle an ein autonomes Steuerungssystem während anderer Stadien der Fahrt abgibt. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren sowie ein System zur Anpassung der Stufe, beispielsweise des Anteils, autonomer Steuerung eines Fahrzeugs basierend auf einer Kombination manueller Steuerungsfaktoren bereit.
Im Kontext der vorliegenden Offenbarung soll der Begriff "manueller Steuerungsfaktor" als Faktor bezüglich eines operationalen Parameters des Fahrzeugs verstanden werden, der durch die manuelle Steuerung des Fahrzeugs durch einen Fahrer beeinflusst werden kann und/oder bezüglich der Fähigkeit des Fahrers, das Fahrzeug manuell zu steuern. Beispielsweise kann der manuelle Steuerungsfaktor eines Fahrzeugs von der Betätigung eines Gaspedals durch den Fahrer in Kombination mit dem physischen Status des Fahrers abhängen. Das Verfahren und das System zur Anpassung der Stufe autonomer Steuerung des Fahrzeugs werden weiter unten detaillierter diskutiert.
Die United States National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) definiert den Grad oder das Niveau autonomer Steuerung mit jeweils einem von fünf diskreten Stufen. Es versteht sich jedoch, dass der Grad autonomer Steuerung um jeden angemessenen Betrag variiert werden kann, unabhängig von den von der NHTSA definierten Stufen. Lediglich als Beispiel und zur Unterstützung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird jedoch in der nachfolgenden Beschreibung auf die Stufen autonomer Steuerung, die von der NHTSA definiert wurden, Bezug genommen, die sein können:
Keine Automation (Stufe 0): Der Fahrer verfügt über die vollständige und alleinige Kontrolle der primären Fahrzeug Steuerungsfunktionen – Bremsen, Lenkung, Drosselklappe und Antriebsleistung –, und das die ganze Zeit.
Der Begriff "Drosselklappe" wird in diesem Zusammenhang übrigens nur stellvertretend für ein Steuerelement für die Vortriebsleistung des Fahrzeugs verwendet und soll nicht auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren beschränkend gemeint sein.
Funktionsspezifische Automation (Stufe 1): Die Automation auf dieser Stufe beinhaltet ein oder mehrere spezifische Steuerungsfunktionen. Beispiele können eine elektronische Stabilitätskontrolle oder ein automatisches Bremsen umfassen, bei dem das Fahrzeug automatisch beim Bremsen assistiert, um es dem Fahrer zu ermöglichen, die Kontrolle über das Fahrzeug schneller wiederzuerlangen oder das Fahrzeug schneller anzuhalten, als es bei alleiniger Handhabung des Fahrzeugs durch den Fahrer möglich wäre.
Kombinierte Funktions-Automation (Stufe 2): Diese Stufe beinhaltet eine Automation von wenigstens zwei wesentlichen Steuerungsfunktion, die zu gemeinsamer Funktion ausgestaltet sind, um den Fahrer von der Steuerung dieser Funktionen zu entbinden. Beispielsweise können kombinierte Funktionen bei einem Stufe-2-System ein aktiver Tempomat in Verbindung mit einer Spurzentrierung sein.
Begrenzte Selbstfahrautomation (Stufe 3): Fahrzeuge mit dieser Automationsstufe ermöglichen es dem Fahrer, sämtliche sicherheitskritische Funktionen unter bestimmten Verkehrs- oder Umgebungsbedingungen zu übergeben und sich unter diesen Bedingungen vollständig darauf verlassen zu können, dass das Fahrzeug Änderungen der Bedingungen, die einen Übergang der Steuerung zurück zum Fahrer erfordern, überwacht. Es wird erwartet, dass der Fahrer für gelegentliche Steuerung verfügbar ist, jedoch mit einer hinreichend komfortablen Übergangszeit.
Vollständige Selbstfahrautomation (Stufe 4): Das Fahrzeug ist dazu ausgelegt, sämtliche sicherheitskritischen Fahrfunktionen auszuführen und die Straßenbedingungen über den gesamten Fahrtverlauf zu überwachen. Ein derartiges Design setzt voraus, dass der Fahrer das Ziel oder Navigationsangaben vorgibt, aber es wird nicht erwartet, dass der Fahrer irgendwann während der Fahrt zur Steuerung zur Verfügung steht. Dies betrifft sowohl Fahrzeuge mit Passagieren als auch unbemannte Fahrzeuge.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung soll der Term "autonomes Fahrzeug" auf jedes Fahrzeug zutreffen, das zur Steuerung wenigstens einer Fahrzeugfunktion in autonomer Weise geeignet ist. Beispielsweise kann ein autonomes Fahrzeug ein halbautonomes Fahrzeug sein, mit der Fähigkeit, das Fahrzeug entsprechend einer oder mehrerer Stufen autonomer Steuerung definiert durch die Stufen 1 bis 3, wie vorstehend erläutert, zu steuern. In einer anderen Anordnung kann das Fahrzeug als ein vollständig autonomes Fahrzeug ausgebildet sein, das die Fähigkeit zur Steuerung des Fahrzeugs gemäß einer oder mehrerer Stufen autonomer Steuerung bis zur Stufe 4 – wie vorstehend definiert – aufweist.
Es versteht sich weiterhin, dass der Begriff "autonomes Fahrzeug" auf jedes Fahrzeug zutreffen kann, bei dem ein autonomes Steuerungssystem zur Anpassung der Stufe autonomer Steuerung des Fahrzeugs aktiviert werden kann, beispielsweise als Funktion einer oder mehrerer manueller Steuerungsfaktoren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren und ein System zur Anpassung der Stufe, insbesondere z.B. des Anteils, von autonomer Steuerung bereitgestellt, um die Erfahrungen des Fahrers zu verbessern, beispielsweise die Fahrfreude und/oder den Unterhaltungswert aufgrund der Fahrerfahrung. Beispielsweise kann die Stufe autonomer Steuerung des Fahrzeugs derart angepasst werden, dass der Fahrer ein erhöhtes Geschwindigkeitserlebnis und/oder ein verbessertes Handling des Fahrzeugs erfährt. Auf diese Weise kann dem Fahrer z.B. ein "Rennbahn-Eindruck" vermittelt werden, ungeachtet dessen, dass das Fahrzeug bei im Wesentlichen normalen, d.h. entsprechend den für die Straße geltenden rechtlichen Rahmenbedingungen, betrieben wird. Derartige verbesserte Erfahrungen können durch Verstärkung der Eingaben des Fahrers auf die Steuerelemente des Fahrzeugs erreicht werden, sodass sich das Fahrzeug in einer sportlicheren Weise verhält, als es normalerweise dem gegebenen Eingangssignal auf die Steuerelemente des Fahrzeugs durch den Fahrer entspräche.
Der Grad autonomer Steuerung des Fahrzeugs kann derart angepasst werden, dass der Fahrer das Fahrzeug in einer Art und Weise bedienen kann, die sich jenseits der Fähigkeiten des Fahrers befindet. Beispielsweise kann dann, wenn das Fahrzeug in der Lage ist, auf einer Rennbahn mit 180 km/h zu fahren, aber die Fähigkeiten des Fahrers und/oder ein Vertrauensgrad ihn als unfähig zur Fahrt bei derartigen Geschwindigkeiten ermittelt, der Grad autonomer Steuerung des Fahrzeugs angepasst werden, um die Fähigkeiten des Fahrers so zu verstärken, dass das Fahrzeug sich auf einer Rennbahn mit einer Geschwindigkeit bewegt, die größer als diejenige ist, die aufgrund der Fähigkeiten des Fahrers und/oder des Vertrauensniveaus zulässig und geboten wäre. Beispielsweise kann der Grad autonomer Steuerung des Fahrzeugs dahingehend angepasst werden, eine Geschwindigkeit zwischen einer geringeren Geschwindigkeit, die durch die Fähigkeiten und/oder das Vertrauensniveau in den Fahrer vorgegeben ist, und einer höheren Geschwindigkeit, die durch die physikalischen Grenzen des Fahrzeugs auf der Rennbahn vorgegeben ist, zu erreichen.
1 zeigt eine grafische Darstellung, wie der Anteil autonomer Steuerung abhängig von einer Kombination manueller Steuerungsfaktoren variieren kann. Ein erster Typ manueller Steuerungsfaktoren kann operationale Parameter des Fahrzeugs betreffen, die aus der manuellen Steuerung resultieren. Ein weiterer Typ manueller Steuerungsfaktoren kann ein beliebiger Faktor sein, der die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs beschreibt.
Beispielsweise kann ein operationaler Parameter die Fahrzeuggeschwindigkeit sein, die als Ergebnis einer Eingabe auf ein oder mehrere Steuerelemente des Fahrzeugs geändert werden kann, beispielsweise mittels eines Drosselklappen-Pedals und/oder eines Bremspedals des Fahrzeugs. Ein operationaler Parameter kann auch die Fahrzeugrichtung sein, welche als Ergebnis einer Eingabe auf ein oder mehrere Steuerelemente des Fahrzeugs geändert werden kann, beispielsweise mittels eines Lenksystems des Fahrzeugs und/oder der Auswahl von Vorwärts- und Rückwärtsgängen des Fahrzeugs. Ein operationaler Parameter kann eine Änderungsrate der Fahrzeugrichtung sein, die durch Fahrereingaben auf das Lenksystem des Fahrzeugs verursacht wird. Ein operationaler Parameter kann die Nähe bzw. der Abstand des Fahrzeugs zu einem oder mehreren anderen Fahrzeugen und/oder einem Gegenstand der Straßenausstattung sein, beispielswiese einer Barriere oder einer Leitplanke, wobei diese Nähe bzw. dieser Abstand durch Eingaben des Fahrers auf ein oder mehrere Fahrzeugsteuerelemente beeinflusst werden kann. Ein weiterer operationaler Parameter kann die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs darstellen, die durch die Art der Fahrzeugsteuerung durch den Fahrer beeinflusst werden kann. Beispielsweise ist die Kraftstoffökonomie typischerweise dann niedriger, wenn der Fahrer schnellere Beschleunigungen langsameren Beschleunigungen vorzieht. Ein operationaler Parameter kann die Route des Fahrzeugs sein. Beispielsweise kann die Route des Fahrzeugs durch die Entscheidung des Fahrers beeinflusst werden, die eine oder die andere Abzweigung an einer bestimmten Kreuzung zu wählen. Hieraus ergibt sich, dass die ein oder mehreren operationalen Parameter des Fahrzeugs das Resultat einer oder mehrerer Eingaben des Fahrers und/oder eines Passagiers eines Fahrzeugs auf ein oder mehrere Steuerelemente des Fahrzeugs darstellen können.
Für die andere Art manueller Steuerungsfaktoren hängt die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs von ein oder mehreren Faktoren ab, die außerhalb der Kontrolle durch den Fahrer liegen. Beispielswese kann die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs von den Umgebungsbedingungen außerhalb des Fahrzeugs, dem physischen Zustand des Fahrers und/oder dem funktionellen Status des Fahrzeugs abhängen. In einer Anordnung kann die Fähigkeit des Fahrers zur Steuerung des Fahrzeugs dadurch beeinflusst werden, wenn es stark regnet, wenn der Fahrer müde ist und/oder wenn ein oder mehrere Systeme des Fahrzeugs nicht korrekt funktionieren.
Die vorliegende Offenbarung stellt somit ein Verfahren und ein System zur Anpassung des Anteils autonomer Steuerung des Fahrzeugs abhängig von wenigstens einem operationalen Parameter bereit, der durch manuelle Einwirkung auf wenigstens ein Fahrzeugsystem und die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs beeinflusst wird.
Das Verfahren zur Anpassung des Anteils autonomer Steuerung des Fahrzeugs wird nunmehr anhand des Flussdiagramms gemäß 2 und anhand der vorstehend beschriebenen Stufen autonomer Steuerung näher erläutert.
Das Verfahren kann einen ersten Schritt 110 der Bestimmung eines operationalen Parameters des Fahrzeugs aufweisen. Beispielsweise kann das Verfahren die Bestimmung der Nähe bzw. des Abstandes des Fahrzeugs bezüglich einer Barriere aufweisen, entlang derer sich das Fahrzeug bewegt, wobei die Position des Fahrzeugs Resultat einer Eingabe des Fahrers auf das Lenksystem des Fahrzeugs ist. Das Verfahren kann ferner einen zweiten Schritt 120 der Bestimmung der Fähigkeit des Fahrers zur (manuellen) Steuerung des Fahrzeugs aufweisen. Beispielsweise kann das Verfahren eine Bestimmung der Wetterbedingungen außerhalb des Fahrzeugs aufweisen, wobei die Wetterbedingungen einen direkten Einfluss auf die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs haben. Dementsprechend kann ein Fahrer, wenn das Fahrzeug durch starken Regen fährt, über eine geringere Kontrolle über das Fahrzeug aufgrund des Regens und dementsprechend über eine insgesamt geringere Fähigkeit zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs verfügen.
Das Verfahren kann einen ersten Vergleichsschritt 130 zur Bestimmung aufweisen, ob wenigstens ein operationaler Parameter des Fahrzeugs größer oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert für den operationalen Parameter ist, d. h., ob sich das Fahrzeug nicht zu nah an einer Barriere befindet, entlang derer das Fahrzeug sich bewegt. In einer ähnlichen Weise kann das Verfahren einen zweiten Vergleichsschritt 140 zur Bestimmung umfassen, ob die Fähigkeiten des Fahrers zur manuellen Steuerung größer oder kleiner als ein vordefinierter Fähigkeits-Schwellwert sind; beispielsweise können Straßenbedingungen aufgrund Regens dazu führen, die Fähigkeiten des Fahrers zur Steuerung des Fahrzeugs auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts abzusenken.
Das Verfahren kann einen Schritt 150 einer Anpassung des Anteils autonomer Steuerung des Fahrzeugs basierend auf – in diesem Falle – der Nähe bzw. des Abstandes des Fahrzeugs bezüglich einer Barriere und der Wetterbedingungen, unter denen das Fahrzeug sich bewegt, umfassen. Auf diese Weise kann das Verfahren, wenn bestimmt wurde, dass das Fahrzeug zu nah an der Barriere entlang fährt und der Fahrer eine verringerte Fähigkeit zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs besitzt, eine Erhöhung des Anteils autonomer Steuerung umfassen, um ein oder mehrere operationale Parameter des Fahrzeugs zu verändern und die festgestellte Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung zu ändern.
Der Anteil autonomer Steuerung kann in geeigneter Weise angepasst werden. Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung kann der Anteil oder Grad autonomer Steuerung durch autonome Lenkung des Fahrzeugs von der Barriere weg und/oder durch ein Abhalten des Fahrers von einer Lenkbewegung näher an die Barriere heran angepasst werden. Der Anteil autonomer Steuerung muss nicht auf eine einzige Anpassung eines operationalen Parameters begrenzt sein, sondern kann tatsächlich die Anpassung einer Vielzahl operationaler Parameter des Fahrzeugs umfassen. Beispielsweise kann zusätzlich oder anstelle einer autonomen Anpassung des Lenksystems des Fahrzeugs der Anteil autonomer Steuerung dahingehend angepasst werden, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs derart verlangsamt wird, dass die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs akzeptabel wird.
In einer anderen Anordnung kann das Verfahren die Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs als direktes Ergebnis der Betätigung eines Drosselklappenpedals des Fahrzeugs durch den Fahrer umfassen. Das Verfahren kann ebenfalls die Bestimmung des physischen Zustands des Fahrers umfassen, beispielsweise die Bestimmung der mentalen Aufmerksamkeit des Fahrers. Dementsprechend kann das Verfahren die Anpassung des Anteils autonomer Steuerung umfassen, wenn bestimmt wird, dass der geistige Aufmerksamkeitszustand des Fahrers unzureichend zur Steuerung des Fahrzeugs bei der gegebenen Geschwindigkeit ist, mit der der Fahrer das Fahrzeug betreibt. In diesem Beispiel kann der Anteil autonomer Steuerung durch Erhöhen des autonomen Steuerungsniveaus derart angepasst werden, dass der Fahrer einen geringeren Einfluss auf die Drosselklappenkontrolle des Fahrzeugs und oder das Lenksystem des Fahrzeugs hat. Beispielsweise kann das Verfahren eine Erhöhung eines Widerstandes beim Niederdrücken des Drosselklappenpedals bzw. des Gaspedals und/oder eines Widerstands bei der Drehung des Lenkrads bei einer Lenkbewegung des Fahrzeugs umfassen.
Auf diese Weise erhöht das autonome Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung das Niveau autonomer Steuerung, wenn erkannt wird, dass der Fahrer das Fahrzeug nicht mehr länger auf sichere Weise beherrschen kann, um eine sicherere Fahrerfahrung bereitzustellen.
Das Verfahren kann die Auswahl eines Fahrmodus zur Definition eines Schwellwerts für ein oder mehrere operationale Parameter umfassen. Beispielsweise kann das Verfahren die Auswahl eines Fahrmodus, in dem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs begrenzt ist, umfassen, beispielsweise eine Begrenzung auf eine Geschwindigkeit unterhalb einer Geschwindigkeitsbegrenzung für die Straße, auf der das Fahrzeug gerade fährt.
Der Anteil autonomer Steuerung kann um einen Betrag angepasst werden, der von einer Differenz zwischen einem oder mehreren operationalen Parametern und dem Schwellwert des einen operationalen Parameters oder den Schwellwerten der mehreren operationalen Parameter abhängt. In einem Szenario kann es sein, dass der Fahrer das Fahrzeug derart steuert, dass das Fahrzeug lediglich mit einer Geschwindigkeit entsprechend oder etwas oberhalb einer Geschwindigkeitsgrenze für den jeweiligen Straßenabschnitt, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von ca. 51,5 km/h (32 mph) fährt, wenn die Straßengeschwindigkeitsbeschränkung ca. 48,3 km/h (30 mph) beträgt. In einem derartigen Szenario kann der Anteil autonomer Steuerung dadurch angepasst werden, dass die Drosselklappenantwort des Fahrzeugs um einen geringen Betrag verringert wird, um eine Reduktion der Geschwindigkeit um ca. 3,2 km/h (2 mph) zu bewirken. Das autonome Steuersystem des Fahrzeugs kann dahingehend konfiguriert werden, die Drosselklappenantwort in einer derartigen Weise anzupassen, dass der Fahrer einen nennenswerten Effekt auf die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs gar nicht wahrnimmt. In einem anderen Szenario kann es sein, dass das Fahrzeug mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit als die erlaubte Geschwindigkeit fährt, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von ca. 177 km/h (110 mph) auf einem Straßenabschnitt, auf dem eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf ca. 113 km/h (70 mph) herrscht. In einem derartigen Szenario kann der Anteil autonomer Steuerung dadurch angepasst werden, dass der Motor des Fahrzeugs operativ von dem Drosselklappenpedal abgekoppelt wird, sodass der Fahrer nicht mehr länger in der Lage ist, eine manuelle Erhöhung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Herunterdrücken des Drosselklappenpedals zu bewirken. Zusätzlich oder alternativ kann der Anteil autonomer Steuerung durch Aktivieren eines Bremssystems des Fahrzeugs zur Reduktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die gewünschte Geschwindigkeit, welche in diesem Falle ca. 113 km/h (70 mph) beträgt, angepasst werden.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Fahrmodus ausgewählt sein, bei dem der Fahrer die Position des Fahrzeugs auf einer Spur zu halten wünscht, auf der sich das Fahrzeug aktuell bewegt. In einem derartigen Fall kann der Anteil autonomer Steuerung um einen Betrag angepasst werden, der proportional zu einer Eingabe auf das Lenksystem des Fahrzeugs ist. Beispielsweise kann, wenn der Fahrer des Fahrzeugs eine manuelle Eingabe auf das Lenksystem ausübt, die zu einer nur geringen Abweichung von der Mittellinie der Spur führt, entschieden werden, dass die Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs bezüglich der Mittellinie der Spur entlang der Route nur geringfügig beeinträchtigt ist. In diesem Szenario kann der Anteil autonomer Steuerung, der auf das Lenksystem ausgeübt wird, gering gestaltet werden, so dass dieser vom Fahrer gar nicht wahrgenommen werden muss.
In einer Anordnung kann das Verfahren die Rückgabe eines Feedbacks an den Fahrer aufweisen, um die natürlichen Fahrtendenzen des Fahrers zu beeinflussen.
Beispielsweise kann das Verfahren sensorisches/haptisches Feedback an den Fahrer mittels der Steuerelemente des Fahrzeugs und/oder über Sitze des Fahrzeugs bereitstellen, um die natürlichen Fahrtendenzen des Fahrers zu beeinflussen und ein besseres/schnelleres/sichereres oder anderweitig anders geartetes Fahrerlebnis zu ermöglichen.
In einer Anordnung kann der Grad oder Anteil autonomer Steuerung in einer derart subtilen Weise angepasst werden, dass der Fahrer keine Änderung im Grad autonomer Steuerung bemerkt. Beispielsweise kann das Niveau autonomer Steuerung graduell nur derart erhöht werden, dass der Fahrer keine signifikante Änderung in der Art, in der das Fahrzeug auf seine Eingaben an die Steuerelemente des Fahrzeugs reagiert, bemerkt.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung vorstehend lediglich beispielhaft anhand einer oder mehrerer Anordnungen beschrieben wurde, und dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Anordnungen beschränkt sein soll. Vielmehr sollen im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche auch alternative Anordnungen möglich sein.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst – eine Bestimmung (110) ein oder mehrerer operationaler Parameter des Fahrzeugs; und – eine Bestimmung (120) der Fähigkeit des Fahrers, das Fahrzeug manuell zu steuern; sowie die Anpassung (150) des Anteils der autonomen Steuerung des Fahrzeugs basierend auf den einen oder mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung (110) des einen operationalen Parameters oder der mehreren operationalen Parameter des Fahrzeugs wenigstens eine Bestimmung aus der Gruppe der nachfolgenden Bestimmungen umfasst: – Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit; – Bestimmung der Änderungsrate der Fahrzeugrichtung; – Bestimmung der Nähe des Fahrzeugs zu einem anderen Fahrzeug oder zu mehreren anderen Fahrzeugen; – Bestimmung der Nähe des Fahrzeugs zu einem oder mehreren Gegenständen der Straßenausstattung; – Bestimmung der Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs; und/oder – Bestimmung der Route des Fahrzeugs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung (120) der Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs wenigstens eine der folgenden Bestimmungen umfasst: – Bestimmung der Bedingungen in der externen Umgebung des Fahrzeugs; – Bestimmung des physischen Zustandes des Fahrers; und/oder – Bestimmung der Funktionalität des Fahrzeugs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: – Auswahl eines Fahrmodus zur Definition eines Schwellwerts für einen oder mehrere der operationalen Parameter; und – Anpassung (150) des Anteils autonomer Steuerung abhängig von der Differenz zwischen dem einen oder den mehreren operationalen Parametern und dem Schwellwert des einen oder der mehreren operationalen Parameter.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil autonomer Steuerung entsprechend eines Betrags proportional zur Differenz zwischen dem einen oder den mehreren operationalen Parametern und dem Schwellwert der einen oder der mehreren operationalen Parameter angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil autonomer Steuerung erhöht wird, wenn ein oder mehrere operationale Parameter außerhalb des Schwellwertes des einen oder der mehreren operationalen Parameter liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrmodus ausgewählt wird, um die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs zu maximieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrmodus ausgewählt wird, um die Fahrersicherheit des Fahrzeugs zu maximieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrmodus ausgewählt wird, um die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs zu maximieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrmodus ausgewählt wird, um die Reisezeit zu minimieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Bereitstellung einer Warnung an den Fahrer umfasst, dass der Anteil manueller Steuerung erhöht werden sollte oder im Begriff ist, erhöht zu werden, basierend auf dem einen oder den mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers.
Autonomes Steuerungssystem für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Steuerung umfasst, die zu Folgendem konfiguriert ist: – zur Bestimmung (110) eines operationalen Parameters oder mehrerer operationaler Parameter des Fahrzeugs; – zur Bestimmung (120) der Fähigkeit des Fahrers zur manuellen Steuerung des Fahrzeugs; und – zur Anpassung (150) des Anteils autonomer Steuerung des Fahrzeugs basierend auf den ein oder mehreren operationalen Parametern und der Fähigkeit des Fahrers.
Autonomes Steuerungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein oder mehrere Sensoren aufweist, die operational mit der Steuerung verbunden sind, wobei die ein oder mehreren Sensoren zur Bestimmung wenigstens eines operationalen Parameters konfiguriert sind, entsprechend: – einer Fahrzeuggeschwindigkeit; – einer Änderungsrate der Fahrzeugrichtung; – einer Nähe des Fahrzeugs zu einem oder mehreren anderen Fahrzeugen; – einer Nähe des Fahrzeugs zu einem oder mehreren Gegenständen der Straßeneinrichtung; – einer Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs; und/oder – einer Route des Fahrzeugs.
Autonomes Steuerungssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem ferner ein oder mehrere Sensoren aufweist, die operational mit der Steuerung verbunden sind, wobei die ein oder mehreren Sensoren zur Bestimmung der Fähigkeit eines Fahrers zu einer manuellen Steuerung des Fahrzeugs konfiguriert sind, indem wenigstens eine der folgenden Größen bestimmt wird: – Bestimmung von Zustandsgrößen in der externen Umgebung des Fahrzeugs; – Bestimmung des physischen Zustands des Fahrers; und/oder – Bestimmung der Funktionalität des Fahrzeugs.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein oder mehrere Systeme gemäß den Ansprüchen 12 bis 14 aufweist.
Software, dadurch gekennzeichnet, dass die Software ausgeführt durch ein Computergerät das Computergerät dahingehend veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.