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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen einer Fahrzeugsteuerungseinrichtung für die Steuerung eines realen Fahrzeuges, insbesondere für hoch-/vollautonome Fahrzeuge.
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Stand der Technik
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Fahrzeugsteuerungseinrichtungen dienen dazu eine angemessene Reaktion eines Fahrzeuges auf bestimmte externe Einflüsse zu bestimmen und durch das Fahrzeug zu realisieren. Beispielsweise ist es bekannt, dass eine elektronische Stabilitätskontrolle als Fahrzeugsteuerungseinrichtung oder Teil einer Fahrzeugsteuerungseinrichtung eine angemessene Reaktion des Fahrzeuges auf ein Durchrutschen von Rädern berechnet und somit einem Ausbrechen des Fahrzeuges entgegenwirkt.
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In jüngster Zeit wird versucht Fahrzeuge zu entwickeln, die über einen solchen Einfluss auf die Bewegung des Fahrzeuges hinausgehend ein hochautomatisiertes oder auch vollständig autonomes Fahren des Fahrzeuges, im Wesentlichen ohne Steuerung oder zumindest ohne Lenkung des Fahrzeugs durch einen Menschen, ermöglichen.
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Insbesondere für derartige hochautomatisierte und autonome Fahrzeuge stellt die Bereitstellung von geeigneten Testsystemen eine große Herausforderung dar, da zur Zulassung solcher Fahrzeuge auf öffentlichen Straßen eine hohe Zahl gefahrener Testkilometer nachzuweisen ist, um die sichere Funktionsweise nachzuweisen. Gleichzeitig werden geeignete Sensoren zur Bestimmung der Fahrzeugumgebung erst weiter entwickelt und optimiert um den Anforderungen für ein autonomes Fahren gerecht zu werden, so dass geeignete Sensoren für solche Tests nur bedingt zur Verfügung stehen. Dies verzögert bei der Entwicklung die Möglichkeit einer frühzeitigen Gesamtfahrzeugerprobung.
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Übliche Simulationssoftware die in der Fahrzeugentwicklung verwendet wird kann bisher kaum die zum Test autonomer Fahrzeuge erforderliche hohe Dynamik an Ereignissen, insbesondere im Zusammenhang mit nicht-deterministischen, zufallsbedingten Ereignissen, im Umfeld eines zu testenden Fahrzeuges bereitstellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Testen einer Fahrzeugsteuerungseinrichtung anzugeben, das die Bereitstellung einer hochdynamischen Testumgebung für die zu testende Fahrzeugsteuerungseinrichtung erlaubt und insbesondere einen Test von Fahrzeugen und / oder Teilsystemen ermöglicht, die zu hoch- oder vollautonomem Fahren ausgelegt sind.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Testen einer Fahrzeugsteuerungseinrichtung für die Steuerung eines realen Fahrzeuges, wobei aus einer Simulationssoftware, insbesondere einem Computerspiel, Umgebungsdaten aus einer Fahrzeugumgebung eines virtuellen Fahrzeuges ausgelesen werden und die Umgebungsdaten an die zu testende Fahrzeugsteuerungseinrichtung übermittelt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Simulationssoftware, insbesondere ein Computerspiel, genutzt das Umgebungsdaten eines virtuellen Fahrzeuges bereitstellen kann, insbesondere ein Automobil-Simulations-Computerspiels, , wie zum Beispiel „Grand Theft Auto“ ™ -IV der Firma „Rockstar Games“, oder ein beliebiges Standard Computerspiel, dass Umgebungsdaten eines virtuellen Fahrzeuges bereitstellen kann.
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Unter „Computerspiel“ wird demgemäß eine Software verstanden, die eine Steuerung des virtuellen Fahrzeuges im Normalbetrieb der Software durch einen Benutzer des Computerspiels erlaubt, wobei das Computerspiel beim virtuellen Betrieb des virtuellen Fahrzeuges auch dessen Umgebung darstellt, beispielsweise Straßen, Gebäude, Wetter und/oder andere Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer etc.
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Umgebungsdaten des virtuellen Fahrzeuges sind also beispielsweise Verkehrs- und Umweltdaten, Informationen zu geographischen Gegebenheiten, Straßenverläufen bzw. Straßengeometrien, Brücken, Tunnel, Fahrspuren etc. Unter Steuerung durch einen Benutzer ist hier nicht nur die dynamische, interaktive Steuerung des virtuellen Fahrzeuges mittels diverser Spielkonsolen bzw. Bedienelementen zu verstehen, insbesondere als Reaktion auf die vom Computerspiel generierten Umgebungsdaten, sondern auch beispielsweise ein Taximodus oder ähnliche Betriebsweisen, in denen dem Computerspiel Start und Ziel vorgegeben werden oder Strecken ausgewählt werden, die im Anschluss vom Computerspiel bzw. vom virtuellen Fahrzeug sozusagen automatisiert/selbständig gefahren werden. Aus einer Simulationssoftware, insbesondere einem Computerspiel, können als „Umgebungsdaten“ auch ganze „Szenarien“ bzw. „Szenen“, also zeitliche Abfolgen von Ereignissen, in welchen bzw. an Hand welcher die Fahrzeugsteuereinrichtung auf Ihre Funktionsfähigkeit getestet wird, ausgelesen werden.
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Derartige Computerspiele erreichen die Anforderungen an eine geeignete Testumgebung für ein „echtes“ Fahrzeug durch ihre hohe Dynamik und Komplexität und graphische Qualität im Gegensatz zu gängiger bzw. derzeit verbreiteter Fahrzeug-Simulations-Software deutlich besser.
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Daher ist es die Idee der Erfindung, eine an sich nicht für diesen Zweck entwickelte Simulationssoftware, insbesondere Spiele-Software, für das hoch-qualitative Testen von Fahrzeugsteuerungseinrichtungen die für reale Fahrzeuge ausgelegt sind, wie insbesondere zur Steuerung von hoch- und / oder vollautonomen Fahrzeugen, zu nutzen und geeignete Schnittstellen zwischen Computerspiel und zu testendem Fahrzeug bzw. zwischen Computerspiel und zu testender Fahrzeugsteuerungseinrichtung, auszubilden, so dass „virtuelle“ Umgebungsdaten um das virtuelle Fahrzeug (das „Ego-Fahrzeug“ dessen Bewegung der Spieler üblicherweise kontrolliert) des Computerspiels an die Fahrzeugsteuerungseinrichtung des zu testenden Fahrzeuges übermittelt werden können, um die Reaktion des realen Fahrzeuges bzw. der Fahrzeugsteuerungseinrichtung auf diese virtuelle Umgebung zu testen.
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Für den Datenaustausch zwischen Simulationssoftware, insbesondere Computerspiel, und Fahrzeugsteuerungseinrichtung, sollte bevorzugt nicht die grafischen Darstellung des Spieles auf dem Anzeigegerät (zum Beispiel Monitor) als Schnittstelle verwendet werden, sondern der Datenaustausch sollte bevorzugt direkt zwischen Fahrzeugsteuerungseinrichtung und Spiele-Engine stattfinden. Vorteil dieser bevorzugten Kommunikationsschnittstelle ist eine höhere Informationsdichte und ein performanterer Datenaustausch zwischen dem Computerspiel/Simulationssoftware und der Fahrzeugsteuerungseinrichtung. Ein weiterer Vorteil dieser bevorzugten Datenschnittstelle ist das man nicht auf die grafische Darstellung beschränkt ist und nur diese verarbeiten kann, sondern auch auf alle Hintergrundinformationen, wie beispielsweise Bewegungsvektoren von noch nicht visualisierten Objekten, zugreifen kann.
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Bevorzugt erfolgt der Zugriff auf Daten aus dem Computerspiel/Game-Engine und/oder ein Übermitteln von Daten an das Computerspiel über eine Modifikation bzw. ein Zusatzmodul des Computerspiels, insbesondere über eine sogenannte „Modding“ Schnittstelle des Computerspiels.
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Die Umgebungsdaten können - beispielsweise nach einer Umsetzung in geeignete CAN-Nachrichten (Controller Area Network) oder in Fahrzeugdatenbussignale anderer verwendeter Systeme - an ein Bussystem, insbesondere ein CAN-Bussystem, Ethernetdatenbuss bzw. Ethernet-Netzwerk, des zu testenden Fahrzeuges oder der zu testenden Fahrzeugsteuerungseinrichtung übermittelt werden.
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Diese Umgebungsdaten aus dem Computerspiel können umfassen: eine Position und/oder einen Verlauf einer Straße und/oder Straßenbegrenzung, Gebäude, Brücken, Tunnel, die Position und/oder Bewegung zusätzlicher virtueller Fahrzeuge und/oder anderer virtueller Straßenbenutzer, wie zum Beispiel virtueller Fußgänger, Radfahrer, Tiere, Pflanzen usw.
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Aus dem Computerspiel können zusätzlich interne Daten des virtuellen Fahrzeuges ausgelesen werden, also des „Ego-Fahrzeuges“, das das virtuelle Pendant des zu testenden Fahrzeuges bildet, und diese internen Daten an die Fahrzeugsteuerungseinrichtung des zu testenden Fahrzeuges übermittelt werden. Diese internen Daten werden insbesondere auch benötigt, um der Fahrzeugsteuerungseinrichtung Aktoren und Sensoren zu simulieren, welche in einem Fahrzeug verbaut sind.
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Die internen Daten können umfassen: jegliche Art von Sensordaten sowie auch Daten, welche aus diesen Sensordaten resultieren; beispielsweise eine Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehzahl, Gang, Lage, Neigungswinkel, Lichtzustand, Schmiermittelfüllstand Öltemperatur, Besatzung, Treibstofftankfüllstand, Akkuladezustand und/oder Blinkerzustand etc. des virtuellen Fahrzeugs.
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Die Fahrzeugsteuerungseinrichtung kann abhängig von den übermittelten Umgebungsdaten und gegebenenfalls abhängig von übermittelten internen Daten eine geeignete Fahrzeugreaktion festlegen.
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Die durch die Fahrzeugsteuerungseinrichtung ermittelte Fahrzeugreaktion kann durch ein reales Fahrzeug realisiert werden und/oder durch ein Anzeigegerät, zum Beispiel Tachometer oder Multifunktionsanzeige, am zu testenden Fahrzeug angezeigt werden.
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Besonders bevorzugt wird die durch die Fahrzeugsteuerungseinrichtung ermittelte Fahrzeugreaktion über eine Datenverbindung oder Schnittstelle an die Simulationssoftware, insbesondere das Computerspiel, als Reaktion des virtuellen Fahrzeuges zurück-übermittelt, also eine Fahrzeugreaktion für das virtuelle Fahrzeug in der Simulationssoftware, insbesondere dem Computerspiel, festgelegt. Das virtuelle Fahrzeug wird daher bevorzugt mittels der Fahrzeugsteuerungseinrichtung, die zum späteren Einsatz in einem realen Fahrzeug ausgelegt ist, gesteuert.
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Das Auslesen der Fahrzeugreaktion kann beispielsweise an einem CAN Bus bzw. sonstigen Datenbus des zu testenden Fahrzeuges oder der zu testenden Fahrzeugsteuerungseinrichtung und Übermittlung der ausgelesenen Daten an das erweiterte Computerspiel erfolgen.
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Durch das Zurückübermitteln der Fahrzeugreaktion in das Computerspiel wird ein vollständiger Regelkreis gebildet, der es ermöglicht, die Software der Fahrzeugsteuerungseinrichtung hinsichtlich Fehler, Stabilität und Korrektheit zu untersuchen und insbesondere zu überprüfen. Durch das Zurückübermitteln der Fahrzeugreaktion in die Simulationssoftware, insbesondere Computerspiel, kann die von der Fahrzeugsteuerungseinrichtung errechnete bzw. festgelegte Fahrzeugreaktion durch das virtuelle Fahrzeug in der Simulationssoftware, insbesondere Computerspiel, realisiert werden bzw. wird eine Fahrzeugreaktion für das virtuelle Fahrzeug festgelegt bzw. bewirkt.
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Eine Überprüfung der von der Fahrzeugsteuerungseinrichtung berechneten Fahrzeugreaktion kann auf verschiedene Arten erfolgen. Es kann eine visuelle Überprüfung erfolgen, also ein Betrachter auf einem Bildschirm beobachten, wie das durch die zu testende Fahrzeugsteuerungseinrichtung gesteuerte virtuelle Fahrzeug durch die vom Computerspiel dargestellten Szenen bzw. Umgebungen fährt und sich verhält. Bevorzugt erfolgt zusätzlich oder alternativ, ohne optische Sichtung der Szenen, eine automatisierte Bewertung der Fahrzeugreaktion, zum Beispiel umfassend eine Erfassung von Null-Fehlerdurchläufen, wie oft es also beim Befahren einer Strecke bzw. Szene zu keinem „Unfall“ gekommen ist.
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Die Simulationssoftware, insbesondere das Computerspiel, generiert vorzugsweise die Umgebungsdaten zufallsabhängig bzw. nicht deterministisch , beispielsweise unter Verwendung eines Zufallsgenerators, wodurch zufallsgenerierte Szenarien getestet werden können Die Reproduzierbarkeit der generierten Situationen ist durch die Aufzeichnung der Simulationsdaten gegeben.
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Bevorzugt erfolgt das Auslesen von Daten aus dem Computerspiel und/oder ein Übermitteln von Daten an das Computerspiel über eine Modifikation bzw. ein Zusatzmodul des Computerspiels, insbesondere über eine sogenannte „Modding“ Schnittstelle des Computerspiels. Es ist aber auch Möglich eine hierzu bereits nativ im Computerspiel vorgesehene Schnittstelle zu verwenden.
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Die über die Modding Schnittstelle ausgelesenen Daten des Computerspiels können beispielsweise über eine Datenverbindung an das Fahrzeug bzw. die zu testende Fahrzeugsteuerungseinrichtung übermittelt werden und in ein für die Fahrzeugsteuerungseinrichtung verständliches Datenformat übersetzt werden, beispielsweise mittels eines Übersetzungsframeworks, dass aus den Eingangsdaten Nachrichten für den CAN-Bus des Fahrzeuges generiert und über eine geeignete Schnittstelle, wie zum Beispiel einen „Blue PiraT Mini“ der Firma Telemotive AG, in den CAN-Bus einleitet.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
- Fig. ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In der Fig. ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Testen einer Fahrzeugsteuerungseinrichtung schematisch dargestellt. Durch das Verfahren werden aus einer Simulationssoftware 1, insbesondere einem Computerspiel, Umgebungsdaten aus einer Fahrzeugumgebung eines virtuellen Fahrzeuges ausgelesen und die Umgebungsdaten mittels eines Übersetzungsframeworks 2 an die zu testende Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 übermittelt.
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Die Umgebungsdaten, beispielsweise Straßenverläufe oder Positionen und Geschwindigkeiten anderer Fahrzeuge und Fußgänger, werden über eine „Modding“ Schnittstelle der Simulationssoftware 1 abgegriffen, beispielsweise in ein JavaScript Object Notation (JSON) Objekt umgewandelt, und über beispielsweise eine UDP-Socket Verbindung an das Übersetzungsframework 2 gesendet.
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Durch das Übersetzungsframework 2 werden die empfangenen Daten, beispielsweise das empfangene JSON Objekt, ausgewertet und geeignete CAN-Bus-Nachrichten für das Fahrzeug bzw. die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 generiert und in den CAN-Bus des Fahrzeuges 3 eingespeist, beispielsweise über einen „Blue PiraT Mini“ der Firma Telemotive, um dem Fahrzeug bzw. der Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 eine entsprechende Fahrzeugumgebung zu simulieren.
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Die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 errechnet insbesondere auf Basis der empfangenen Umgebungsdaten und eventuell auch auf Basis empfangener interner Daten des virtuellen Fahrzeugs eine Fahrzeugreaktion.
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Diese Fahrzeugreaktion kann durch das zu testende Fahrzeug bzw. die zu testende Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 realisiert werden - beispielsweise durch Umsetzen von Lenk- oder Bremsbefehlen - und/oder durch eine Anzeige, welche logisch mit der zu testenden Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 verbunden ist, angezeigt werden, beispielsweise an einem Tachometer oder sonstige übliche Cockpit-Anzeigen erkennbar oder mittels einer graphischen Schnittstelle dargestellt. Die Reaktion der Fahrzeugsteuerungseinreichung kann insbesondere im Computerspiel an Anzeigeeinrichtungen des virtuellen Fahrzeuges, wie beispielsweise Tachometer, Cockpitanzeigen, Warnanzeigen, angezeigt werden. Diese für den Fahrer eines Fahrzeuges herkömmlichen Hilfsmittel um ein Fahrzeug zu steuern, reichen jedoch üblicherweise allein nicht aus um eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung zu testen. Sie sind für den Tester nur ein zusätzliches Hilfsmittel, um die Fahrzeugreaktion erfassen, überwachen bzw. bewerten zu können. Die eigentliche Überprüfung der Fahrzeugsteuerungseinrichtung auf Fehler, Stabilität und Korrektheit erfolgt durch die Bewegung bzw. eigentliche Steuerung des virtuellen Fahrzeuges im Computerspiel mittels Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3, bei Rückspeisung der Reaktion der Fahrzeugsteuerungseinreichung 3 an das virtuelle Fahrzeug. Hierdurch kann die von der Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3 errechnete/festgelegte Fahrzeugreaktion durch das virtuelle Fahrzeug in der Simulationssoftware, insbesondere dem Computerspiel, realisiert werden.
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Die Fahrzeugreaktion kann daher an die Simulationssoftware 1 über das Übersetzungsframework 2 zurück übermittelt werden, insbesondere durch Auslesen der Reaktion an der Datenschnittstelle des Fahrzeuges bzw. der Fahrzeugsteuerungseinrichtung 3, Auswertung und Rückübersetzung beispielsweise mittels eines Python Programmes, und Transfer an das Computerspiel 1 mittels UDP Verbindung oder einer anderen geeigneten Datenverbindung. Das virtuelle Fahrzeug der Simulationssoftware 1 kann daher entsprechend der Reaktion der Fahrzeugsteuerungseinreichung 3 gesteuert werden und somit ein Regelkreis zum Test der Fahrzeugsteuerungseinrichtung mittels Simulationssoftware 1 geschlossen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Simulationssoftware
- 2
- Übersetzungsframework
- 3
- Fahrzeugsteuerungseinrichtung
