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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Der Betriebszustand eines Fahrzeugs kann heutzutage anhand expliziter Fehlerbilder in einem Steuergerät überwacht werden. Sobald ein solches Fehlerbild auftritt, kann beispielsweise ein Fehlersignal ausgegeben werden, durch das das Fahrzeug unmittelbar angehalten wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebszustands eines automatisiert fahrenden Verkehrsmittels, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Es wird ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebszustands eines automatisiert fahrenden Verkehrsmittels vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Erfassen zumindest eines den Betriebszustand repräsentierenden Messwerts beim Fahren des Verkehrsmittels entlang einer vorgegebenen Trajektorie;
- Vergleichen des Messwerts mit zumindest einem Referenzmesswert, der eine vorherige Erfassung des Betriebszustands beim Fahren des Verkehrsmittels entlang der vorgegebenen Trajektorie repräsentiert; und
- Ermitteln einer voraussichtlichen Beeinträchtigung des Betriebszustands abhängig von einem Ergebnis des Vergleichens.
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Unter einem automatisiert fahrenden Verkehrsmittel kann beispielsweise ein hochautomatisiertes Fahrzeug, ein öffentliches Verkehrsmittel in Form eines autonom fahrenden ein-, zwei- oder mehrsitzigen Shuttlefahrzeugs, auch Pod genannt, oder auch ein Fahrzeug zum automatisierten Warentransport verstanden werden. Das Verkehrsmittel kann beispielsweise mit einer Umfeldsensorik zum Erfassen einer relativen Lage des Verkehrsmittels zu Objekten in dessen Umgebung sowie mit Sensoren zum Erfassen verschiedener Betriebsparameter wie etwa Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Batteriespannung oder Motorstrom des Verkehrsmittels ausgestattet sein. Unter einer vorgegebenen Trajektorie kann eine beispielsweise auf Basis von Sensor- oder GPS-Daten berechnete Route des Verkehrsmittels mit einem bestimmten Startpunkt und einem bestimmten Zielpunkt verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei der vorgegebenen Trajektorie um einen Rundkurs handeln. Insbesondere kann die vorgegebene Trajektorie zur Erfassung des Referenzmesswerts von dem Verkehrsmittel über mehrere Runden wiederholt abgefahren werden. Unter einer voraussichtlichen Beeinträchtigung kann beispielsweise ein voraussichtlicher Fehlerzustand, der auf einen Defekt zumindest einer Komponente des Verkehrsmittels hindeuten kann, oder auch ein Wartungserfordernis, etwa das Aufladen einer Batterie oder das Nachfüllen oder Austauschen von Betriebsflüssigkeiten, verstanden werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch Vergleichen aktueller Messdaten mit früheren Messdaten bezüglich ein und derselben geplanten Route ein Fehlerzustand oder Wartungsbedarf an wesentlichen Komponenten eines automatisiert fahrenden Shuttlefahrzeugs, etwa einem Antriebstrang aus Batterie oder Lenkung oder einem Automatisierungssystem, prädiktiv diagnostiziert werden kann. Dadurch ist es möglich, Fehler- oder Wartungsfälle frühzeitig zu erkennen und angemessen darauf zu reagieren.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erfassens ein georeferenzierter Wert als der Messwert erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann im Schritt des Vergleichens der Messwert mit einem georeferenzierten Wert als dem Referenzmesswert verglichen werden. Unter einem georeferenzierten Wert kann ein ortsabhängiger, d. h. mit geografischen Koordinaten einer digitalen Karte, insbesondere bezüglich der vorgegebenen Trajektorie, verknüpfter Mess- bzw. Referenzmesswert verstanden werden. Beispielsweise kann der Mess- bzw. Referenzmesswert dabei einen einem jeweiligen Erfassungszeitpunkt zugeordneten Erfassungsort in der digitalen Karte repräsentieren. Dadurch kann die Beeinträchtigung des Betriebszustands örtlich genau vorhergesagt werden.
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Des Weiteren können im Schritt des Vergleichens der Messwert und der Referenzmesswert unter Verwendung zumindest eines Überwachungsmodells miteinander verglichen werden. Unter einem Überwachungsmodell kann eine beispielsweise ortsabhängige Berechnungsbasis, die je nach Ausführungsform auch verschiedene Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit oder eine bisherige Betriebszeit des Verkehrsmittels repräsentieren kann, verstanden werden. Dadurch kann eine zuverlässige und robuste Prädiktion von Beeinträchtigungen des Betriebszustands sichergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Erfassens ein einen Strom, eine Spannung oder eine Temperatur eines Motors oder einer Batterie des Verkehrsmittels oder eine Geschwindigkeit oder einen Lenkwinkel des Verkehrsmittels oder einen Abstand des Verkehrsmittels relativ zu einer Umgebung des Verkehrsmittels repräsentierender Wert oder eine Kombination aus zumindest zwei der genannten Betriebsparameter als der Messwert erfasst werden. Dadurch kann eine differenzierte und wenig fehleranfällige Überwachung des Betriebszustands gewährleistet werden.
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Von Vorteil ist auch, wenn im Schritt des Vergleichens der Messwert und der Referenzmesswert unter Berücksichtigung einer bisherigen Betriebszeit des Verkehrsmittels miteinander verglichen werden. Dadurch kann die Überwachung des Betriebszustands betriebszeitabhängig erfolgen.
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Zudem kann im Schritt des Vergleichens der Messwert mit einem Referenzmesswert verglichen werden, der eine vorherige Erfassung des Betriebszustands durch wiederholtes Abfahren der vorgegebenen Trajektorie repräsentiert. Dadurch können fehlerhafte Referenzmesswerte vermieden werden.
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Das Verfahren kann gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Schritt des Ausgebens eines Steuersignals zum Anhalten oder Parken des Verkehrsmittels ansprechend auf das Ermitteln der voraussichtlichen Beeinträchtigung umfassen. Dadurch können Unfälle durch Fehlfunktionen des Verkehrsmittels vermieden werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung des Verkehrsmittels. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Sensorsignale wie Beschleunigungs-, Druck-, Lenkwinkel- oder Umfeldsensorsignale zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie Brems- oder Lenkaktoren oder ein Motorsteuergerät des Verkehrsmittels.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verkehrsmittels mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts aus 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines Verkehrsmittels mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Darstellung einer Trajektorie zur Verwendung mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verkehrsmittels 100 mit einem Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 102 ist ausgebildet, um zumindest einen einen Betriebszustand des Verkehrsmittels 100 repräsentierenden Messwert 104, hier beispielhaft bereitgestellt durch Radsensoren 108 und einen Umfeldsensor 110 des Verkehrsmittels 100, beim Befahren einer Fahrbahn 112 entlang einer vorgegebenen Trajektorie 114, zu erfassen und den so erfassten Messwert 104 mit zumindest einem Referenzmesswert aus einer vorherigen Erfassung des Betriebszustands beim Fahren entlang der vorgegebenen Trajektorie 114 zu vergleichen. Je nach Abweichung zwischen dem Messwert 104 und dem Referenzmesswert ermittelt das Steuergerät 102 eine voraussichtliche Beeinträchtigung des Betriebszustands, beispielsweise einen voraussichtlichen Fehlerzustand oder einen Wartungsbedarf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt das Steuergerät 102 optional ein Steuersignal 116, um das Verkehrsmittel 100 bei einer ermittelten Beeinträchtigung anzuhalten oder in eine sichere Parkposition zu steuern.
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Bei dem Messwert 104 wie auch bei dem Referenzmesswert handelt es sich insbesondere um georeferenzierte Messwerte, d. h. um Werte, die mit einem bestimmten Erfassungsort bezüglich der Trajektorie 114 sowie einem entsprechenden Erfassungszeitpunkt verknüpft sind, beispielsweise mittels GPS-Ortung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel repräsentiert der Referenzmesswert einen Messwert, der durch wiederholtes Abfahren der Trajektorie 114 unter Verwendung entsprechender Sensoren, hier der Radsensoren 108 und des Umfeldsensors 110, erfasst wurde.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 102 ausgebildet, um gleichzeitig eine Mehrzahl unterschiedlicher Messwerte von entsprechenden Sensoren des Verkehrsmittels 100 zu empfangen und mit einer entsprechenden Anzahl an korrespondierenden Referenzmesswerten zur Ermittlung der voraussichtlichen Beeinträchtigung des Betriebszustands zu vergleichen.
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Für die vorausschauende Prädiktion von Fehlerfällen ist es vorteilhaft, wenn das Verkehrsmittel 100, das beispielsweise Teil eines öffentlichen Shuttlesystems zur Personenbeförderung ist, die vorgegebene Trajektorie 114 wiederholt abfährt. Zur vorgegebenen Trajektorie 114 werden dabei wichtige Messgrößen von zu überwachenden Systemen, beispielsweise eines Antriebsstrangs, wie etwa Stromspitzen, Spannungsverläufe, Temperaturen von Motoren oder Batterien, Geschwindigkeit des Verkehrsmittels 100, Geschwindigkeiten von Rädern des Verkehrsmittels 100, Lenkwinkeländerungen oder Abstände relativ zu Objekten in der Umgebung des Verkehrsmittels 100 vom Steuergerät 102 erfasst und georeferenziert abgelegt. Auf Basis dieser Daten wird gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Überwachungsmodell für die Überwachung der zu überwachenden Systeme in Abhängigkeit von einem Erfassungsort, von aktuellen Umgebungsbedingungen oder von weiteren Systemgrößen, etwa einer bisherigen Betriebszeit des Verkehrsmittels 100, erstellt. Auf Basis des Überwachungsmodells bestimmt das Steuergerät 102 nun sich in Entstehung befindliche Fehlerzustände oder Wartungsintervalle, indem ein Vergleich zwischen aktuellen Messgrößen und zu erwartenden Messwerten auf Basis des Überwachungsmodells erfolgt. Beispielsweise werden eine Temperatur und ein Ladezustand einer Batterie des Verkehrsmittels 100 nach einer bestimmten Anzahl an Betriebsrunden entlang der Trajektorie 114 ungewohnt ansteigen und sinken, wodurch je nach Gradient auf einen Wartungsbedarf oder einen anstehenden Fehlerfall geschlossen werden kann. Analog dazu kann beispielsweise über Messgrößen anderer Systeme auf die Leistungsfähigkeit einer Lenkung oder von Motoren des Verkehrsmittels 100 geschlossen werden. Bei Vorliegen einer Abweichung plant das Steuergerät 102 in Abhängigkeit von der Bedeutung dieser Abweichung für die Systemleistung entweder ein Wartungsintervall ein oder veranlasst, dass das Verkehrsmittel 100 sicher abgestellt wird, beispielsweise für den Fall, dass die zur Verfügung stehende Leistung nicht mehr zur Rückkehr in eine Wartungshalle ausreicht.
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Die Vorteile einer derartigen Überwachung des Betriebszustands des Verkehrsmittels 100 bestehen in der vorausschauenden Erkennung eines Wartungsbedarfs oder auch von Fehlerzuständen, in der Vermeidung größerer Systemausfälle durch gezielte Wartung sowie in der Steigerung der durch das Verkehrsmittel 100 erzielbaren Umsätze durch längere Betriebszyklen. Dadurch, dass unkontrolliert, d. h. ohne Vorwarnzeit, auftretende Systemfehler vermieden werden, können ferner die Kosten zum Aufsammeln liegen gebliebener Verkehrsmittel reduziert werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 102 aus 1. Das Steuergerät 102 umfasst eine Erfassungseinheit 210 zum Erfassen des Messwerts 104, eine Vergleichseinheit 220, die ausgebildet ist, um den Messwert 104 mit dem Referenzmesswert zu vergleichen und einen eine Abweichung zwischen dem Messwert 104 und dem Referenzmesswert repräsentierenden Abweichungswert 222 an eine Ermittlungseinheit 230 weiterzureichen. Die Ermittlungseinheit 230 ist ausgebildet, um durch entsprechendes Auswerten des Abweichungswertes 222 die voraussichtliche Beeinträchtigung des Betriebszustands zu ermitteln und ein die voraussichtliche Beeinträchtigung repräsentierendes Fehlersignal 232 zu erzeugen und auszugeben. Das Fehlersignal 232 dient beispielsweise als Eingangssignal zur Generierung des Steuersignals zum Anhalten oder Parken des Verkehrsmittels bei ermittelter Beeinträchtigung des Betriebszustands.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verkehrsmittels 100 mit einem Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Verkehrsmittel 100 handelt es sich um das vorangehend anhand der 1 und 2 beschriebene Verkehrsmittel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Verkehrsmittel 100 als ein Shuttle für urbane Fußgängerwege realisiert, auch Pod genannt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Trajektorie 114 zur Verwendung mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einem Steuergerät, wie es vorangehend anhand der 1 bis 3 beschrieben ist. Die Trajektorie 114 ist hier exemplarisch als Rundkursroute des Verkehrsmittels durch eine Innenstadt dargestellt, die von dem Verkehrsmittel zyklisch und wiederholt abgefahren wird.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 500 zum Überwachen eines Betriebszustands eines automatisiert fahrenden Verkehrsmittels kann beispielsweise unter Verwendung eines Steuergeräts, wie es vorangehend anhand der 1 bis 4 beschrieben ist, ausgeführt werden. Dabei wird in einem Schritt 510 der dem Betriebszustand repräsentierende Messwert über eine Schnittstelle zu entsprechenden Sensoren des Verkehrsmittels während eines Zeitraums erfasst, in dem das Verkehrsmittel die vorgegebene Trajektorie abfährt. In einem weiteren Schritt 520 wird der aktuelle Messwert mit dem Referenzmesswert aus einer vorherigen Erfassung des Betriebszustands beim Abfahren der vorgegebenen Trajektorie, insbesondere einer vorherigen Erfassung durch wiederholtes Abfahren der vorgegebenen Trajektorie, verglichen. In einem Schritt 530 wird schließlich eine voraussichtliche Beeinträchtigung des Betriebszustands abhängig vom Ergebnis des Vergleichens im Schritt 520 ermittelt.
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Die Schritte 510, 520, 530 können während eines Betriebs des Verkehrsmittels fortlaufend ausgeführt werden, um den Betriebszustand des Verkehrsmittels fortlaufend zu überwachen.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
