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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren einer Geschwindigkeit eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs sowie ein System.
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Stand der Technik
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Autonome Fahrzeuge und Fahrzeuge mit Fahrassistenzsystemen gewinnen zunehmend an Bedeutung und können in absehbarer Zeit das Straßenbild prägen. Ein autonomer Betrieb von Fahrzeugen ist derzeit bereits bis zu einer Geschwindigkeit von 130km/h möglich. Allerdings kann es in bestimmten Situationen notwendig sein, die Geschwindigkeit zu reduzieren oder den autonomen Fahrmodus auszuschalten. Dabei bieten aktuelle Systeme jedoch nur Lösungen für ein notwendiges Eingreifen aufgrund äußerer Faktoren wie beispielsweise der jeweiligen Verkehrssituation. Bei dem Betrieb von autonomen Fahrzeugen oder Fahrzeugen mit Fahrassistenzsystemen sind jedoch auch weitere Faktoren, wie insbesondere eine funktionierende und präzise Standortbestimmung für die Sicherheit und eine zuverlässige Navigation, entscheidend.
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Derzeit bekannte Verfahren berücksichtigen nicht die Leistungsfähigkeit von technisch sicherheitsrelevanten Komponenten eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs zur sicheren Standortbestimmung und Erkennung des Fahrzeugumfeldes und bieten daher nicht die Möglichkeit eines Eingreifens des Fahrers oder einer Geschwindigkeitsanpassung im Falle einer ungenauen Standortbestimmung oder einer fehlerhaften Erkennung des Fahrzeugumfeldes.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein System und ein Verfahren zum Berücksichtigen von technischen Faktoren bei der maximal zulässigen Fahrzeuggeschwindigkeit vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Regulieren einer Geschwindigkeit eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs bereitgestellt. In einem Schritt wird eine derzeitige Geschwindigkeit des autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs während eines Betriebs im autonomen Fahrmodus bestimmt.
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Es erfolgt ein kontinuierliches Überprüfen einer ausreichenden geschwindigkeitsabhängigen Genauigkeit oder Leistungsfähigkeit von mindestens einer technischen Komponente zur Bestimmung einer Fahrzeugposition, einer Trajektorie und/oder eines Umfelds des autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs.
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Die gemessene Geschwindigkeit des autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs wird beim Erkennen einer nicht ausreichenden geschwindigkeitsabhängigen Genauigkeit oder Leistungsfähigkeit der technischen Komponenten bis zu dem Erreichen einer ausreichenden Genauigkeit oder Funktionalität der technischen Komponenten angepasst.
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Es können Situationen auftreten, bei welchen autonome Fahrfunktionen eines Fahrzeugs bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit abgeschaltet werden müssen, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten. Eine derartige Situation kann beispielsweise eine geschwindigkeitsabhängige Beeinträchtigung des autonomen Fahrmodus sein. Dabei kann die autonome Fahrfunktion nicht mehr rechtzeitig bzw. schnell genug aktualisiert oder präzise genug verwendet werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können relevante Komponenten zum Betrieb des autonomen Fahrmodus auf ihre Auslastung oder Leistungsfähigkeit hin überwacht werden. Geschwindigkeitsabhängig können insbesondere Einschränkungen der Umfelderkennung des Fahrzeugs, der Rechenleistung von Steuereinheiten, der Trajektoriensteuerung und -planung sowie der Kommunikationsverbindungen überwacht werden. Wird während der Überprüfung festgestellt, dass sicherheitsrelevante Funktionen oder Komponenten, wie beispielsweise Sensoren für die Umfelderkennung, bei einer definierten Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht leistungsfähig bzw. präzise genug sind, so kann die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert werden.
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Beispielsweise kann eine Steuereinheit des Fahrzeugs erkennen, dass die Fahrzeugposition nicht mehr mit schnell genug, bzw. mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden kann. Des Weiteren kann die Steuereinheit beispielsweise erkennen, dass eine neu berechnete Trajektorie auf einer Straße zu einem ungewollten Spurwechsel führen würde, bzw. dass Mindestabstände zu weiteren Fahrzeug innerhalb der neu berechneten jedoch noch nicht ausgeführten Trajektorie nicht mehr eingehalten werden. In diesem Fall wird das autonome Fahrzeug soweit abgebremst, bis eine neu berechnete Trajektorie alle physikalischen und gesetzlichen Anforderungen erfüllt. Hierfür kann auch ein Austausch von Positionen mit umliegenden Fahrzeugen stattfinden, sodass Positionsfehler relativ zu weiteren Fahrzeugen schneller erkannt werden können. Hierbei kann eine Car-to-X Kommunikationsverbindung zwischen den Fahrzeugen verwendet. Anhand eines Vergleichs der Positionen der weiteren Verkehrsteilnehmer mit der eigenen Fahrzeugposition kann eine relative Abweichung der ermittelten Fahrzeugposition geprüft werden. Bei einer ermittelten relativen Abweichung der Fahrzeugposition wird die Fahrzeuggeschwindigkeit so lange reduziert, bis die relativen Positionen der weiteren Verkehrsteilnehmer innerhalb von festgelegten oder dynamischen Grenzwerten liegen.
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Des Weiteren kann durch die Steuereinheit des autonomen Fahrzeugs ermittelt werden, dass bestimmte Rechenschritte in den Berechnungen der autonomen Fahrfunktion nicht mehr rechtzeitig von der Steuereinheit selbst ausgeführt werden können. Dies kann beispielswiese der Fall sein, wenn die Rechenlast mindestens einer Steuereinheit bzw. eines Steuergeräts für das autonome Fahren über einen bestimmten Grenzwert ansteigt. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn in bestimmten Fahrszenarien alle Umfeldsensoren des Fahrzeugs in die Berechnung einfließen, um die autonome Fahrfunktion bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit noch mit einer ausreichend hohen Güte zu verarbeiten. In diesem Fall kann eine Fahrzeugtrajektorie beispielsweise nicht mehr rechtzeitig vor der Ausführung durch das Fahrzeug berechnet werden, wodurch das autonome Fahrzeug nicht mehr weiß wohin es fahren muss, bzw. wie die Aktuatoren angesteuert werden sollen. In diesem Fall wird das autonome Fahrzeug soweit abgebremst, dass die Rechenlast wieder unter einen bestimmten Wert herabfällt und somit eine Fahrzeugtrajektorie rechtzeitig mit einer der Geschwindigkeit entsprechenden ausreichend hohen Güte und Genauigkeit berechnet und ausgeführt werden kann.
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Durch das Verfahren kann die Sicherheit von autonomen Fahrzeugen, welche sich im autonomen Fahrmodus befinden, gesteigert werden. Des Weiteren kann ein autonomer Fahrmodus länger aufrechterhalten werden, wodurch der Fahrer weniger in die Steuerung des Fahrzeugs eingreifen muss.
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Des Weiteren kann durch das Verfahren das autonom betriebene Fahrzeug im Rahmen der erlaubten Höchstgeschwindigkeit stets mit einer für die autonome Fahrfunktion optimalen Geschwindigkeit betrieben werden, wobei weitere Verkehrsteilnehmer nicht behindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Genauigkeit oder Leistungsfähigkeit mindestens eines GPS-Sensors zur Bestimmung einer Fahrzeugposition ermittelt. Hierdurch kann durch die Steuereinheit des Fahrzeugs geprüft werden, ob die Fahrzeugposition mit einer ausreichenden Güte und Genauigkeit fahrzeugbasiert bzw. fahrzeugintern berechnet werden kann. Es kann somit verhindert werden, dass das Fahrzeug nicht mehr in der Lage ist rechtzeitig seine Position auf einer Karte zu bestimmen. Beispielsweise kann bei einem derartigen Fall eine berechnete Position nicht rechtzeitig verfügbar sein, bzw. ist für das autonome Fahren nicht mehr genau genug, da das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit unterwegs ist und die soeben berechnete Position schon veraltet ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Genauigkeit oder Leistungsfähigkeit mindestens eines Umfeldsensors ermittelt. Hierdurch kann die Steuereinheit gewährleisten, dass die Sensoren zum Erfassen einer Fahrzeugumgebung geschwindigkeitsabhängig ausreichend präzise funktionieren. Die Umfeldsensoren des Fahrzeugs können bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit und einem bestimmten Szenario beispielsweise nicht mehr in der Lage sein, dass Fahrzeugumfeld mit einer ausreichenden Güte und Genauigkeit zu erkennen. Beispielsweise sind Kamerasysteme ab einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr in der Lage das Umfeld des Fahrzeugs rechtzeitig auf Objekte und weitere Verkehrsteilnehmer abzutasten. Neben einer möglichen Anpassung der Sensorleistungsfähigkeit kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend variiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Genauigkeit oder Leistungsfähigkeit mindestens einer fahrzeuginternen Steuereinheit ermittelt. Eine Rechenlast des Fahrzeugzentralrechners bzw. mindestens einer fahrzeuginternen Steuereinheit kann bei einem Fahrszenario über einem Grenzwert liegt, sodass die Eingangsdaten nicht mehr rechtzeitig verarbeitet werden können. Beispielsweise kann ein Kalmanfilter für eine Positionsberechnung nicht mehr ausreichend schnell durchgeführt werden, um alle Eingangsdaten rechtzeitig zur gegebenen Fahrtgeschwindigkeit zu liefern. Basierend auf der Überwachung der Auslastung der Steuereinheit kann eine entsprechende Überlastung bzw. eine verlangsamte Berechnung sicherheitsrelevanter Funktionen unterbunden oder zumindest reduziert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführt oder der autonome Fahrmodus deaktiviert und eine Steuerung des Fahrzeugs an einen Fahrer übergeben, wenn durch ein Verlangsamen des Fahrzeugs bis zu einer Mindestgeschwindigkeit keine Verbesserung der geschwindigkeits-abhängigen Genauigkeit festgestellt wird. Die Mindestgeschwindigkeit kann diejenige Geschwindigkeit sein, bei welcher das Fahrzeug keine weiteren Verkehrsteilnehmer im Fortkommen behindert. Führt eine Limitierung der Geschwindigkeit nicht zu einer verbesserten autonomen Fahrfunktion innerhalb von erlaubten Grenzwerten, so kann die autonome Fahrfunktion vollständig deaktiviert, bzw. das autonome Fahrzeug in einen sicheren Zustand versetzt werden. Alternativ kann dabei die Steuerung des Fahrzeugs an einen Fahrer übergeben werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Fahrzeug für eine ausreichende Leistungsfähigkeit der autonomen Fahrfunktion soweit abgebremst werden müsste, dass es zu einer Behinderung weiterer Verkehrsteilnehmer kommen würde.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Überprüfung der ausreichenden Genauigkeit oder Funktionalität von mindestens einer Komponente über eine Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure Verbindung.
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Das autonome Fahrzeug kann durch die Steuereinheit beispielsweise feststellen, dass bestimmte Umfeldsensoren nicht mehr rechtzeitig Daten des Fahrzeugumfelds mit einer ausreichend hohen Güte erkennen können. Ein derartiges Szenario kann sich beispielsweise darin auswirken, dass weitere Verkehrsteilnehmer erst später von den Umfeldsensoren des Fahrzeugs erkannt und somit immer wieder zu Notbremsungen des Fahrzeugs führen, da Mindestabstände zu weiteren Verkehrsteilnehmern nicht mehr eingehalten werden. In diesem Fall wird das autonome Fahrzeug soweit abgebremst werden, dass umliegende Objekte und Verkehrsteilnehmer wieder rechtzeitig mit einer ausreichend hohen Güte und Genauigkeit erkannt werden.
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Hierbei kann auch ein Austausch von Positionen mit umliegenden Fahrzeugen stattfinden, sodass nicht erkannte weitere Verkehrsteilnehmer relativ zu weiteren Fahrzeugen schneller erkannt werden können. Es kann somit eine redundante Fahrzeugerkennung realisiert werden. Eine Car-to-X Kommunikationsverbindung zwischen den Fahrzeugen kann vorzugsweise zum Überprüfen der Funktionalität verwendet werden. Es kann ein Vergleich der Positionen von durch die Umfeldsensoren erkannten Objekten zwischen dem autonomen Fahrzeug und den benachbarten Fahrzeugen erfolgen. Bei einer Abweichung bzw. nicht rechtzeitig erkannten Verkehrsteilnehmern kann die Fahrzeuggeschwindigkeit so lange reduziert werden, bis die umliegenden Verkehrsteilnehmer von den Umfeldsensoren wieder zuverlässig erkannt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird bei einer Steigerung der geschwindigkeitsabhängigen Genauigkeit oder Funktionalität mindestens einer Komponente die maximal zulässige Geschwindigkeit bis zu einer optimalen Reisegeschwindigkeit erhöht. Hierdurch kann ein schrittweises Erhöhen der Fahrzeuggeschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs innerhalb von erlaubten Höchstgeschwindigkeiten in einem Streckenabschnitt erfolgen. Die Erhöhung der Geschwindigkeit kann basierend auf einem Verkehrsaufkommen durchgeführt werden. Es wird dabei der Zustand der Fahrzeugposition, Fahrzeugtrajektorie, Umfeldsensordaten und weiterer Größen überwacht. Eine bestimmte Geschwindigkeit kann nur dann gehalten werden, wenn die entsprechende autonome Fahrfunktion bei dieser Geschwindigkeit auch fehlerfrei, schnell genug und mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann. Ansonsten wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs schrittweise verringert, bis ein stabiler Zustand erneut erreicht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeugs basierend auf einer kontinuierlichen Überprüfung der geschwindigkeitsabhängigen Genauigkeit oder Funktionalität mindestens einer Komponente angepasst. Durch diese Maßnahme kann eine dynamische Anpassung der Fahrzeuggeschwindigkeit zyklisch erfolgen. Beispielsweise kann sich das Wetter der Fahrzeugumgebung verändern, wodurch das Fahrzeug langsamer betrieben werden muss. Dies kann beispielsweise bei einer Beeinträchtigung der Umfeldsensoren durch das Wetter eintreten. Die Geschwindigkeit kann hierbei in bestimmten Zeitabständen, wie beispielsweise nach 20 Sekunden, zyklisch erhöht oder erniedrigt werden. Die Erhöhung bzw. Erniedrigung der Geschwindigkeit kann dabei in definierten Schritten, wie beispielsweise um 5km/h durchgeführt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug bereitgestellt. Das autonome oder teilautonome Fahrzeug weist eine Steuereinheit und mindestens einen Sensor auf.
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Das System kann darüber hinaus weitere benachbarte Fahrzeuge oder eine Infrastruktur aufweisen, welche zum Kommunizieren mit dem autonom betriebenen Fahrzeug eingesetzt werden können.
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Die fahrzeuginterne Steuereinheit kann eine kontinuierliche Überprüfung von sicherheitsrelevanten Komponenten durchführen und prüfen, ob eine Leistungsfähigkeit, eine Genauigkeit, eine Auslastung und dergleichen entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit ausreicht, den autonomen Fahrmodus aufrecht zu erhalten. Wird dieser Vergleich mit einem negativen Ergebnis durchgeführt, kann die maximal zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeugs in autonomen Fahrmodus reduziert werden.
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Durch die Überwachung der autonomen Fahrfunktionen und damit einhergehenden Geschwindigkeitsoptimierung des autonomen Fahrzeugs, kann zu jedem Zeitpunkt die Sicherheit im Straßenverkehr gewährleistet werden.
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Im Folgenden wird anhand von einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 1 zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und zum Regulieren einer Geschwindigkeit eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs 2 gemäß einer Ausführungsform.
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Das System 1 weist ein autonomes Fahrzeug 2 auf, welches in einem autonomen Fahrmodus betrieben wird. Das Fahrzeug 2 weist eine Steuereinheit 4 zum Auswerten von Umfeldsensoren 6 und Positionssensoren 8 auf. Anhand der ausgewerteten Messdaten kann die Steuereinheit 4 das Fahrzeug 2 basierend auf einer berechneten Trajektorie steuern.
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Die Umfeldsensoren 6 können beispielsweise LIDAR-Sensoren, Radarsensoren, Kameras, Ultraschallsensoren und dergleichen sein. Die Steuereinheit 4 kann die Genauigkeit der Umfeldsensoren 6 überwachen und geschwindigkeitsabhängig bewerten.
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Die Positionssensoren 8 können insbesondere GPS-Sensoren und/oder Beschleunigungssensoren sein, welche neben durch das Fahrzeug 2 ausübenden Kräften eine Positionsermittlung anhand einer Verbindung 10 zu Satelliten herstellen und aufrechterhalten können. Abhängig von der Verbindungsqualität der Verbindung 10 kann die Leistungsfähigkeit der Positionssensoren 8 je nach Situation nicht mehr ausreichen. Dabei kann keine genaue Fahrzeugposition ermittelt werden. Die Steuereinheit 4 kann die Verbindungsqualität überwachen und auswerten. Sollte die Positionsbestimmung nicht präzise genug sein, so kann durch die Steuereinheit eine Geschwindigkeitsreduzierung durchgeführt werden oder eine Steuerung des Fahrzeugs 2 an den Fahrer übergeben werden.
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Die Überprüfung der Genauigkeit der Positionsermittlung kann alternativ oder zusätzlich durch weitere benachbarte Fahrzeuge 3 erfolgen. Hierfür kann das Fahrzeug 2 eine Kommunikationseinheit 12 zum Herstellen einer drahtlosen Kommunikationsverbindung 14 zu anderen Fahrzeugen 3 aufweisen.
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Die Steuereinheit 4 kann hierbei die Positionsdaten des benachbarten Fahrzeugs 3 mit den Positionsdaten des Fahrzeugs 2 relativ zueinander vergleichen. Anhand der Sensoren 6 kann die Position des benachbarten Fahrzeugs 3 auf die eigene Position übertragen und verglichen werden. Wird von der Steuereinheit 4 eine Abweichung festgestellt, so weisen die Umfeldsensoren 6 oder die Positionssensoren 8 eine Ungenauigkeit auf, welche durch eine Geschwindigkeitsreduzierung durch die Steuereinheit 4 derart kompensiert werden kann, dass die Sicherheit während des autonomen Betriebs gewährleistet ist.
