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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine erste fahrzeugseitiges Steuereinheit und ein Verfahren zum Betreiben einer ersten fahrzeugseitigen Steuereinheit.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine erste fahrzeugseitige Steuereinheit für ein erstes Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die erste fahrzeugseitige Steuereinheit mindestens einen Prozessor, mindestens einen Speicher mit Computerprogrammcode, mindestens ein Kommunikationsmodul und mindestens eine Antenne umfasst, wobei der Computerprogrammcode so konfiguriert ist, dass er mit dem mindestens einen Prozessor, dem mindestens einen Kommunikationsmodul und der mindestens einen Antenne bewirkt, dass die erste fahrzeugseitige Steuereinheit eine erste Kontrollnachricht, welche wenigstens eine Fahrzustandsinformation umfasst, ausgehend von einer zweiten fahrzeugseitigen Steuereinheit eines insbesondere unmittelbar vor dem ersten Kraftfahrzeug vorausfahrenden zweiten Kraftfahrzeugs empfängt, einen ersten Zeitpunkt für eine Einleitung einer Reaktion des ersten Kraftfahrzeugs - beispielsweise einer Bremsung, insbesondere einer Notbremsung - in Abhängigkeit von der ersten Kontrollnachricht ermittelt, den ersten Zeitpunkt als gültigen Zeitpunkt auswählt, und ein Signal zur Einleitung der Reaktion des ersten Kraftfahrzeugs dann ermittelt, wenn bis zu dem gültigen Zeitpunkt keine weitere Kontrollnachricht ausgehend von der zweiten fahrzeugseitigen Steuereinheit erfolgreich empfangen wird.
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Vorteilhaft nutzt die erste Steuereinheit nur die Information des jeweils vorausfahrenden Kraftfahrzeugs zur Bestimmung des Zeitpunktes bzw. ob eine Reaktion eingeleitet werden soll. Dadurch ist gewährleistet, dass, sobald das erste Kraftfahrzeug keine Kontrollnachrichten mehr empfängt und deshalb auch keine mehr sendet, auch das folgende Kraftfahrzeug eine Reaktion einleitet. Dadurch wird sichergestellt, dass ab dem Kraftfahrzeug innerhalb des Platoons, bei dem ein Fehler auftritt, alle folgende Kraftfahrzeuge ebenfalls die Reaktion durchführen und somit die Sicherheit des Platoons sicherstellen. Folglich werden Kontrollnachrichten, welche zur Aufrechterhaltung und Koordination der Gruppe verwendet werden, dazu genutzt, um die Gruppe von Kraftfahrzeugen in einem sicheren Zustand zu halten. Sollte der gültige Zeitpunkt erreicht sein - bleiben also nachfolgende weitere Kontrollnachrichten beispielsweise aufgrund einer Störung der Funkübertragung oder einer Störung der beteiligten Steuereinheiten aus, so wird beispielsweise die Bremsung des ersten Kraftfahrzeugs eingeleitet, welche das erste Kraftfahrzeug ohne ein Auffahren auf das Vorderfahrzeug sicher zum Stillstand bringt. Selbstverständlich kann der bereitgestellte Mechanismus auch zur absichtlichen Bremsung eingesetzt werden, womit gezielt der Strom von Kontrollnachrichten unterbrochen wird, sobald eine Gefahrensituation sicher erkannt wurde. Des Weiteren ist der bereitgestellte Mechanismus technisch einfach umzusetzen. Folglich können potenziell gefährliche Situationen wie das Auftauchen eines Hindernisses vor dem voranfahrenden Fahrzeug der Gruppe von Kraftfahrzeugen oder eine Störung der Kommunikation auf sichere Art und Weise innerhalb der Gruppe von Kraftfahrzeugen aufgelöst werden.
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In einer anderen Fahrsituation wird als Reaktion auf das Ausbleiben der Kontrollnachrichten ausgehend von dem zweiten Kraftfahrzeug eine Reduzierung der Motorleistung durchgeführt, sodass das erste Kraftfahrzeug ein - vielleicht für den Notfall schon im Voraus - in Abhängigkeit von der Verkehrssituation geplantes Ausweichmanöver fährt, um eine entsprechende Notbremsung zu vermeiden oder zumindest, je nach Notwendigkeit in der Situation, mit einer reduzierten Bremsleistung für den Fahrer komfortabler zum Stillstand zu kommen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste fahrzeugseitige Steuereinheit eine zweite Kontrollnachricht ausgehend von der zweiten fahrzeugseitigen Steuereinheit des unmittelbar vor dem ersten Kraftfahrzeug vorausfahrenden zweiten Kraftfahrzeugs zeitlich vor dem Eintritt des gültigen Zeitpunktes empfängt, einen zweiten Zeitpunkt für die Einleitung der Reaktion des ersten Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der zweiten Kontrollnachricht ermittelt, wobei der zweite Zeitpunkt gegenüber dem gültigen Zeitpunkt weiter in der Zukunft liegt, und den zweiten Zeitpunkt als gültigen Zeitpunkt auswählt. Vorteilhaft wird der gültige Zeitpunkt bei einem Empfang von zeitlich nachfolgenden Kontrollnachrichten weiter in die Zukunft geschoben, womit die Reaktion insbesondere eine Bremsung des ersten Kraftfahrzeugs oder die Reduzierung der Motorleistung des ersten Kraftfahrzeugs unterdrückt wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste fahrzeugseitige Steuereinheit eine Sicherheitszeitdauer ermittelt, den jeweiligen Zeitpunkt in Abhängigkeit von der ermittelten Sicherheitszeitdauer ermittelt, und einen Sicherheitsabstand zwischen dem ersten Kraftfahrzeug und dem zweiten Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der Sicherheitszeitdauer anpasst. Vorteilhaft werden somit der Zeitpunkt und der Sicherheitsabstand so aufeinander angepasst, dass beispielsweise eine Notbremsung ohne Auffahren möglich ist. Vorteilhaft werden beide vorgenannten Größen von der ermittelten Sicherheitszeitdauer abgeleitet, womit zum einen eine Vereinfachung des bereitgestellten Mechanismus einhergeht und zum anderen die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs erhöht wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kontrollnachricht eine Indikation für einen Erzeugungszeitpunkt der Kontrollnachricht umfasst, und wobei die erste Steuereinheit den jeweiligen Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Sicherheitszeitdauer und in Abhängigkeit von dem jeweiligen Erzeugungszeitpunkt der Kontrollnachricht ermittelt. Vorteilhaft leitet die erste Steuereinheit den Zeitpunkt vom tatsächlichen Erzeugungszeitpunkt der empfangenen Kontrollnachricht ab. Folglich wird sichergestellt, dass die Sicherheitszeitdauer mit dem Erzeugungszeitpunkt beginnt. Beispielsweise kann hierdurch die Sicherheitszeitdauer kürzer gewählt werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinheit einen Erzeugungszeitpunkt der jeweiligen Kontrollnachricht in Abhängigkeit von einem Empfangszeitpunkt der jeweiligen Kontrollnachricht schätzt, und den jeweiligen Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Sicherheitszeitdauer und in Abhängigkeit von dem geschätzten Erzeugungszeitpunkt der jeweiligen Kontrollnachrichten ermittelt. Vorteilhaft entfallen eine Ermittlung und ein Transport des Erzeugungszeitpunktes, was Ressourcen aufseiten der zweiten Steuereinheit und Funkressourcen einspart. Darüber hinaus ist eine Zeitsynchronisierung der Steuereinheiten nicht notwendig und ein entsprechendes Zeitmodul kann entfallen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste fahrzeugseitige Steuereinheit eine Servicequalität, QoS, der von der zweiten Steuereinheit empfangenen Kontrollnachrichten ermittelt, und die Sicherheitszeitdauer in Abhängigkeit von der ermittelten QoS ermittelt. Vorteilhaft passt sich die Steuereinheit durch die Berücksichtigung der Servicequalität der von der zweiten Steuereinheit empfangenen Kontrollnachrichten an den Staupegel auf dem verwendeten Funkkanal an. Ein erhöhter Staupegel / Congestion Level des Funkkanals führt beispielsweise zu einer größeren Sicherheitszeitdauer und folglich zu einem größeren Sicherheitsabstand zwischen den Kraftfahrzeugen. Ein erhöhter Staupegel ist selbstverständlich nicht die einzige Ursache für eine Verschlechterung der Dienstgüte / der Servicequalität. Es können auch ungünstige Ausbreitungsbedingungen oder mutwillige Störungen des Funkkanals („Jamming“) zu einer erhöhten Paketfehlerrate führen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitszeitdauer größer ist als eine Periodendauer einer Sende- und/oder Empfangsfrequenz der von der zweiten Steuereinheit stammenden Kontrollnachrichten. Hierdurch wird auch bei Nichtempfang einzelner Kontrollnachrichten nicht unnötigerweise die zu dem gültigen Zeitpunkt geplante Reaktion ausgelöst.
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Ein vorteilhaftes Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste fahrzeugseitige Steuereinheit bis zum Eintritt des gültigen Zeitpunktes eine weitere Anzahl von Kontrollnachrichten, welche jeweils wenigstens eine Fahrzustandsinformation umfassen, in Richtung einer dritten fahrzeugseitigen Steuereinheit eines dritten Kraftfahrzeugs versendet, und nach Eintritt des gültigen Zeitpunktes keine weiteren Kontrollnachrichten in Richtung der dritten fahrzeugseitigen Steuereinheit versendet. Vorteilhaft wird ein Strom der Kontrollnachrichten an die dritte Steuereinheit, welches ebenfalls seinen Sicherheitsabstand des dritten zum ersten Kraftfahrzeug beeinflusst, noch rechtzeitig unterbrochen, sodass die dritte Steuereinheit ebenfalls noch rechtzeitig die Reaktion wie beispielsweise eine Notbremsung einleiten kann, um das dritte Kraftfahrzeug ohne ein Auffahren auf das erste Kraftfahrzeug zum Stehen bringen kann.
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Ein weiterer Aspekt dieser Beschreibung betrifft ein Kraftfahrzeug mit der ersten fahrzeugseitigen Steuereinheit nach einem der vorstehenden Aspekte und mit einer Bremsanlage, wobei die erste fahrzeugseitige Steuereinheit das Signal zur Einleitung einer Bremsung des ersten Kraftfahrzeugs an die Bremsanlage übermittelt.
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Ein dritter Aspekt dieser Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer ersten fahrzeugseitigen Steuereinheit für ein erstes Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer ersten Kontrollnachricht, welche wenigstens eine Fahrzustandsinformation umfasst, ausgehend von einer zweiten fahrzeugseitigen Steuereinheit eines zweiten insbesondere unmittelbar bzw. direkt vor dem ersten Kraftfahrzeug fahrenden Kraftfahrzeugs, Ermitteln eines ersten Zeitpunkts für eine Einleitung einer Reaktion des ersten Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der ersten Kontrollnachricht, Auswählen des ersten Zeitpunkts als gültigen Zeitpunkt, und Ermitteln eines Signals zur Einleitung der Reaktion des ersten Kraftfahrzeugs dann, wenn bis zu dem gültigen Zeitpunkt keine weitere Kontrollnachricht ausgehend von der zweiten fahrzeugseitigen Steuereinheit erfolgreich empfangen wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung entnehmbar. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Verkehrssituation in schematischer perspektivischer Ansicht;
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm;
- 3 eine Kontrollnachricht in schematischer Ansicht;
- 4 ein schematisches Sequenzdiagramm zum Betreiben eines Funkkommunikationsnetzwerks; und
- 5 ein schematisches Blockdiagramm.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Verkehrssituation. Jedes Kraftfahrzeug V1, V2, V3 umfasst eine fahrzeugseitige Steuereinheit NN1, NN2, NN3, welche gemeinsam ein Funkkommunikationsnetzwerk 2 bilden. Das jeweilige Kraftfahrzeug V1, V2, V3 ist insbesondere ein Lastkraftwagen bzw. ein Lastzug bzw. Sattelzug.
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Jede der Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 umfasst einen Datenbus B1, B2, B3, welcher wenigstens einen Prozessor P1, P2, P3, einen Speicher M1, M2, M3 und ein Funkmodul C1, C2, C3 miteinander verbindet. An das Funkmodul C1, C2, C3 ist wenigstens eine Antenne A1, A2, A3 angeschlossen. Das jeweilige Funkmodul C1, C2, C3 ist zum Senden und Empfangen von Funksignalen gemäß dem Adhoc-Funkkommunikationsnetz 2 über die Antenne A1, A2, A3 konfiguriert. Auf dem Speicher M1, M2, M3 ist ein Computerprogramm im Sinne eines Computerprogrammprodukts abgelegt. Das Computerprogramm ist dazu ausgebildet, um insbesondere mit Hilfe des wenigstens einen Prozessors P1, P2, P3, des wenigstens einen Speichers M1, M2, M3 und des wenigstens einen Funkmoduls C1, C2, C3, die in dieser Beschreibung dargelegten Verfahrensschritte auszuführen und über die wenigstens eine Antenne A1, A2, A3 mit weiteren Steuereinheiten zu kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich sind die Prozessoren P1, P2, P3 als ASIC implementiert, um die beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Die jeweilige Steuereinheit NN1, NN2, NN3 umfasst ein Zeitmodul G1, G2, G3, mittels dessen die jeweilige Steuereinheit NN1, NN2, NN3 seine interne Uhr zu einer globalen Zeit synchronisiert. Das Zeitmodul G1, G2, G3 ist beispielsweise ein GPS-Modul (GPS: Global Positioning System). Diese zur globalen Zeit synchronisierte interne Uhr wird zur Koordination der Aktionen der fahrzeugseitigen Steuereinheiten NN1 bis NN3 genutzt. Das jeweilige Kraftfahrzeug V1, V2, V3 umfasst eine Bremsanlage BR1, BR2, BR3. Die jeweilige Steuereinheit NN1, NN2, NN3 leitet eine Reaktion des Kraftfahrzeugs V1, V2, V3 wie beispielsweise eine Bremsung, insbesondere eine Notbremsung und/oder eine Reduzierung der Motorleistung, mittels eines Signals S1, S2, S3, ein, wobei das Signal S1, S2, S3 an die jeweilige Bremsanlage BR1, BR2, BR3 übermittelt wird.
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Die jeweilige Steuereinheit NN1, NN2, NN3 besteht in einem Ausführungsbeispiel aus mehreren Einzelkomponenten - wie beispielsweise ein Funkkommunikationsnetzwerk-Endgerät und ein Steuergerät, die wiederum wenigstens einen Prozessor, einen Speicher, einen Datenbus und wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle umfassen. Das Endgerät empfängt und sendet beispielsweise Kontrollnachrichten, wobei die in den Kontrollnachrichten enthaltenen Informationen von dem wenigstens einen Steuergerät verarbeitet werden, wobei das wenigstens eine Steuergerät das Signal S1 ermittelt.
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Das Funkkommunikationsnetzwerk 2 stellt beispielsweise zumindest einen Adhoc-Funkkanal im Sinne von Radio-Ressourcen bzw. Funkbetriebsmitteln bereit. Jede der Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 ist beispielsweise gemäß dem Standard IEEE 802.11p, insbesondere IEEE 802.11p-2010 vom 15. Juli 2010, konfiguriert, der durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen ist. Die IEEE 802.11p PHY- und MAC-Funktionen stellen Dienste für Protokolle der oberen Schicht für dedizierte Kurzstrecken-Kommunikation, DSRC, in den USA und für kooperative ITS, C-ITS, in Europa bereit. Die Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 kommunizieren über den Adhoc-Funkkanal im nicht lizenzierten Frequenzbereich direkt miteinander. Auf den Adhoc-Funkkanal wird mittels eines CSMA / CA-Protokolls (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) durch die Funkmodule C1, C2, C3 zugegriffen. Der Adhoc-Funkkanal und das Funkkommunikationsnetz 2 sind beispielsweise durch den IEEE-Standard „802.11p-2010 - IEEE Standard for Information Technology - Local and Metropolitan Area Networks-“ Specific Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 6: Wireless Access in Vehicular Environments“ spezifiziert, der durch Bezugnahme aufgenommen ist. IEEE 802.11p ist ein Standard zur Erweiterung des WLAN-Standards IEEE 802.11. Das Ziel von IEEE 802.11p ist es, Funktechnologie in Personenkraftwagen zu etablieren und eine zuverlässige Schnittstelle für Intelligent Transport Systems (ITS)-Anwendungen bereitzustellen. IEEE 802.11p ist auch die Basis für Dedicated Short Range Communication (DSRC) im Bereich von 5,85 bis 5,925 GHz. Alternativ bilden die fahrzeugseitigen Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 ein Kommunikationsnetzwerk nach dem LTE-V-Standard oder einem anderen Standard. Um auf den Adhoc-Funkkanal zuzugreifen, wenden die Steuereinheiten NN1, NN2 und NN3 beispielsweise ein Listen-Before-Talk-Verfahren an. Das LBT umfasst eine Backoff-Prozedur, welche vor dem Senden auf dem Adhoc-Funkkanal dessen Belegung prüft.
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Das Dokument „ETSI EN 302 663 V1.2.0 (2012-11)“, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschreibt die beiden untersten Schichten der ITS-G5-Technologie (ITS G5: Intelligente Transportsysteme, die im 5 GHz-Frequenzband arbeiten), die physikalische Schicht und die Datensicherungsschicht. Die Funkmodule C1, C2, C3 realisieren beispielsweise diese beiden untersten Schichten und entsprechende Funktionen gemäß „ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)“, um den Adhoc-Funkkanal zu verwenden. Für die Nutzung des Adhoc-Funkkanals, der Teil des nicht lizenzierten Frequenzbandes NLFB ist, stehen in Europa folgende nicht lizenzierte Frequenzbänder zur Verfügung: 1) ITS-G5A für sicherheitsrelevante Anwendungen im Frequenzbereich 5,875 GHz bis 5,905 GHz; 2) ITS-G5B für nicht sicherheitsrelevante Anwendungen im Frequenzbereich 5.855 GHz bis 5.875 GHz; und 3) ITS-G5D für den Betrieb von ITS-Anwendungen im Frequenzbereich 5,055 GHz bis 5,925 GHz. ITS-G5 ermöglicht die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 außerhalb des Kontexts einer Basisstation. Der Standard ITS-G5 ermöglicht den sofortigen Austausch von Datenrahmen und vermeidet den Aufwand, der beim Aufbau eines zellbasierten Netzwerkes benötigt wird.
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Das Dokument „ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)“, das hierdurch Bezugnahme aufgenommen wird, beschreibt für ITS-G5 einen „Decentralized Congestion Control Mechanism“. Der Adhoc-Funkkanal dient unter anderem dazu, Verkehrssicherheits- und Verkehrseffizienzdaten auszutauschen. Die Funkmodule C1, C2, C3 realisieren beispielsweise die Funktionen, wie sie im Dokument „ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)“ beschrieben sind. Die Anwendungen und Dienste von ITS-G5 basieren auf dem kooperativen Verhalten der Steuereinheiten NN1, NN2, NN3, die das Funkkommunikationsnetzwerk 2 bilden. Das Funkkommunikationsnetzwerk 2 ermöglicht zeitkritische Anwendungen im Straßenverkehr, die einen schnellen Informationsaustausch erfordern, um den Fahrer und / oder das Fahrzeug rechtzeitig zu alarmieren und zu unterstützen. Um das reibungslose Funktionieren des Funkkommunikationsnetzwerks 2 zu gewährleisten, wird für den Adhoc-Funkkanal von ITS-G5 „Decentral Congestion Control“ (DCC) verwendet. DCC verfügt über Funktionen, die sich auf mehreren Schichten der ITS-Architektur befinden. Die DCC-Mechanismen basieren auf Wissen über den Funkkanal. Die Kanalzustandsinformation wird durch Kanalsondierung erhalten.
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In der gezeigten Verkehrssituation fährt das Fahrzeug V1 vor dem Fahrzeug V2 und das Fahrzeug V2 fährt vor dem Fahrzeug V3. Die Fahrzeuge V1 bis V3 bilden eine Kolonne, einen sogenannten Platoon. Die Kraftfahrzeuge V2 und V3 passen ihren jeweiligen Abstand zum vorausfahrenden Kraftfahrzeug V1 und V2 selbstständig an, um eine Notbremsung durchführen zu können, ohne dass auf das voranfahrende Kraftfahrzeug aufgefahren wird.
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Im gezeigten Beispiel wird eine jeweilige signierte Kontrollnachricht N1, N2, N3 von der Steuereinheit NN1, NN2, NN3 an die Steuereinheit NN2, NN3 des unmittelbar nachfolgenden Kraftfahrzeugs versendet, wobei die Steuereinheit NN2, NN3 die Herkunft der Kontrollnachricht anhand einer enthaltenen Signatur überprüft. In einer Weiterbildung ist eine Verschlüsselung der Kontrollnachricht N1, N2, N3 vorgesehen beispielsweise mit einem Gruppenschlüssel, sodass die Kraftfahrzeuge der Gruppe Zugriff auf die Kontrollnachricht N1, N2, N3 haben.
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Das Kraftfahrzeug V2 ist dazu ausgebildet, einen Abstand dv12 zu dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug V1 einzuhalten. Der Abstand dv12 setzt sich aus einem ersten Abstand dm12 und einem zweiten Abstand ds12 zusammen. Der erste Abstand dm12 berücksichtigt Unsicherheiten des Verhaltens der beiden Fahrzeuge V1, V2 wie beispielsweise unterschiedliche Bremswege der Fahrzeuge V1 und V2, Unsicherheiten bei Sensormessdaten wie beispielsweise einer gemessenen Distanz mittels eines Radarsensors. Der zweite Abstand ds12, welcher auch zusätzlicher Sicherheitsabstand genannt wird, wird von dem Fahrzeug V2 bestimmt und nachgehend näher erläutert. Die vorgenannten Ausführungen lassen sich auf die Abstände dv23, dm23 und ds23 übertragen.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zum Betreiben der Steuereinheit NN2 des Kraftfahrzeugs V2 aus 1. In einem Schritt 202 umfasst das Verfahren ein Empfangen einer ersten Kontrollnachricht, welche wenigstens eine Fahrzustandsinformation umfasst, ausgehend von der fahrzeugseitigen Steuereinheit NN1 des Kraftfahrzeugs V1. Das Verfahren umfasst in einem Schritt 204 ein Ermitteln eines ersten Zeitpunkts für eine Einleitung der Reaktion des Kraftfahrzeugs V2 in Abhängigkeit von der ersten Kontrollnachricht. Das Verfahren umfasst in einem Schritt 206 ein Auswählen des ersten Zeitpunkts als einen gültigen Zeitpunkt. In einem Schritt 208 umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Signals zur Einleitung der Reaktion des Kraftfahrzeugs V2 dann, wenn bis zu dem gültigen Zeitpunkt keine weitere Kontrollnachricht ausgehend von der fahrzeugseitigen Steuereinheit NN1 erfolgreich empfangen wird. Pro Steuereinheit liegt stets nur ein einziger gültiger Zeitpunkt vor, der durch die vorgenannte Auswahl aktualisiert wird. Selbstverständlich leitet die Steuereinheit NN2 auch unabhängig von dem Ausbleiben der Kontrollnachrichten die Reaktion insbesondere eine Notbremsung ein, wenn ihr dies explizit signalisiert wird oder die eigene Sensorik die Reaktion insbesondere eine Bremsung insbesondere Notbremsung indiziert.
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3 zeigt beispielhaft den Aufbau der Kontrollnachricht N1, wobei die anderen Kontrollnachrichten N2, N3 analog aufgebaut sind. Die Kontrollnachricht N1 umfasst wenigstens eine Fahrzustandsinformationen FZ1 wie beispielsweise eine Soll-Geschwindigkeit bzw. eine Soll-Beschleunigung, wobei die Fahrzustandsinformation FZ1 sich auf das Kraftfahrzeug V1 oder das Kraftfahrzeug V2 bezieht und eine Ist- oder Sollgröße darstellt. Des Weiteren umfasst die Kontrollnachricht N1 einen Erzeugungszeitpunkt gt der Kontrollnachricht N1. Alternativ umfasst die Kontrollnachricht N1 keinen Erzeugungszeitpunkt.
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4 zeigt ein schematisches Sequenzdiagramm zum Betreiben einer Gruppe von Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 des Funkkommunikationsnetzwerks 2. Die dargestellten Zeitpunkte fallen teilweise aus Übersichtsgründen zusammen und können selbstverständlich auseinanderfallen. Insbesondere muss nicht zwangsweise eine gemeinsame Zeitbasis, d. h. eine zeitliche Synchronisation der Steuereinheiten NN1, NN2, NN3 vorliegen. Des Weiteren ist das nachfolgende Beispiel auf die Einleitung einer Bremsung als Reaktion auf das Ausbleiben von Kontrollnachrichten bezogen. Selbstverständlich lässt sich das gezeigte Beispiel auch auf andere Reaktionen des jeweiligen Kraftfahrzeugs V2, V3 wie beispielsweise das Reduzieren der Motorleistung übertragen.
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Zu einem Zeitpunkt t1, t4, t7 ermittelt die fahrzeugseitige Steuereinheit NN1 in einem Schritt 110, 120, 130 die Kontrollnachricht N1(1), N1(2), N1(3), welche zu einem Zeitpunkt t2, t5, t8 an das Kommunikationsmodul C1 übergeben wird und in einem Schritt 112, 122, 132 an die Steuereinheit NN2 übermittelt wird. Die Steuereinheit NN2 empfängt die Kontrollnachricht N1(1), N1(2), N1(3) erfolgreich zu einem Zeitpunkt t3, t6, t9, wobei eine Verarbeitungszeit beim Empfang berücksichtigt ist.
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Ausgehend von dem Zeitpunkt t1, t4, t7 ermittelt die Steuereinheit NN2 einen Zeitpunkt t9, t12, t15, bis zu welchem wenigstens eine weitere Kontrollnachricht ausgehend von der Steuereinheit NN1 durch die Steuereinheit NN2 empfangen werden sollte. Der Zeitpunkt t9, t12, t15 wird ausgehend von dem Erzeugungszeitpunkt t1, t4, t7 und einer Sicherheitszeitdauer ts12(1), ts12(2), ts12(3) ermittelt. Die Sicherheitszeitdauer ts12(1), ts12(2), ts12(3) ist variabel und wird an die Fahrsituation bzw. Netzwerksituation angepasst. Die Bestimmung der Sicherheitszeitdauer ts12(1), ts12(2), ts12(3) wird nachfolgend näher erläutert. Die Zeitpunkte t9, t12, t15 sind auch als Bremszeitpunkte bezeichenbar.
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Der Erzeugungszeitpunkt t1, t4, t7 wird alternativ zu dessen Mitteilung innerhalb der jeweiligen Kontrollnachricht N1(1), N1(2), N1(3) geschätzt, wobei ausgehend von dem Empfangszeitpunkt t3, t6, t9 die Zeit zum Versand der Kontrollnachricht über die Funkschnittstelle und ein Queuing Delay berücksichtigt wird. Der Begriff Schätzung ist als Ermittlung des Erzeugungszeitpunkts t1, t4, t7 zu verstehen, die die Sicherheit im Platoon durch eine Bremsung gewährleistet. Des Weiteren versendet die Steuereinheit NN1, NN2 eine Kontrollnachricht N1(1), N2(3) nur dann, wenn eine Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1, t2 bzw. t7, t8 eine Maximalzeitdauer nicht überschreitet. Unter der Annahme, dass die Steuereinheit NN2, NN3 die Übertragungsdauer, z.B. anhand des verwendeten Modulations- und Kodierschemas, ermitteln kann, kann die Steuereinheit NN2, NN3 durch Rückrechnung vom Empfangszeitpunkt unter Berücksichtigung der Übertragungsdauer und der Maximalzeitdauer eine konservative Abschätzung über den Erzeugungszeitpunkt bestimmen. Dies setzt voraus, dass die Steuereinheit NN1, NN2 die Kontrollnachricht nicht versendet, sollte, z. B. aufgrund eines belegten Funkkanals, die Wartezeit nach Erzeugen der Kontrollnachricht die definierte Maximalzeitdauer überschreiten.
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Würde bis zum Eintritt des in einem Schritt 220 ermittelten Zeitpunkts t12 keine weitere Kontrollnachricht ausgehend von der Steuereinheit NN1 des direkt vorausfahrenden Kraftfahrzeugs durch die Steuereinheit NN2 erfolgreich empfangen, so würde die Steuereinheit NN2 in einem gedachten Schritt 260 - das heißt, unmittelbar auf das Eintreten des Zeitpunktes t12 hin - das Signal S2 aus 1 zur Einleitung einer Notbremsung des Kraftfahrzeugs V2 ermitteln und eine Notbremsung des Fahrzeugs V2 einleiten. Der gedachte Schritt 260 wird jedoch nicht ausgeführt, da noch innerhalb des Zeitfensters der Sicherheitszeitdauer ts12(2) ein Empfang der Kontrollnachricht N1(3) erfolgt. Entsprechend wird der Zeitpunkt t15 ermittelt, welcher als ein gültiger Zeitpunkt bzw. als gültiger Bremszeitpunkt ausgewählt wird.
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Durch den periodischen Empfang von Kontrollnachrichten wird der gültige Zeitpunkt in einem Normalbetrieb nicht erreicht. Fällt der erfolgreiche Empfang der Kontrollnachrichten aus, so erfolgt die Einleitung der Reaktion, vorliegend einer Bremsung des Kraftfahrzeugs V2. Gültige Zeitpunkte sind beispielsweise zu den Zeitpunkten t9, t12, t15 im Falle der Steuereinheit NN2. Gültige Zeitpunkte sind beispielsweise zu den Zeitpunkten t15, t16 und t17 im Falle der Steuereinheit NN3.
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Die Kontrollnachricht N1(3) ist die zuletzt durch die Steuereinheit NN2 erfolgreich empfangene Kontrollnachricht. Der im Schritt 230 ermittelte Zeitpunkt t15 ist damit der gültige Zeitpunkt. Bei Erreichen des gültigen Zeitpunktes wird im Schritt 262 eine Notbremsung des Kraftfahrzeugs V2 mittels einer Ermittlung des Signals S2 durch die Steuereinheit NN2 eingeleitet.
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In einem Schritt 232, 242, 252 ermittelt die zweite Steuereinheit NN2 die Kontrollnachricht N2(3), N2(4), N2(5) und übermittelt diese in einem Schritt 234, 244, 254 an die Steuereinheit NN3. Die Kontrollnachricht N2(3), N2(4), N2(5) umfasst beispielsweise den zugehörigen Erzeugungszeitpunkt t7, t10, t13 und wird zum Zeitpunkt t8, t11, t14 an das Kommunikationsmodul C2 der Steuereinheit NN2 übergeben. Die Steuereinheit NN3 ermittelt den Empfangszeitpunkt t9, t12, t15 für die Kontrollnachricht N2(3), N2(4), N2(5). In einem Schritt 336, 346, 356 ermittelt die dritte Steuereinheit NN3 den Zeitpunkt t15, t16, t17 und wählt diesen als gültigen Zeitpunkt aus.
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Die Steuereinheit NN2 verhindert in einem Beispiel ab dem wirksam gewordenen gültigen Zeitpunkt t15 den weiteren Versand von Kontrollnachrichten in Richtung der Steuereinheit NN3. Dies bewirkt, dass die Steuereinheit NN3 zu dem gültigen Zeitpunkt t17 in einem Schritt 362 das Signal S3 aus 1 ermittelt und damit eine Bremsung insbesondere eine Notbremsung des dritten Kraftfahrzeugs V3 einleitet.
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Alternativ oder zusätzlich enthält wenigstens eine der Kontrollnachrichten N2(4), N2(5) in einem weiteren Beispiel Informationen über eine von der Steuereinheit NN2 eingeleitete Reaktion insbesondere Bremsung. Die Steuereinheit NN3 empfängt die Information über die von der Steuereinheit NN2 eingeleitete Reaktion und leitet ebenfalls die vorabbestimmte Reaktion ein. Da die Sicherheitszeitdauer größer ist als die Periodendauer der Kontrollnachrichten, kann jederzeit ein abruptes Ende des Kontrollnachrichtenstroms detektiert werden und die Sicherheitszeitdauer reicht für die Einleitung einer sicheren Bremsung des jeweiligen Kraftfahrzeugs aus.
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Der Sicherheitsabstand zu dem jeweils vorausfahrenden Fahrzeug V1, V2 wird in Abhängigkeit von der ermittelten Sicherheitsdauer ts12, ts23 ermittelt und angepasst. Aus der ermittelten Sicherheitsdauer ts12, ts23 ergibt sich der zu 1 erläuterte zusätzliche Sicherheitsabstand ds12, ds23, den das Fahrzeug V2, V3 zum Vordermann einhält. Zwischen dem Zeitpunkt t15, zu dem das Kraftfahrzeug V2 die Reaktion einleitet, und dem Zeitpunkt t17, zu dem das Kraftfahrzeug V3 die Reaktion einleitet, vergeht eine Zeitdauer tx(5). Ein Weg, den das dritte Fahrzeug V3 innerhalb der Zeitdauer tx(5) zurücklegt, ist kleiner als ein Weg, den das dritte Fahrzeug V3 innerhalb der Zeitdauer ts23 (5) zurücklegt. Mithin reicht ein Unterbinden des weiteren Versands von Kontrollnachrichten ausgehend von der Steuereinheit NN2 an die Steuereinheit NN3 aus, um eine sichere Bremsung innerhalb der Gruppe von Steuereinheiten durchzuführen, ohne dass ein nachfolgendes Kraftfahrzeug auf das unmittelbar vorfolgende Kraftfahrzeug auffährt.
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In 4 ist eine Fahrsituation beschrieben, in der eine Reaktion des Fahrzeugs die Notbremsung ist. In einer anderen Situation fährt die Gruppe von Kraftfahrzeugen beispielsweise durch eine Autobahnbaustelle. Hierbei sind die Abstände beispielsweise so groß, dass jedes Kraftfahrzeug eigenständig eine Notbremsung vornehmen kann. In diesem Falle führt das Ausbleiben von Kontrollnachrichten zunächst zu einer Drosselung der Motorleistung.
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5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Kraftfahrzeugs V2. Das Kommunikationsmodul C2 erzeugt einen Strom von Kontrollnachrichten N2. Ein Block 502 erzeugt eine Servicequalität QoS12 in Abhängigkeit von den Kontrollnachrichten N2. Die Servicequalität QoS12 ist beispielsweise ein Zahlenwert und repräsentiert beispielsweise eine Anzahl von Kontrollnachrichtenverlusten pro Zeiteinheit. Beispielsweise erwartet der Block 502 innerhalb von festgelegten Zeitabständen eine Anzahl von Kontrollnachrichten. Wird diese Anzahl von empfangenen Kontrollnachrichten innerhalb eines Zeitabstands unterschritten, so sinkt auch die Servicequalität QoS12.
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Ein Block 504 ermittelt einen Minimalwert ts12_min für die Sicherheitszeitdauer ts12 beispielsweise in Abhängigkeit von den Kontrollnachrichten N2. So wird beispielsweise eine Periodendauer des Empfangs der Kontrollnachrichten N2 ermittelt und der vorgenannte Minimalwert ts12_min auf mindestens zwei Periodendauern festgelegt. Ein außerhalb der Netzwerkeinheit NN2 angeordnetes Navigationssystem 506 ermittelt Navigationsdaten nav wie beispielsweise die aktuelle Anzahl Spuren der durch das Fahrzeug V2 befahrenen Straße, was eine Belegung des verwendeten Funkkanals indiziert. Ein Block 508 ermittelt die Sicherheitszeitdauer ts12 in Abhängigkeit von der Servicequalität QoS12, in Abhängigkeit von dem Minimalwert ts12_min und in Abhängigkeit von Navigationsdaten nav.
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Ein Block 510 ermittelt einen Erzeugungszeitpunkt gt(N) einer Jeweiligen der Kontrollnachrichten N2. Der Erzeugungszeitpunkt gt(N) ist entweder in der jeweiligen Kontrollnachricht N2 enthalten oder wird alternativ beispielsweise in Abhängigkeit von dem ermittelten Empfangszeitpunkt geschätzt. Ausgehend von dem Erzeugungszeitpunkt gt(N) ermittelt ein Block 512 unter Hinzunahme der Sicherheitszeitdauer ts12 den Bremszeitpunkt tB. Der Bremszeitpunkt tB wird von einem Block 514 als gültiger Bremszeitpunkt ausgewählt und der Block 514 überwacht ein Eintreten des Bremszeitpunktes tB. Bei einem Erreichen des aktuell gültigen Bremszeitpunktes erzeugt der Block 514 das Signal S2, welches eine Bremsanlage BR2 einer Antriebs- und Bremseinheit 516 zu einer Notbremsung des Kraftfahrzeugs V2 veranlasst.
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Ein Block 518 ermittelt den Abstand ds12 in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs V2 und in Abhängigkeit von der Sicherheitszeitdauer ts12. Ein Block 520 ermittelt den Abstand dm12. Ein Block 522 ermittelt den Abstand dv12 beispielsweise durch Addition von dm12 und ds12 und übermittelt diesen Abstand dv12 an die Antriebs- und Bremseinheit 516, welche mittels der Bremsanlage BR2 und einem Motor MO2 und nicht gezeigter Sensorik den ermittelten Abstand dv12 zum voranfahrenden Kraftfahrzeug V1 einstellt.
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Die Zuordnungen der einzelnen Blöcke beispielsweise zu der Steuereinheit NN2 sind beispielhaft und können selbstverständlich auch anders gestaltet sein.
