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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Positionsbestimmung von mindestens einem ersten Fahrzeug, eine Recheneinheit eines ersten Fahrzeugs und/oder mindestens eines zweiten Fahrzeugs, eine Recheneinheit einer Infrastruktureinheit, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Es sind Fahrzeuge mit automatisierten Fahrfunktionen bekannt, welche ab einem bestimmten Automatisierungsgrad autonom und ohne einen Fahrer betrieben werden. Das Fahrzeug kann beispielsweise automatisch einem Straßenverlauf folgen, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse selbständig erkennen und die entsprechenden Steuerbefehle im Fahrzeug berechnen sowie diese an Aktuatoren im Fahrzeug weiterleiten, wodurch der Fahrverlauf des Fahrzeugs korrekt beeinflusst wird. Der Fahrer ist bei einem vollautomatisierten Fahrzeug nicht am Fahrgeschehen beteiligt.
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Für einen automatisierten Betrieb des Fahrzeugs ist eine präzise Positionsbestimmung essentiell. Üblicherweise werden Daten von einem globalen Navigationssatellitensystem bzw. GNSS für die Positionsbestimmung des Fahrzeugs verwendet. Derartige GNSS-Daten werden beispielsweise von Satelliten bereitgestellt. Ein Positionssensor, wie beispielsweise ein GPS-, Glonass-, Galileo- oder Baidu-Sensor, kann die GNSS-Daten empfangen und daraus eine Position des Fahrzeugs berechnen.
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Die von Satelliten an den Positionssensor gesendeten Daten können jedoch durch Störsender bzw. durch ein sogenanntes GNSS- Spoofing verfälscht werden. Unter Einfluss eines Störsenders entspricht die vom Positionssensor berechnete Fahrzeugposition nicht mehr der tatsächlichen Position, wodurch ein sicherer automatisierter Betrieb des Fahrzeugs nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Erkennen von GNSS-Spoofing und zum Gewährleisten eines sicheren Betriebs von autonomen und/oder teilautonomen Fahrzeugen vorzuschlagen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer hochpräzisen Eigenlokalisierung auf Basis von digitalen Karten und künstlichen Markierungen in komplexen Verkehrsszenarien.
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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 Erkennen einer fehlerhaften Positionsbestimmung von mindestens einem ersten Fahrzeug bereitgestellt. In einem Schritt wird eine durch einen Positionssensor des ersten Fahrzeugs ermittelte Eigenposition des ersten Fahrzeugs zu einer Recheneinheit gesendet. Ein Signal mit der Information, ob eine korrekte oder fehlerhafte Positionsbestimmung vorliegt, wird von der Recheneinheit empfangen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Positionsbestimmung von mindestens einem ersten Fahrzeug bereitgestellt, wobei von einem ersten Fahrzeug eine Eigenposition des ersten Fahrzeugs von einer Recheneinheit empfangen wird. Eine Position des ersten Fahrzeugs wird durch die Recheneinheit ermittelt und mit der übertragenen Eigenposition des ersten Fahrzeugs verglichen. Es wird von der Recheneinheit ein Signal an das erste Fahrzeug gesendet, das eine korrekte oder fehlerhafte Eigenposition anzeigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen einer fehlerhaften Positionsbestimmung von mindestens einem ersten Fahrzeug bereitgestellt. In einem Schritt kann eine durch einen Positionssensor des ersten Fahrzeugs ermittelte Eigenposition des ersten Fahrzeugs von einer Recheneinheit empfangen werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens auszuführen und/oder anzusteuern bereitgestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, bereitgestellt.
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Die Recheneinheit kann in einer Infrastruktureinheit und/oder in einem zweiten Fahrzeug integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit in Form eines Steuergeräts oder einer Cloud bzw. Infrastruktureinheit ausgeführt sein.
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Die Position des ersten Fahrzeugs kann durch die Infrastruktureinheit, das zweite Fahrzeug und/oder durch das Steuergerät ermittelt und mit der übertragenen Position des ersten Fahrzeugs verglichen werden. Anschließend wird dem ersten Fahrzeug eine Korrektheit der ermittelten Position bestätigt oder eine fehlerhafte Positionsbestimmung über eine Kommunikationsverbindung gemeldet.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Recheneinheit, insbesondere eines ersten Fahrzeugs und/oder mindestens eines zweiten Fahrzeugs, bereitgestellt. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Recheneinheit einer Infrastruktureinheit bereitgestellt, wobei die Recheneinheit dazu ausgestaltet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Durch zumindest eines der Verfahren kann eine kontinuierliche oder bei Bedarf aktivierbare Überprüfung einer fehlerfreien Lokalisierung des ersten Fahrzeugs realisiert werden. Hierbei kann die Infrastruktureinheit, das mindestens eine zweite Fahrzeug oder ein Steuergerät dazu eingesetzt werden, die Position des ersten Fahrzeugs parallel zu bestimmen und mit der durch das erste Fahrzeug ermittelten Position zu vergleichen. Somit kann die durch das erste Fahrzeug selbstermittelte Position durch mindestens eine externe Einheit plausibilisiert werden. Die externe Einheit kann hierbei mindestens eine Infrastruktureinheit, mindestens ein zweites Fahrzeug und/oder mindestens ein Steuergerät sein. Das Steuergerät kann hierbei ein fahrzeuginternes Steuergerät des ersten Fahrzeugs oder ein fahrzeugexternes Steuergerät sein, welches mit dem ersten Fahrzeug über eine Kommunikationsverbindung datenleitend verbindbar ist.
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Die Positionsbestimmung des ersten Fahrzeugs durch den Positionssensor kann beispielsweise zyklisch überprüft werden. Hierfür erfolgt ein zyklischer Datenaustausch, beispielsweise über eine Car-to-X Kommunikationsverbindung, zwischen dem ersten Fahrzeug und mindestens einem weiteren Verkehrsteilnehmer oder mindestens einer Infrastruktureinrichtung. Der Datenaustausch kann beispielsweise im Sekundentakt oder im Minutentakt durchgeführt werden.
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Somit kann eine fehlerhafte oder gestörte Selbstlokalisierung erkannt werden. Durch das Erkennen von einer fehlerhaften Positionsbestimmung kann insbesondere ein sicherer automatisierter Betrieb des ersten Fahrzeugs gewährleistet werden. Aufgrund der mindestens einen zweiten Positionsermittlung durch die externe Einheit kann eine Redundanz bei der Positionsbestimmung umgesetzt werden.
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Die Infrastruktureinheit kann beispielsweise eine Cloud bzw. eine externe Servereinheit, eine Ampel, eine Verkehrsstation, eine stationäre Kommunikationseinheit und dergleichen sein.
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Das mindestens eine erste Fahrzeug und/oder das mindestens eine zweite Fahrzeug können hierbei als automatisiert und/oder teilautomatisiert betreibbare Fahrzeuge ausgeführt sein. Insbesondere können diese Fahrzeuge gemäß der SAE J3016 Norm teilautomatisiert, bedingt automatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein.
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Der Positionssensor des ersten Fahrzeugs kann beispielsweise ein VMPS (Vehicle Motion and Position Sensor) sein. Mit Hilfe des VMP-Sensors kann das erste Fahrzeug automatisiert betrieben werden, wobei die Fahrzeugposition basierend auf Navigationssatellitendaten, wie beispielsweise GPS, GLONASS, Beidou oder Galileo präzise ermittelbar ist.
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Die externe Einheit kann beispielsweise die Position des ersten Fahrzeugs aktiv über Sensoren ermitteln. Dies kann bei einem zweiten Fahrzeug oder einer Infrastruktureinheit ein Radarsensor oder ein LIDAR-Sensor sein. Des Weiteren kann der Abstand des ersten Fahrzeugs von der externen Einheit über eine Laufzeit von Signalen über die Kommunikationsverbindung gemessen werden. Basierend auf der Position der externen Einheit und dem Abstand zum ersten Fahrzeug kann somit die Position des ersten Fahrzeugs bestimmt werden.
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Stimmt die ungefähre Position des ersten Fahrzeugs, welche durch die externe Einheit bestimmt wurde abzüglich einer Toleranz von beispielsweise einem Meter mit der übertragenen Position aus dem ersten Fahrzeug überein kann eine Bestätigung über die Korrektheit der Positionsbestimmung des ersten Fahrzeugs an das erste Fahrzeug gesendet werden. Die Bestätigung kann an ein Steuergerät des ersten Fahrzeugs oder direkt an ein Sensorsteuergerät des VMP-Sensors übermittelt werden. Eine derartige Nachricht kann eine definierte Gültigkeitsdauer, von beispielsweise mehreren Sekunden oder Minuten, aufweisen. Die übermittelte Bestätigung kann als ein Hinweis von dem Positionssensor des ersten Fahrzeugs interpretiert werden, dass die ermittelten Positionsdaten für die Steuerung des Fahrzeugs verwertbar sind. Anschließend kann ein erneuter Abgleich der berechneten VMPS Positionsdaten mit der externen Einheit durchgeführt werden, um auszuschließen dass in der Zwischenzeit ein Spoofing der Satellitensignale erfolgte.
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Liegt die durch den Positionssensor des ersten Fahrzeugs ermittelte Fahrzeugposition abzüglich der Toleranz außerhalb der extern berechneten Position des ersten Fahrzeugs, so kann eine Nachricht an das erste Fahrzeug übertragen werden, dass die entsprechenden GNSS Signale fehlerhaft sind und für die Positionsbestimmung durch das erste Fahrzeug nicht verwendet werden dürfen.
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Der Einsatz von mindestens einer Infrastruktureinheit kann besonders in Stadtgebieten vorteilhaft sein, da hier viele Infrastruktureinheiten für einen Positionsabgleich eingesetzt werden können.
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Das mindestens eine zweite Fahrzeug kann für eine Plausibilisierung bzw. Überprüfung der Fahrzeugposition des ersten Fahrzeugs bevorzugt außerhalb von Stadtgebieten bzw. in ländlichen Gebieten eingesetzt werden. Hierbei kann von einer geringen Anzahl an Infrastruktureinheiten ausgegangen werden, wobei weiterhin eine ausreichende Anzahl an zweiten Fahrzeugen zur Verfügung steht. Das mindestens eine zweite Fahrzeug kann ebenfalls einen Positionssensor, beispielsweise einen VMP-Sensor, aufweisen. Somit kann alternativ oder zusätzlich der Vergleich der durch das erste Fahrzeug und durch das zweite Fahrzeug ermittelten Positionsdaten des ersten Fahrzeugs durch ein Sensorsteuergerät des Positionssensors oder durch eine Kommunikationseinheit des zweiten Fahrzeugs ausgeführt werden.
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Durch das Verfahren ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:
- - Ein GNSS Spoofing kann durch einen Positionsabgleich der GNSS basiert ermittelten Positionen gezielt erkannt werden.
- - Der entsprechende VMP-Sensor kann bei einem erkannten GNSS-Spoofing für eine definierte Zeit oder Strecke oder in einem bestimmten betroffenen Gebiet deaktiviert werden.
- - Des Weiteren können Anti-Spoofing Maßnahmen durch die Infrastruktureinheit und/oder durch das zweite Fahrzeug ergriffen werden, um das mindestens eine erste Fahrzeug mit korrekten GNSS Signalen oder entsprechenden Korrektursignalen zu versorgen. Somit kann der Einfluss des Spoofings kompensiert oder umgangen werden.
- - Die Verfügbarkeit eines Positionssensors und die Sicherheit im Straßenverkehr werden durch das Verfahren erhöht.
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Nach einer Ausführungsform wird ein zyklischer Datenaustausch zwischen dem ersten Fahrzeug und der Infrastruktureinheit und/oder dem mindestens einen zweiten Fahrzeug und/oder dem Steuergerät durchgeführt. Vorzugsweise kann der Datenaustausch solange durchgeführt werden, bis eine korrekte Eigenposition des ersten Fahrzeugs durch die Infrastruktureinheit, das zweite Fahrzeug und/oder durch das Steuergerät bestätigt wird. Somit kann die durch das erste Fahrzeug ermittelte Position kontinuierlich überwacht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Datenaustausch unabhängig von einer fehlerhaften Positionsbestimmung erfolgen. Bei dem Datenaustausch wird die vom ersten Fahrzeug selbst ermittelte Position vom ersten Fahrzeug an die mindestens eine externe Einheit übermittelt, wobei die externe Einheit ebenfalls das erste Fahrzeug lokalisiert und die beiden Positionen miteinander vergleicht.
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Liegt die Fahrzeugposition des ersten Fahrzeugs abzüglich der Toleranz außerhalb der auf der externen Einheit berechneten Position, so sendet die mindestens eine externe Einheit eine Nachricht an das entsprechende erste Fahrzeug, dass die GNSS Signale momentan fehlerhaft sind und nicht verwendet werden dürfen. Dieser Vorgang kann zyklisch wiederholt werden, solange das Spoofing noch aktiv ist. Sobald jedoch die Satellitensignale wieder in Ordnung sind, erfolgt auch der korrekte Abgleich der Positionen in der Cloud und die Positionen können wieder im VMPS verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Position des ersten Fahrzeugs durch die Infrastruktureinheit und/oder durch das zweite Fahrzeug anhand einer Laufzeitmessung der Kommunikationsverbindung ermittelt. Basierend auf der Laufzeitmessung der über die Kommunikationsverbindung übertragenen Positionsdaten des ersten Fahrzeugs kann die Entfernung zwischen dem ersten Fahrzeug und der Infrastruktureinheit und/oder dem zweiten Fahrzeug berechnet werden. Diese Entfernung wird auf die jeweilige Position der Infrastruktureinheit oder des zweiten Fahrzeugs hinzugefügt und somit ausgehend von der Infrastruktureinheit bzw. dem zweiten Fahrzeug aus die Position des ersten Fahrzeugs bestimmt. Durch die Laufzeitmessung kann ein Entfernungsradius um die Infrastruktureinheit bzw. das zweite Fahrzeug berechnet werden. Das erste Fahrzeug ist somit am Umfang des durch den Entfernungsradius gebildeten Kreises positioniert.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Position des ersten Fahrzeugs durch Messdaten von mindestens einem Sensor der Infrastruktureinheit und/oder des zweiten Fahrzeugs ermittelt. Darüber hinaus kann die Entfernung des ersten Fahrzeugs aktiv über Sensoren der Infrastruktur oder von dem mindestens einen Fahrzeug gemessen und anhand der Messdaten die Position des ersten Fahrzeugs berechnet werden. Hierdurch kann durch die Infrastruktureinheit und/oder das zweite Fahrzeug eine eindeutige und präzise Position des ersten Fahrzeugs bestimmt werden, welche für eine Plausibilisierung herangezogen wird.
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Des Weiteren kann der Einsatz der Sensoren mit einer Distanzermittlung durch Laufzeitmessungen kombiniert werden. Insbesondere kann hierbei die Laufzeitmessung für eine grobe Ortung des Fahrzeugs eingesetzt werden. Der mindestens eine Sensor kann anschließend zum Durchführen einer Feinortung verwendet werden. Insbesondere kann die Feinortung über derartige Sensoren durchgeführt werden, die in die Richtung des ersten Fahrzeugs zeigen, wodurch der Rechenaufwand verringert wird, da nicht alle Sensoren aktiv für eine Auswertung herangezogen werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationsverbindung zwischen dem ersten Fahrzeug und der Infrastruktureinheit, dem zweiten Fahrzeug und/oder dem Steuergerät eine drahtlose oder eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise als eine sogenannte Car-to-Car Kommunikationsverbindung zum Austausch von Daten ausgestaltet sein. Die Kommunikationsverbindung kann alternativ oder zusätzlich als eine sogenannte Car-to-Infrastructure Verbindung sein. Die Kommunikationsverbindung kann insbesondere auf einer drahtlosen Übertragungstechnologie, wie beispielsweise WLAN, UMTS, GSM, LTE, 5G und dergleichen basieren.
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Die Kommunikationsverbindung kann drahtgebunden, beispielsweise als ein CAN-Bus oder Flexray-Bus oder Ethernet-Bus, ausgeführt sein, wenn ein fahrzeuginternes Steuergerät des ersten Fahrzeugs für eine Überprüfung bzw. Plausibilisierung der GNSS basiert ermittelten Positionsdaten eingesetzt wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung werden Merkmale einer Fahrzeugumgebung des ersten Fahrzeugs aus Messdaten von mindestens einem zweiten Sensor des ersten Fahrzeugs durch das Steuergerät des ersten Fahrzeugs ermittelt, wobei die Position des ersten Fahrzeugs durch einen Vergleich der ermittelten Merkmale mit einer Merkmalskarte durch das Steuergerät bestimmt wird. Hierdurch kann eine alternative oder zusätzliche Überprüfung der Positionsdaten bereitgestellt werden. Dabei können durch ein fahrzeuginternes Steuergerät des ersten Fahrzeugs basierend auf Messdaten von Fahrzeugsensoren ermittelte Merkmale mit einer Merkmalskarte bzw. einer sogenannten Feature Map abgeglichen werden. Die Merkmalskarte kann in einem Speicher des Steuergeräts oder fahrzeugextern in einer Cloud hinterlegt sein.
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Die Fahrzeugposition kann somit anhand der Fahrzeugsensoren bzw. Umfeldsensoren und den Merkmalen in der Umgebung des ersten Fahrzeugs hochgenau auf der Merkmalskarte bestimmt werden. Anschließend kann diese Position des ersten Fahrzeugs innerhalb der Merkmalskarte mit der Fahrzeugposition verglichen werden, die durch den Positionssensor des ersten Fahrzeugs bestimmt wurde. Somit kann technisch einfach eine Überprüfung der ermittelten Position im Hinblick auf eine fehlerhafte Positionsbestimmung erfolgen.
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Stimmen die beiden Positionen auf einer hochgenauen Karte abzüglich einer Toleranz überein, so kann das Steuergerät eine Nachricht an den Positionssensor übermitteln, dass seine GNSS Positionen korrekt sind und weiter verwendet werden können. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät die Verwendung der Positionsdaten des Positionssensors freigeben bzw. für eine weitere Verwertung weiterleiten.
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Wird eine Abweichung der beiden Positionen durch das Steuergerät festgestellt, so können die GNSS basierten Ausgangssignale des Positionssensors durch das Steuergerät deaktiviert werden. Hierbei kann der Positionssensor deaktiviert bleiben, bis der entsprechende zyklische Vergleich positiv ausfällt.
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Es kann somit eine Überprüfung bzw. Plausibilisierung auch ohne externe Einheiten durchgeführt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird durch die Infrastruktureinheit, das zweite Fahrzeug und/oder durch das Steuergerät anhand von Meldungen über fehlerhafte Positionsbestimmungen ein Störbereich bestimmt. Eine Störung der GNSS basierten Signale, welche durch den Positionssensor des ersten Fahrzeugs empfangen werden ist üblicherweise auf einen räumlichen Bereich beschränkt. Der Bereich wird durch einen Störsender gebildet. Die extern ermittelten Positionen der Fahrzeuge, welche eine Abweichung der Positionsdaten aufweisen, können archiviert und ausgewertet werden. Somit können Bereiche mit einer vermehrten Störung der GNSS Signale identifiziert werden. Es können hierdurch durch Störsender beeinflusste Bereiche gefunden und den Fahrzeugen mitgeteilt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden dem mindestens einen ersten Fahrzeug innerhalb des ermittelten Störbereichs Korrekturdaten zum Korrigieren einer fehlerhaften Positionsbestimmung durch die Infrastruktureinheit, das zweite Fahrzeug und/oder durch das Steuergerät bereitgestellt. Durch den Datenaustausch und den Vergleich der Positionsdaten können Abweichungen und Gesetzmäßigkeiten bei der Abweichung der fehlerhaften Positionsbestimmung durch die Infrastruktureinheit, das zweite Fahrzeug oder das Steuergerät ermittelt werden. Aus diesen Abweichungen können Anti-Spoofing Korrekturdaten generiert werden. Beispielsweise kann die Infrastruktureinheit das mindestens eine erste Fahrzeug über einen Korrekturservice mit GNSS Korrekturdaten versorgen, welche unmittelbar von dem Positionssensor bzw. einem Sensorsteuergerät verwertbar sind. Durch die Korrekturdaten wird die Wirkung von mindestens einem Störsender innerhalb des Störbereichs neutralisiert, wodurch der Störsender keine Auswirkung auf die Fahrzeuglokalisierung hat. Es können alternativ oder zusätzlich auch verstärkte GNSS-Signale über Antennen oder 5G-Masten ausgesendet werden. Dabei kann der Pegel der ausgesendeten GNSS-Signale stärker ausgeprägt sein, als ein Pegel eines Spoofing-Senders, wodurch dieser überlagert wird.
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Die Korrekturdaten können in Form von Korrektursignalen an das erste Fahrzeug übermittelt werden, sodass die GNSS basiert ermittelte Position korrigiert wird. Beispielsweise kann eine Kompensation der Fehlerhaften GNSS Signale im VMP-Sensor bzw. Positionssensor durch einen entsprechend angepassten Korrekturservice erfolgen. Die korrigierten Positionsdaten können vom ersten Fahrzeug anschließend wieder für automatisiere oder teilautomatisierte Funktionen verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden dem mindestens einen ersten Fahrzeug innerhalb des ermittelten Störbereichs fehlerfreie GNSS-Daten zum Vermeiden von fehlerhafter Positionsbestimmung durch die Infrastruktureinheit bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Anti-Spoofing durch das Verfahren betrieben werden, welches eine alternative Bezugsquelle an GNSS Signalen bereitstellt, welche unbeeinflusst vom Störsignal sind. Die neuen bzw. unbeeinflussten GNSS Signale können von einer Cloud bzw. der Infrastruktureinheit oder einer externen Servereinheit oder 5G Masten bereitgestellt werden. Diese bereitgestellten GNSS Signale können stärker ausgestrahlt werden als die eigentlichen Spoofing Signale und somit von dem ersten Fahrzeug empfangen werden. Die fehlerfreien GNSS Signale können alternativ auch in Form von verschlüsselten Dateien manipulationsgesichert dem ersten Fahrzeug bereitgestellt werden. Das Bereitstellen von unverfälschten GNSS Signalen kann parallel zu der Bereitstellung der Korrekturdaten erfolgen, wodurch eine Redundanz bei der Positionsermittlung realisiert wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät in einer Infrastruktureinheit und/oder in mindestens einem ersten Fahrzeug und/oder in mindestens einem zweiten Fahrzeug einsetzbar. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein die Positionsdaten des ersten Fahrzeugs zu empfangen und parallel hierzu unter Zuhilfenahme von weiteren Sensoren und/oder Laufzeitmessungen von Kommunikationssignalen den Abstand zum ersten Fahrzeug zu ermitteln und/oder parallel zu einem Positionssensor die Position des ersten Fahrzeugs zu bestimmen. Somit kann durch das Steuergerät eine redundante Positionsbestimmung umgesetzt werden, die Fehler oder Störeinflüsse identifizieren und kompensieren kann.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
- 3 eine schematische Darstellung einer dritten Anordnung zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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In der 1 ist schematisch eine Anordnung 1 zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt.
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Die Anordnung 1 weist ein erstes Fahrzeug 2 und eine Infrastruktureinheit 4 auf. Hierbei kann die Anordnung 1 auch mehrere erste Fahrzeuge 2 und/oder mehrere Infrastruktureinheiten 4 aufweisen. Insbesondere ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Recheneinheit als die Infrastruktureinheit 4 ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Infrastruktureinheit 4 eine entsprechende Recheneinheit aufweisen.
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Das erste Fahrzeug 2 ist als ein Transporter ausgestaltet und ist automatisiert betreibbar. Hierfür weist das erste Fahrzeug 2 eine als ein Steuergerät 6 ausgestaltete Recheneinheit auf. Das Steuergerät 6 ist mit einem Positionssensor 8 verbunden. Der Positionssensor 8 kann in einer einfachsten Ausführungsform ein GPS-Sensor sein. Der Positionssensor 8 kann, über eine nicht dargestellte Antenne, GNSS Signale von nicht dargestellten Navigationssatelliten empfangen und die Position des ersten Fahrzeugs 2 bestimmen. Der Positionssensor 8 ist über eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung 9 mit dem Steuergerät 6 verbunden. Die Kommunikationsverbindung 9 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein CAN-Bus oder Ethernet-Bus des ersten Fahrzeugs 2. Über den CAN-Bus oder Etherne-Bus 9 kann die ermittelte Position von dem Steuergerät 6 empfangen werden.
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Das Steuergerät 6 ist mit einem weiteren Sensor 12 verbunden. Der Sensor 12 ist als ein Radarsensor ausgestaltet und dient zum Ermitteln von Merkmalen aus einer Umgebung des Fahrzeugs 2. Die Messdaten des Sensors 12 werden durch das Steuergerät 6 ausgewertet und Merkmale aus den Messdaten extrahiert. Die Merkmale werden mit virtuellen Merkmalen einer Merkmalskarte 14 verglichen, welche im Steuergerät 6 gespeichert ist. Hierdurch kann das Steuergerät 6 parallel zum Positionssensor 8 die Position des ersten Fahrzeugs 4 bestimmen.
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Das Steuergerät 6 ist mit einer fahrzeugseitigen Kommunikationseinheit 10 verbunden, wodurch das Steuergerät 6 eine drahtlose Kommunikationsverbindung 16 zu der Infrastruktureinheit 4 herstellen kann.
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Die Infrastruktureinheit 4 ist als eine Verkehrsüberwachungseinheit ausgeführt und weist einen Sensor 18 auf, welcher als eine Überwachungskamera umgesetzt ist. Mittels der Messdaten des Sensors 18 kann die Infrastruktureinheit 4 das erste Fahrzeug 2 innerhalb eines Überwachungsbereichs 20 erfassen und einen Abstand zwischen der Infrastruktureinheit 4 und dem ersten Fahrzeug 2 ermitteln. Der Abstand zum ersten Fahrzeug 2 kann alternativ über eine Laufzeitmessung der über die Kommunikationsverbindung 16 übertragenen Daten erfolgen.
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Die Infrastruktureinheit 4 kann alternativ als eine Cloud, eine Mobilfunkstation, eine Ampel und dergleichen ausgeführt sein. Des Weiteren weist die Infrastruktureinrichtung eine nicht dargestellte Kommunikationseinheit auf. Hierdurch können die Kommunikationseinheiten der Infrastruktureinheit 4 und des ersten Fahrzeugs 2 eine Car-to-Infrastructure Kommunikationsverbindung 16 herstellen.
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Die Kommunikationsverbindung 16 kann vorzugsweise auf einem WLAN, GSM, UMTS, LTE, G5 und dergleichen Übertragungsstandard basieren.
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Die GNSS Signale, welche von dem Positionssensor 8 empfangen werden, können durch einen Störsender 22 beeinträchtigt oder manipuliert werden (Spoofing).
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Bei der Erkennung einer fehlerhaft bestimmten Position des ersten Fahrzeugs 2 mittels des Positionssensors 8 wird die Position des ersten Fahrzeugs an die Infrastruktureinheit 4 gesendet. Die Infrastruktureinheit 4 bzw. die Infrastruktureinrichtung gleicht die übertragene Fahrzeugposition mit der eigenen Position ab. Hierdurch kann abhängig von der Position der Infrastruktureinheit 4 eine grobe Übereinstimmung der Positionen geprüft werden. Darüber kann die Position des ersten Fahrzeugs 2 über die Laufzeit von Daten über die Kommunikationsverbindung 16 ermittelt werden. Hierdurch kann das erste Fahrzeug 2 grob von der Infrastruktureinheit 4 geortet werden. Die Infrastruktureinheit 4 kann die ungefähre Position des ersten Fahrzeugs 2 auf einem Kreis 20 um die Infrastruktureinheit 4 herum bestimmen.
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Im nächsten Schritt gleicht die Infrastruktureinheit 4 die bestimmte Fahrzeugposition des ersten Fahrzeugs 2 mit der durch den Positionssensor 8 ermittelten und übertragenen Fahrzeugposition ab. Stimmt die ungefähre Position des ersten Fahrzeugs 2 abzüglich von Toleranzen mit der übertragenen Position aus dem ersten Fahrzeug 2 überein, so kann die Infrastruktureinheit 4 bzw. die Cloud eine Bestätigung über die Korrektheit der Position an das Steuergerät 6 des ersten Fahrzeugs 2 versenden.
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Liegt die übermittelte Fahrzeugposition des ersten Fahrzeugs 2 abzüglich der Toleranz außerhalb der von der Infrastruktureinheit 4 berechneten Position, so sendet die Infrastruktureinheit 4 eine Nachricht an das entsprechende erste Fahrzeug 2, dass die entsprechenden GNSS Signale momentan fehlerhaft sind und nicht verwendet werden dürfen. Dieser Vorgang kann zyklisch wiederholt werden, solange die Störung oder das Spoofing noch aktiv ist. Bei fehlerhaften GNSS Signalen kann eine Störquelle 22 als eine mögliche Ursache betrachtet werden.
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Sobald die GNSS Signale korrekt bzw. ungestört sind, erfolgt erneut ein Abgleich der Positionen in der Infrastruktureinheit 4. Die Positionen des Positionssensors 8 können hierbei erneut durch das Steuergerät 6 verwendet werden. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Stadtgebiete, in denen viele Infrastrukturpunkte 4 für einen Positionsabgleich verwendbar sind.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung 1 zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird hier die durch den Positionssensor 8 ermittelte Position des ersten Fahrzeugs 2 durch ein zweites Fahrzeug 24 überprüft bzw. plausibilisiert. Hierbei können auch mehrere unterschiedliche zweite Fahrzeuge 24 für eine Plausibilisierung der Fahrzeugposition von mindestens einem ersten Fahrzeug 2 eingesetzt werden.
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Das zweite Fahrzeug 24 ist als ein Lastkraftwagen ausgestaltet und weist eine als ein Steuergerät 26 ausgestaltete Recheneinheit auf. Das Steuergerät 26 ist mit einem Sensor 28 datenleitend verbunden und kann die ermittelten Messwerte des Sensors 28 lesen und auswerten. Der Sensor 28 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein LIDAR-Sensor und kann im Abtastbereich 20 einen relativen Abstand zum ersten Fahrzeug 2 messen.
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Des Weiteren weist das Steuergerät 26 eine Kommunikationseinheit 30 auf. Zwischen den Kommunikationseinheiten 10, 30 des ersten Fahrzeugs 2 und des zweiten Fahrzeugs 24 kann eine Car-to-Car Kommunikationsverbindung 16 hergestellt werden.
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Bei der Erkennung einer fehlerhaften Position des ersten Fahrzeugs 2 durch das zweite Fahrzeug 24 erfolgt hierbei die Übertragung der Positionen aus dem ersten Fahrzeug 2 über die Kommunikationsverbindung 16 an das nächstgelegene zweite Fahrzeug 24. Das zweite Fahrzeug 24 gleicht die übertragene Fahrzeugposition mit der eigenen Position ab, wodurch eine grobe Übereinstimmung geprüft werden kann. Darüber hinaus kann das zweite Fahrzeug 24 über eine Laufzeit der Kommunikationssignale der Kommunikationsverbindung 16 das erste Fahrzeug 2 grob orten. Das zweite Fahrzeug 24 kann darüber hinaus den Sensor 28 dazu eingesetzten, das erste Fahrzeug 2 zu orten. Somit kann das zweite Fahrzeug 24 die Position des ersten Fahrzeugs 2 unabhängig von dem Positionssensor 8 des ersten Fahrzeugs 2 lokalisieren.
Im nächsten Schritt kann das zweite Fahrzeug 24 die zumindest ungefähr bestimmte Fahrzeugposition des ersten Fahrzeugs 2 mit der übertragenen Fahrzeugposition des ersten Fahrzeugs 2 vergleichen. Weicht die durch das zweite Fahrzeug 24 ermittelte Position des ersten Fahrzeugs 2 von der initial durch das erste Fahrzeug 2 ermittelten Position nicht ab, so kann durch das Steuergerät 26 des zweiten Fahrzeugs 24 die Richtigkeit der durch den Sensor 8 ermittelten Position an das erste Fahrzeug 2 gesendet werden.
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Befindet sich die ermittelte Position des ersten Fahrzeug 2 abzüglich der Toleranz außerhalb der durch das zweite Fahrzeug 24 bestimmten Position des ersten Fahrzeugs 2, so kann das erste Fahrzeug 2 durch das zweite Fahrzeug 24 derart benachrichtigt werden, dass die entsprechenden GNSS Signale momentan fehlerhaft sind und durch den Positionssensor 8 nicht verwendet werden dürfen. Dieser Vorgang kann zyklisch wiederholt werden, solange die Störung oder das Spoofing aktiv ist. Sobald jedoch die Satellitensignale wieder in Ordnung sind, erfolgt ein erfolgreicher bzw. fehlerfreier Abgleich der Positionen im zweiten Fahrzeug 24, wodurch die durch den Positionssensor 8 ermittelten Positionsdaten weiterverwertet werden.
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In der 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung 1 zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Hierbei erfolgt die Plausibilisierung der durch den Positionssensor 8 ermittelten Positionsdaten mithilfe einer Kombination der in 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen. Beispielsweise könnte es vorkommen dass ein bestimmtes Gebiet weiträumig durch Spoofing gestört wurde. Hier bringt ein Vergleich der Fahrzeugpositionen untereinander in der Regel nichts, wodurch ein Vergleich der Positionsdaten innerhalb der Cloud bzw. der Infrastruktureinheit 4 oder innerhalb des eigenen Fahrzeugs 2 zusätzlich nötig ist. In diesem Fall kann es jedoch trotzdem vorteilhaft sein die Positionen der Fahrzeuge 2, 24 untereinander zu vergleichen, um festzustellen in welchem Bereich sich die Störung 22 befindet. Beispielsweise können die entsprechenden Fahrzeuge 2, 24 mit einer gestörten GNSS Position, diese an die Cloud 4 übertragen. Durch die Bestimmung der Positionen der Fahrzeuge 2, 24 aus der Cloud 4 heraus, welche beispielsweise über die Laufzeiten der Car-to-X Kommunikationssignale 16 erfolgt, kann festgestellt werden, welche Fahrzeugen 2, 24 in welchem Gebiet durch die Störung 22 beeinträchtigt sind.
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Bevorzugterweise kann somit die Quelle des Spoofings bzw. der Störung 22 lokalisiert und Gegenmaßnahmen getroffen werden. Darüber hinaus kann auf diese Weise festgestellt werden wie stark die Fahrzeugpositionen der Fahrzeuge 2, 24 von der eigentlichen bzw. korrekten Position abweichen und in welche Richtung diese abweichen.
