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Die Erfindung betrifft ein Notmanöver-Steuerungssystem und Notmanöver-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Fahrassistenzsysteme bekannt, die bestimmte Fahraufgaben übernehmen oder das Fahrzeug autonom steuern können. Um die notwendige hohe Verfügbarkeit der hochautomatisierten Fahrfunktionen sicherzustellen, sind verschiedene Konzepte bekannt, die durch eine oder mehrere Redundanzebenen eine Ausfallsicherheit ermöglichen.
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In dem vorliegenden Dokument wird unter einem Fahrassistenzsystem ein System verstanden, welches durch Implementation in Software und/oder Hardware dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von durch ein oder mehrere Sensoren ermittelte Daten in die Führung des Fahrzeugs einzugreifen oder sogar vollständig die Kontrolle dauerhaft oder zumindest zeitweise zu übernehmen.
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Ist es bei Auftreten eines Fehlers nicht möglich, die jeweilige Fahrassistenzfunktion weiter auszuführen, wird in der Regel ein Notmanöver eingeleitet, welches das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführt.
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Ein bekanntes Konzept für ein Notbremsmanöver sieht beispielsweise vor, dass im Falle einer Notmanöversituation eine definierte Notmanövertrajektorie durch ein Steuergerät zur Längsführung durchgeführt wird. Allerdings besteht bei der Ausführung eines solchen Notmanövers, bei welchem nur die Längsführung gesteuert wird, die Gefahr, dass das Fahrzeug die Fahrspur seitlich verlässt, insbesondere wenn sich das Fahrzeug gerade am Beginn oder Ende einer Kurvenfahrt befindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Notmanöver-Steuerungssystem und ein Notmanöver-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche zumindest teilweise die Nachteile im Stand der Technik überwinden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Notmanöver-Steuerungssystem für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug zumindest in einem fahrerkontrollierten Betriebsmodus und in einem hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus betreibbar ist und zumindest einen Längsführungs-Aktor und zumindest einen Querführungs-Aktor aufweist. Das Notmanöver-Steuerungssystem weist dabei auf:
- • eine Bahnplanungs-Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, im hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs eine Notmanöver-Trajektorie zu ermitteln;
- • eine mit der Bahnplanungs-Steuereinrichtung gekoppelte Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, von der Notmanöver-Trajektorie abgeleitete Längsführungs-Steuerbefehle bereitzustellen und im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Längsführungs-Aktor zu veranlassen, die Längsführungs-Steuerbefehle auszuführen; und
- • eine mit der Bahnplanungs-Steuereinrichtung gekoppelte Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, von der Notmanöver-Trajektorie abgeleitete Querführungs-Steuerbefehle bereitzustellen und im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Querführungs-Aktor zu veranlassen, die Querführungs-Steuerbefehle auszuführen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Notmanöver-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug zumindest in einem fahrerkontrollierten Betriebsmodus und in einem hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus betreibbar ist und zumindest einen Längsführungs-Aktor und zumindest einen Querführungs-Aktor aufweist. Das Notmanöver-Steuerungsverfahren umfasst dabei:
- • Ermitteln einer Notmanöver-Trajektorie im hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs;
- • Ableiten von Längsführungs-Steuerbefehlen und Querführungs-Steuerbefehlen von der ermittelten Notmanöver-Trajektorie; Bereitstellen der Längsführungs-Steuerbefehle und Querführungs-Steuerbefehle;
- • im Falle einer Notmanöversituation, Ausgeben der Längsführungs-Steuerbefehle zumindest an den einen Längsführungs-Aktor und Ausgeben der Querführungs-Steuerbefehle zumindest an den einen Querführungs-Aktor sowie Ausführen der Längsführungs-Steuerbefehle durch zumindest den einen Längsführungs-Aktor und Ausführen der Querführungs-Steuerbefehle durch zumindest den einen Querführungs-Aktor.
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Unter einem Fahrzeug im Sinne des vorliegenden Dokuments ist jegliche Fahrzeugart zu verstehen, mit der Personen und/oder Güter fortbewegt werden können. Mögliche Beispiele dafür sind: Kraftfahrzeug, Lastkraftwagen, Landfahrzeuge, Busse, Fahrkabinen, Seilbahnkabinen, Aufzugkabinen, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge (z.B. Schiffe, Boote, U-Boote, Tauchglocken, Hovercraft, Tragflächenboote), Luftfahrzeuge (Flugzeuge, Hubschrauber, Bodeneffektfahrzeuge, Luftschiffe, Ballone).
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug. Ein Kraftfahrzeug in diesem Sinne ist ein Landfahrzeug, das durch Maschinenkraft bewegt wird, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug in diesem Sinne umfasst einen Kraftwagen, ein Kraftrad und eine Zugmaschine.
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Das Fahrzeug, insbesondere das Kraftfahrzeug, ist in einem fahrerkontrollierten Betriebsmodus und in einem hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus betreibbar. Mit anderen Worten kann ein Fahrer die Fahraufgabe selbst ausüben (fahrerkontrollierter Betriebsmodus) oder die Fahraufgabe wird teilweise oder ganz von einem System (hochautomatisierter oder autonomer Betriebsmodus), z.B. einem Fahrassistenzsystem, übernommen.
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Wenn der hochautomatisierte oder autonome Betriebsmodus des Fahrzeugs fehlerfrei abläuft, wird dieser über einen Hauptkanal gesteuert. Der Hauptkanal umfasst ein Planungssystem, ein Sensoriksystem und ein Ausführungssystem. Mit anderen Worten werden die hochautomatisierten bzw. autonomen Fahrfunktionen über die Systeme des Hauptkanals gesteuert bzw. ausgeführt.
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Fällt beispielsweise ein System des Hauptkanals aus oder verliert es die Kommunikation zu einer anderen Vorrichtung, können die hochautomatisierten bzw. autonomen Fahrfunktionen, teilweise in eingeschränktem Umfang, über einen oder mehrere Redundanzkanäle gesteuert bzw. ausgeführt werden. Dabei umfassen der eine oder die mehreren Redundanzkanäle ebenfalls ein Planungssystem, ein Sensoriksystem und ein Ausführungssystem.
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Ein Planungssystem des Hauptkanals und/oder eines Redundanzkanals kann die oben beschriebene Bahnplanungs-Steuereinrichtung umfassen. Ein Ausführungssystem des Hauptkanals und/oder eines Redundanzkanals kann die oben beschriebene Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und/oder die oben beschriebene Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung umfassen.
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Mit dem Begriff „Notmanöver“, wie er im vorliegenden Dokument verwendet wird, ist kein Manöver gemeint, wie es durch Notfall-Fahrassistenzfunktionen, wie beispielsweise ein Notbremsassistent oder ein Nothalteassistent, ausgeführt wird. Solche Notfall-Fahrassistenzfunktionen können beispielsweise durch die Systeme des Hauptkanals und/oder die Systeme eines Redundanzkanals gesteuert bzw. ausgeführt werden. Solche Notfall-Fahrassistenzfunktionen greifen mitunter auf eine im Fahrzeug vorhandene Umfeldsensorik zurück, um bestimmte Manöver (z. B. Nothalt) einzuleiten und/oder durchzuführen. Ein Notmanöver im Sinne des vorliegenden Dokuments unterscheidet sich also wesentlich von einer automatisierten Fahrfunktion.
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Im vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „Notmanöver“ nur auf solche Manöver, die durch eine Notmanöversituation bedingt sind. Eine Notmanöversituation liegt beispielsweise dann vor, wenn mindestens zwei der folgenden Fehler gleichzeitig vorliegen, sodass sowohl der Hauptkanal als auch einer oder mehrere Redundanzkanäle ausgefallen sind:
- - Ausfall eines Planungssystems des Hauptkanals;
- - Ausfall eines Planungssystems eines Redundanzkanals;
- - Ausfall eines Sensoriksystems des Hauptkanals;
- - Ausfall eines Sensoriksystems eines Redundanzkanals;
- - Ausfall eines Ausführungssystems des Hauptkanals;
- - Ausfall eines Ausführungssystems eines Redundanzkanals;
- - Ausfall der Kommunikationsfähigkeit eines Planungssystems des Hauptkanals;
- - Ausfall der Kommunikationsfähigkeit eines Planungssystems eines Redundanzkanals;
- - Ausfall der Kommunikationsfähigkeit eines Ausführungssystems des Hauptkanals;
- - Ausfall der Kommunikationsfähigkeit eines Ausführungssystems eines Redundanzkanals;
- - Ausfall der Energieversorgung des Fahrzeugs; und
- - Ausfall eines mechanischen Bauteils des Fahrzeugs.
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Bei der Ausführung eines Notmanövers im Sinne des vorliegenden Dokuments wird die Umfeldsensorik nicht verwendet. Je nachdem, welche Fehler ein solches Notmanöver auslösen, würden nämlich gar keine Sensordaten zur Verfügung stehen, weil beispielsweise die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergerät unterbrochen ist.
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Bei der Ausführung eines Notmanövers im Sinne des vorliegenden Dokuments kann also weder das Umfeld des Fahrzeugs sensorisch ermittelt werden noch kann eine Reaktion auf das Umfeld stattfinden. Während eines solchen Notmanövers werden demnach Steuerbefehle ausgeführt, ohne dass dabei auf Umfeldsensorik zurückgegriffen wird. Ein Fahrereingriff ist jedoch jederzeit möglich während der Ausführung eines Notmanövers.
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Ein Notmanöver wird vorteilhafterweise ausgeführt, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen. Treten während einer hochautomatisierten oder autonomen Fahrt des Fahrzeugs mindestens zwei der oben genannten Fehler auf, sodass sowohl der Hauptkanal als auch einer oder mehrere Redundanzkanäle ausfallen, d.h. also es tritt eine Notmanöversituation auf, so wird mithilfe des Notmanövers bzw. der Notmanöver-Trajektorie die Zeit, bis der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug selbst übernehmen kann, überbrückt. Eine typische Übernahmezeit eines Fahrers liegt bei ca. 5 bis 10 Sekunden. Während dieser Zeit wird durch das hierin beschriebene Notmanöver-Steuerungssystem bzw. Notmanöver-Steuerungsverfahren das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführt, aus dem heraus eine sichere Übernahme der Fahraufgabe durch den Fahrer erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist das hierin beschriebene Fahrzeug ein Fahrzeug, welches mit einem System und/oder Fahrzeugfunktionen ausgestattet ist, welche einen automatisierten Fahrmodus ermöglichen. Mit dem Begriff „automatisierter Fahrmodus“ ist ein teilautomatisierter Fahrmodus, hochautomatisierter Fahrmodus oder vollautomatisierter bzw. autonomer Fahrmodus gemeint. Dabei entsprechen die automatisierten Fahrmodi den von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definierten (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012) Automatisierungsgraden. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten (autonomen) Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten Automatisierungsgrade gemäß der Definition der BASt entsprechen den SAE-Level 2 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) gemäß der BASt dem Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich. Im vorliegenden Dokument soll der Automatisierungsgrad „vollautomatisiert“ den Fall des fahrerlosen Fahrens mit einschließen.
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Das Notmanöver-Steuerungssystem kann - zumindest teilweise - innerhalb oder außerhalb eines Fahrzeugs angeordnet sein. Das heißt also, dass es auch Ausführungsformen des Notmanöver-Steuerungssystems für ein Fahrzeug geben kann, bei welchen Teile des Notmanöver-Steuerungssystems innerhalb des Fahrzeugs und/oder Teile des Notmanöver-Steuerungssystems außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind. Beispielsweise können die Bahnplanungs-Steuereinrichtung und/oder die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und/oder Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein, während der Längsführungs-Aktor und der Querführungs-Aktor innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Bei der Bahnplanungs-Steuereinrichtung kann es sich um eine fahrzeuginterne oder fahrzeugexterne Vorrichtung handeln. Die Bahnplanungs-Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, den Weg vom Start zum Ziel, den das Fahrzeug abfahren soll, zu planen. Dabei kann das Gebiet, durch welches der Weg führt, bekannt oder zumindest teilweise unbekannt sein. Darüber hinaus erfolgt die Bahnplanung vorteilhafterweise so, dass kein Kontakt mit Hindernissen stattfindet. Die Bahnplanungs-Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Recheneinheit und, optional, zusätzlich eine Speichereinheit umfassen.
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Bei der Bahnplanungs-Steuereinrichtung und/oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und/oder der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung kann es sich um eine Vorrichtung in einem Fahrzeug, z.B. Bordcomputer, Navigationsgerät, Infotainmentsystem, etc., handeln. Alternativ dazu kann es sich bei der Bahnplanungs-Steuereinrichtung und/oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und/oder der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder einzelner Teile derselben um ein externes Gerät, z.B. ein stationäres Gerät (PC, Cloudserver) und/oder ein mobiles Endgerät handeln.
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Während des fehlerfreien hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs ermittelt die Bahnplanungs-Steuereinheit eine Notmanöver-Trajektorie. Mit dem Begriff „Notmanöver-Trajektorie“ ist eine Trajektorie eines Notmanövers gemeint. Beispielsweise kann eine Notbremsmanöver-Trajektorie eine Notmanöver-Trajektorie sein. Die Notmanöver-Trajektorie wird also kontinuierlich ermittelt, ohne dass eine Notmanöversituation vorliegt. Erst wenn eine Notmanöversituation schließlich eintritt, wird das Notmanöver auch ausgeführt. Für diesen Fall wird jedoch im Vorfeld ständig eine Notmanöver-Trajektorie ermittelt.
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Durch die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung werden von der Notmanöver-Trajektorie Längsführungs-Steuerbefehle abgeleitet und für den Fall, dass ein Notmanöver durchgeführt werden soll, bereitgestellt. Im Falle einer Notmanöversituation veranlasst die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung dann den zumindest einen Längsführungs-Aktor, die Längsführungs-Steuerbefehle auszuführen.
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Der Längsführungs-Aktor ist dazu ausgebildet, die von der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ausgegebenen Längsführungs-Steuerbefehle zu empfangen und auszuführen. Dadurch wird der Längsführungs-Aktor veranlasst, die Notmanöver-Trajektorie auszuführen. Mit anderen Worten führt der Längsführungs-Aktor im Falle einer Notmanöversituation die längsführungsspezifischen Steuerbefehle in Bezug auf die Notmanöver-Trajektorie aus.
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Durch die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung werden von der Notmanöver-Trajektorie Querführungs-Steuerbefehle abgeleitet und für den Fall, dass ein Notmanöver durchgeführt werden soll, bereitgestellt. Im Falle einer Notmanöversituation veranlasst die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung dann den zumindest einen Querführungs-Aktor, die Querführungs-Steuerbefehle auszuführen.
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Der Querführungs-Aktor ist dazu ausgebildet, die von der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung ausgegebenen Querführungs-Steuerbefehle zu empfangen und auszuführen. Dadurch wird der Querführungs-Aktor veranlasst, die Notmanöver-Trajektorie auszuführen. Mit anderen Worten führt der Querführungs-Aktor im Falle einer Notmanöversituation die querführungsspezifischen Steuerbefehle in Bezug auf die Notmanöver-Trajektorie aus.
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Sowohl die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung als auch die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung sind mit der Bahnplanungs-Steuereinrichtung gekoppelt.
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Mit der Kopplung ist im Rahmen des vorliegenden Dokuments eine kommunikative Verbindung gemeint. Die kommunikative Verbindung kann kabellos (z.B. Bluetooth, WLAN, Mobilfunk) oder kabelgebunden (z.B. mittels einer USB-Schnittstelle, Datenkabel, etc.) sein.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Längsführungs-Aktor zu veranlassen, die Längsführungs-Steuerbefehle unabhängig von den Querführungs-Steuerbefehlen auszuführen; die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Querführungs-Aktor zu veranlassen, die Querführungs-Steuerbefehle unabhängig von den Längsführungs-Steuerbefehlen auszuführen.
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Mit anderen Worten wird der Längsführungs-Aktor dazu veranlasst, die längsführungsspezifischen Steuerbefehle in Bezug auf die Notmanöver-Trajektorie auszuführen und dabei keine Rücksicht auf die Ausführung der querführungsspezifischen Steuerbefehle in Bezug auf die Notmanöver-Trajektorie durch den Querführungs-Aktor zu nehmen. Ebenso wird der Querführungs-Aktor dazu veranlasst, die querführungsspezifischen Steuerbefehle in Bezug auf die Notmanöver-Trajektorie auszuführen und dabei keine Rücksicht auf die Ausführung der längsführungsspezifischen Steuerbefehle in Bezug auf die Notmanöver-Trajektorie durch den Längsführungs-Aktor zu nehmen.
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Sind die Längsführungs-Steuerbefehle beispielsweise Soll-Bremsmomente, so wird der Längsführungs-Aktor veranlasst, über einen bestimmten Zeitverlauf, wie beispielsweise 15 Sekunden, bestimmte Soll-Bremsmomente auszuführen. Dabei agiert der Längsführungs-Aktor unabhängig vom Querführungs-Aktor. Das heißt also, dass der Längsführungs-Aktor mit der Ausführung eines bestimmten Soll-Bremsmoments nicht auf die parallele Ausführung eines querführungsspezifischen Steuerbefehls durch den Querführungs-Aktor wartet. Die Ausführung eines bestimmten Längsführungs-Steuerbefehls hängt nicht von der Ausführung eines bestimmten Querführungs-Steuerbefehls ab. Da die Notmanöver-Trajektorie sowohl längsführungsspezifische als auch querführungsspezifische Steuerbefehle umfasst, werden diese Steuerbefehle von den jeweiligen Steuereinrichtungen abgearbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, findet bei der Ausführung der Längsführungs-Steuerbefehle und der Querführungs-Steuerbefehle keine Kommunikation zwischen der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung statt; alternativ oder zusätzlich findet bei der Ausführung der Längsführungs-Steuerbefehle und der Querführungs-Steuerbefehle keine Kommunikation zwischen dem Längsführungs-Aktor und dem Querführungs-Aktor statt.
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Eine Kommunikation zwischen der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung bzw. eine Kommunikation zwischen dem Längsführungs-Aktor und dem Querführungs-Aktor, um eine gegenseitige Abstimmung der Längsführungs-Steuerbefehle und Querführungs-Steuerbefehle zu erreichen, ist also nicht nötig. Mit anderen Worten arbeiten die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung die jeweiligen Steuerbefehle parallel ab.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird die Notmanöver-Trajektorie in Abhängigkeit der jeweiligen aktuellen und/oder zukünftigen Fahrsituation des Fahrzeugs ermittelt.
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Die aktuelle und/oder zukünftige Fahrsituation des Fahrzeugs kann durch Betriebsparameter des Fahrzeugs und/oder durch Umgebungsparameter des Fahrzeugs bestimmt sein. Betriebsparameter des Fahrzeugs sind beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Fahrzeugmasse oder der Zustand (einwandfrei/teilweise defekt/vollständig defekt) von Fahrzeugkomponenten. Umgebungsparameter des Fahrzeugs sind beispielsweise die Beschaffenheit der Fahrbahn, die Krümmung der Fahrbahn oder die Topographie der zu fahrenden Strecke.
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Vorzugsweise wird die Notmanöver-Trajektorie in Abhängigkeit der jeweiligen aktuellen und/oder zukünftigen Fahrsituation des Fahrzeugs kontinuierlich ermittelt. Mit anderen Worten wird die Notmanöver-Trajektorie in vorbestimmten Zeitabständen ermittelt bzw. aktualisiert. Diese vorbestimmten Zeitabstände können 1 ms bis 30 s, vorzugsweise 1 bis 100 ms, bevorzugter 1 bis 60 ms betragen.
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Im fehlerfrei ablaufenden hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs wird die Notmanöver-Trajektorie also kontinuierlich ermittelt bzw. aktualisiert und dann im Falle eines Notmanövers, also zu Beginn des Notmanövers, werden die kontinuierlich aktualisierten Längsführungs-Steuerbefehle und Querführungs-Steuerbefehle für die Veranlassung des mindestens einen Längsführungs-Aktors und des mindestens einen Querführungs-Aktors zur Ausführung der zuletzt aktualisierten Längsführungs-Steuerbefehle bzw. Querführungs-Steuerbefehle verwendet.
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Mit anderen Worten werden Längsführungs-Steuerbefehle und Querführungs-Steuerbefehle im fehlerfreien Betriebsmodus ständig aktualisiert und zu Beginn des Notmanövers eingefroren und anschließend ausgeführt. Das heißt also, dass bei Auftreten einer Notmanöversituation die zuletzt aktualisierte Notmanöver-Trajektorie durch die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung bzw. den Längsführungs-Aktor und durch die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung bzw. den Querführungs-Aktor gesteuert abgefahren wird.
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Durch das gesteuerte und abgestimmte Notmanöver wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass das Fahrzeug in einer Notmanöversituation, wie beispielsweise bei einem Kommunikationsausfall, welcher sowohl einen Ausfall des Hauptkanals als auch einen Ausfall eines oder mehrerer Redundanzkanäle zur Folge hat, während der hochautomatisierten Fahrt die Fahrspur nicht verlässt.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist die aktuelle und/oder zukünftige Fahrsituation des Fahrzeugs durch mindestens einen Längsführungs-Parameter und/oder mindestens einen Querführungs-Parameter definiert.
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Vorteilhafterweise ist dabei der mindestens eine Längsführungs-Parameter aus den folgenden ausgewählt:
- - aktueller und/oder zukünftiger Reibwert der Fahrstrecke;
- - aktuelle und/oder zukünftige Steigung der Fahrstrecke;
- - aktuelles und/oder zukünftiges Gefälle der Fahrstrecke;
- - aktuelle Fahrzeugmasse;
- - aktuelle und/oder zukünftige Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs; insbesondere die aktuelle Längsgeschwindigkeit wird durch eine Längs-Sensoreinheit ermittelt;
- - aktuelle und/oder zukünftige Längsgeschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs; insbesondere die aktuelle Längsgeschwindigkeitsänderung wird durch eine Längs-Sensoreinheit ermittelt.
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Die aktuelle und/oder zukünftige Längsgeschwindigkeit oder Längsgeschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs kann der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung von einer Fahrzeugkomponente und/oder einer Fahrzeugfunktion, wie beispielsweise einer Abstandsregeltempomat-Funktion, zur Verfügung gestellt werden.
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Alternativ wird die aktuelle und/oder zukünftige Längsgeschwindigkeit oder Längsgeschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs durch eine Längs-Sensoreinheit ermittelt.
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Vorteilhafterweise weist das Notmanöver-Steuerungssystem die Längs-Sensoreinheit auf. Die Längs-Sensoreinheit ist vorteilhafterweise an der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung angeordnet oder in diese integriert. Alternativ ist die Längs-Sensoreinheit an der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung angeordnet oder in diese integriert. Durch die Integration der Längs-Sensoreinheit entweder in der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung kann die ohnehin vorhandene Sensorik genutzt werden und es sind keine zusätzlichen Bauteile nötig. Die Daten der Längs-Sensoreinheit können auf einem Bussystem zur Verfügung gestellt werden.
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Die Längs-Sensoreinheit kann einen Längsbeschleunigungssensor umfassen. Zusätzlich kann die Längs-Sensoreinheit eine Recheneinheit umfassen, welche dazu ausgebildet ist, die ermittelten Sensordaten zu speichern und/oder zu verarbeiten und/oder auszugeben.
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Alternativ kann die Längs-Sensoreinheit nicht an der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung angeordnet sein, jedoch mit der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung gekoppelt sein.
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Alternativ oder zusätzlich ist der mindestens eine Querführungs-Parameter aus den folgenden ausgewählt:
- - aktuelle und/oder zukünftige Krümmung einer Fahrspur einer Fahrstrecke des Fahrzeugs;
- - aktuelle und/oder zukünftige Änderung einer Krümmung einer Fahrspur einer Fahrstrecke des Fahrzeugs;
- - aktuelle und/oder zukünftig auf das Fahrzeug wirkende Seitenkräfte; und
- - aktuelle und/oder zukünftige Querbeschleunigung des Fahrzeugs; die aktuelle Querbeschleunigung wird insbesondere durch eine Quer-Sensoreinheit ermittelt;
- - aktuelle und/oder zukünftige Querbeschleunigungsänderung des Fahrzeugs; die aktuelle Querbeschleunigungsänderung wird insbesondere durch eine Quer-Sensoreinheit ermittelt;
- - aktueller und/oder zukünftiger Lenkwinkel des Fahrzeugs;
- - aktuelle und/oder zukünftige Änderung eines Lenkwinkels des Fahrzeugs.
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Die aktuelle und/oder zukünftige Querbeschleunigung des Fahrzeugs kann der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung von einer Fahrzeugkomponente und/oder einer Fahrzeugfunktion, wie beispielsweise einer Spurhalteassistent-Funktion, zur Verfügung gestellt werden.
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Alternativ wird die aktuelle und/oder zukünftige Querbeschleunigung des Fahrzeugs durch einen Quer-Sensoreinheit ermittelt.
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Vorteilhafterweise weist das Notmanöver-Steuerungssystem die Quer-Sensoreinheit auf. Die Quer-Sensoreinheit ist vorteilhafterweise an der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung angeordnet oder in diese integriert. Alternativ ist die Quer-Sensoreinheit an der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung angeordnet oder in diese integriert. Durch die Integration der Quer-Sensoreinheit entweder in der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung kann die ohnehin vorhandene Sensorik genutzt werden und es sind keine zusätzlichen Bauteile nötig. Die Daten der Quer-Sensoreinheit können auf einem Bussystem zur Verfügung gestellt werden.
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Die Quer-Sensoreinheit kann einen Querbeschleunigungssensor umfassen. Zusätzlich kann die Quer-Sensoreinheit eine Recheneinheit umfassen, welche dazu ausgebildet ist, die ermittelten Sensordaten zu speichern und/oder zu verarbeiten und/oder auszugeben.
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Alternativ kann die Quer-Sensoreinheit nicht an der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung angeordnet sein, jedoch mit der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung oder der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, umfassen die Längsführungs-Steuerbefehle zumindest einen Soll-Längsführungsparameter, insbesondere in Abhängigkeit eines Zeitverlaufs; die Querführungs-Steuerbefehle umfassen zumindest einen Soll-Querführungsparameter, insbesondere in Abhängigkeit eines Zeitverlaufs. Der zumindest eine Soll-Längsführungsparameter umfasst vorzugsweise zumindest ein Soll-Bremsmoment. Der zumindest eine Soll-Querführungsparameter umfasst vorzugsweise zumindest einen Soll-Lenkwinkel.
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Mit anderen Worten werden bestimmte Soll-Längsführungsparameter zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeführt und können zu den bestimmten Zeitpunkten verschieden sein. Beispielsweise ist ein Soll-Bremsmoment zu einem ersten Zeitpunkt kleiner als das Soll-Bremsmoment zu einem späteren Zeitpunkt.
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Beispielsweise können die Längsführungs-Steuerbefehle eine Reihe von Soll-Längsführungsparameter in Abhängigkeit eines Zeitverlaufs (z.B. ein über eine bestimmte Zeitdauer sich änderndes Soll-Bremsmoment) und die Querführungs-Steuerbefehle ein einziger Soll-Querführungsparameter (z.B. ein Soll-Lenkwinkel) sein. Mit anderen Worten wird beispielsweise ein einziger Wert für den Soll-Querführungsparameter bereitgestellt, der dann im Falle einer Notmanöversituation an den zumindest einen Querführungs-Aktor zur Ausführung übergeben wird. Zum Beispiel wird ein bestimmter Soll-Lenkwinkel bestimmt, der dann im Fall einer Notmanöversituation von dem Querführungs-Aktor ausgeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist die Bahnplanungs-Steuereinrichtung und/oder die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, eine Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder eine maximale Notmanöverdauer der Notmanöver-Trajektorie zu ermitteln. Die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Längsführungs-Aktor zu veranlassen, die Längsführungs-Steuerbefehle so lange auszuführen, bis die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als oder gleich der Notmanöver-Zielgeschwindigkeit ist oder bis die Dauer des Notmanövers die maximale Notmanöverdauer erreicht hat.
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Die Bahnplanungs-Steuereinrichtung und die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung können als eine Steuereinheit ausgebildet sein.
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Wenn die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer erreicht sind, ist das Notmanöver beendet.
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Vorteilhafterweise ist die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, von der Notmanöver-Trajektorie abgeleitete Längsführungs-Steuerbefehle so zu konfigurieren, dass ein vorbestimmtes Bremsschema ausführbar ist. Mit einem vorbestimmten Bremsschema ist ein vorgegebener Ablauf bestimmter Bremsmomente bzw. bestimmter Bremsdrücke gemeint. Insbesondere ist mit dem vorbestimmten Bremsschema ein vorgegebener Ablauf bestimmter Bremsmomente bzw. bestimmter Bremsdrücke für eine bestimmte Zeitdauer gemeint.
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Mit anderen Worten ist das Bremsschema festgelegt und wird nicht während der Ausführung der Längsführungs-Steuerbefehle verändert, z.B. nachgeregelt. Das heißt also, dass das Bremsschema von der aktuellen Fahrzeugreaktion (z. B. Beschleunigung) unabhängig ist. Dadurch wird eine Rückkopplung vermieden, die zu einem entgegengesetzten Einwirken des Systems gegen ein mögliches Fahrereingreifen führen könnte.
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Beispielsweise kann das Bremsschema einen konstanten Bremsdruck und/oder ein konstantes Bremsmoment für eine bestimmte Zeitdauer vorsehen.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Bremsschema so gewählt werden, dass eine sogenannte Stotterwirkung resultiert. Die Stotterwirkung wird beispielsweise erreicht, indem bestimmte Bremsmomente bzw. bestimmte Bremsdrücke wiederholt für eine kurze Zeitdauer ausgeführt werden.
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Die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, von einem Bremssystem des Fahrzeugs das vorbestimmte Bremsschema zu erhalten. Vorteilhafterweise wird das vorbestimmte Bremsschema in Abhängigkeit von der jeweiligen aktuellen und/oder zukünftigen Fahrsituation des Fahrzeugs ermittelt.
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In Abhängigkeit von dem vorbestimmten Bremsschema stellt die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung dann die entsprechenden Längsführungs-Steuerbefehle bereit. Mit anderen Worten werden die Längsführungs-Steuerbefehle sowohl von der Notmanöver-Trajektorie abgeleitet als auch in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Bremsschema konfiguriert. Anschließend können die Längsführungs-Steuerbefehle im Falle einer Notmanöversituation an den zumindest einen Längsführungs-Aktor zur Ausführung übermittelt werden.
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Das Notmanöver wird dann beendet, wenn eine vorbestimmte Notmanöver-Zielgeschwindigkeit erreicht oder unterschritten wird oder wenn eine maximale Notmanöverdauer erreicht oder überschritten wird.
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Dies hat den Vorteil, dass ein Ausregeln einer fahrerinduzierten Beschleunigung durch die Bremsung vermieden wird, auch wenn eine Kommunikation zwischen dem Bremssystem und den restlichen Steuergeräten des Fahrzeugs nicht möglich ist. Bei einem Fehler, der zu einem Notmanöver führt, ist es beispielsweise möglich, dass das ausführende Fahrzeugsystem nicht oder nur in begrenztem Rahmen mit anderen Systemen, zum Beispiel einem Sensorsystem, kommunizieren kann, weil beispielsweise das Bus-System des Fahrzeugs ausgefallen ist. Während eines solchen Notmanövers könnte dann eine Fahrerübernahme nicht erkannt werden. Übernimmt der Fahrer beispielsweise während einer durch das Bremssystem des Fahrzeugs durchgeführten autonomen Notbremsung, indem er das Fahrpedal aufgrund eines Beschleunigungswunsches betätigt, kann die Fahrerhandlung aufgrund des Fehlers während des Notmanövers nicht erfasst werden. In diesem Fall würde das Bremssystem gegen den Beschleunigungswunsch des Fahrers weiter die autonome Notbremsung durchführen. Wird das Fahrzeug gegen den Wunsch des Fahrers bis zum Stillstand herunter gebremst, kann eine gefährliche Situation durch den nachfolgenden Verkehr entstehen. Wird das Notmanöver hingegen dadurch begrenzt, dass eine Notmanöver-Zielgeschwindigkeit oder eine maximale Notmanöverdauer erreicht ist, kann der Fahrer noch vor dem absoluten Stillstand des Fahrzeugs die Fahrzeugkontrolle wieder übernehmen, wodurch gefährliche Situationen vermieden werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer in Abhängigkeit von der jeweiligen aktuellen und/oder zukünftigen Fahrsituation des Fahrzeugs ermittelt.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist die aktuelle und/oder zukünftige Fahrsituation des Fahrzeugs durch mindestens einen Längsführungs-Parameter und/oder mindestens einen Querführungs-Parameter definiert.
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Für die Beschreibung der aktuellen und/oder zukünftigen Fahrsituation des Fahrzeugs bzw. des mindestens einen Längsführungs-Parameters und/oder des mindestens einen Querführungs-Parameters wird auf die weiter oben stehenden Ausführungen verwiesen.
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Vorzugsweise werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer in Abhängigkeit der jeweiligen aktuellen und/oder zukünftigen Fahrsituation des Fahrzeugs kontinuierlich ermittelt. Mit anderen Worten werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer in vorbestimmten Zeitabständen ermittelt bzw. aktualisiert. Diese vorbestimmten Zeitabstände können 1 ms bis 30 s, vorzugsweise 1 bis 100 ms, bevorzugter 1 bis 60 ms betragen.
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Im fehlerfrei ablaufenden hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer also kontinuierlich ermittelt bzw. aktualisiert und dann im Falle eines Notmanövers, also zu Beginn des Notmanövers, werden die zuletzt aktualisierten Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer für die Veranlassung des mindestens einen Längsführungs-Aktors zur Ausführung der Längsführungs-Steuerbefehle verwendet.
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Mit anderen Worten werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer im fehlerfreien hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs ständig aktualisiert und zu Beginn des Notmanövers eingefroren und anschließend entsprechend ausgeführt.
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Die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer werden durch die Bahnplanungs-Steuereinrichtung ermittelt. Die Ermittlung der Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder der maximalen Notmanöverdauer umfasst dabei die Möglichkeit, dass die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer von einer anderen Einrichtung, wie beispielsweise von der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung, berechnet und an die Bahnplanungs-Steuereinrichtung übermittelt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer durch ein Bremssystem des Fahrzeugs berechnet und an die Bahnplanungs-Steuereinrichtung übermittelt. Vorzugsweise werden die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder die maximale Notmanöverdauer zu Beginn des Notmanövers in der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung und/oder im Bremssystem des Fahrzeugs berechnet und/oder gespeichert. Die maximale Manöverdauer ist zu Beginn des Notmanövers im Bremssystem gespeichert. Vorzugsweise wird sie zu Beginn des Notmanövers berechnet.
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Gemäß einem vorteilhaften Beispiel wird die maximale Notmanöverdauer berechnet, indem die Bremsmanöver-Dauer, die notwendig ist, um ein Fahrzeug mit einem gegebenen Bremsdruck bzw. Bremsmoment unter Normbedingungen auf die Notmanöver-Zielgeschwindigkeit abzubremsen, mit einem Faktor zwischen 1,0 und 3,0, vorzugsweise zwischen 1,2 und 3,0, multipliziert wird. Unter Normbedingungen sind Normparameter, wie beispielsweise eine ebene Fahrbahn, eine mittlere Beladung des Fahrzeugs, normale Bremsenparameter, etc., zu verstehen.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs mithilfe eines Sensorsystems ermittelt und der Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung übermittelt. Die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, für den Fall, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden kann, im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Längsführungs-Aktor zu veranlassen, die Längsführungs-Steuerbefehle so lange auszuführen, bis die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als oder gleich der Notmanöver-Zielgeschwindigkeit ist; und für den Fall, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht ermittelt werden kann, im Falle einer Notmanöversituation den zumindest einen Längsführungs-Aktor zu veranlassen, die Längsführungs-Steuerbefehle so lange auszuführen, bis die Dauer des Notmanövers die maximale Notmanöverdauer erreicht.
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Das Sensorsystem ist vorteilhafterweise die weiter oben beschriebene Längs-Sensoreinheit. Alternativ kann das Sensorsystem eine weitere Vorrichtung des Notmanöver-Steuersystems oder des Fahrzeugs sein.
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Wenn ein Notmanöver durch eine Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder eine maximale Notmanöverdauer begrenzt wird, kann das Fahrzeug mit ausreichender Genauigkeit abgebremst werden. Gleichzeitig ist jedoch gewährt, dass der Fahrer selbst in das Notmanöver, z.B. über das Fahrpedal, eingreifen kann. Selbst dann, wenn keine Kommunikation mehr zwischen Bremssystem und Fahrpedal möglich ist. Dadurch wird eine Risikominimierung bezüglich der konkurrierenden Ziele „Allgemeine Gefährdungsreduktion“, „Kontrollierbarkeit durch den Folgeverkehr“ und „Kontrollierbarkeit durch den Fahrer“ ermöglicht.
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Wie oben erläutert, wird der hochautomatisierte oder autonome Betriebsmodus des Fahrzeugs über einen Hauptkanal gesteuert. Der Hauptkanal umfasst ein Planungssystem, ein Sensoriksystem und ein Ausführungssystem. Bei einem Versagen des Hauptkanals wird der hochautomatisierte oder autonome Betriebsmodus des Fahrzeugs über wenigstens einen Redundanzkanal, welcher ein Planungssystem, ein Sensoriksystem und ein Ausführungssystem umfasst, gesteuert. Bei einem Versagen des Hauptkanals wird der eine oder die mehreren Redundanzkanäle für eine vorbestimmte Wartedauer in einen Wartezustand versetzt. Während der vorbestimmten Wartedauer wird ein Umschalten vom Hauptkanal auf den einen oder die mehreren Redundanzkanäle versucht. Wenn die vorbestimmte Wartedauer abgelaufen und eine Umschaltung vom Hauptkanal auf den einen oder die mehreren Redundanzkanäle nicht erfolgt ist, werden die Längsführungs-Steuerbefehle durch zumindest den einen Längsführungs-Aktor und die Querführungs-Steuerbefehle durch zumindest den einen Querführungs-Aktor ausgeführt. Ein Versagen des Hauptkanals liegt beispielsweise vor, wenn zumindest ein System des Hauptkanals (z. B. ein Planungssystem, ein Sensoriksystem und/oder ein Ausführungssystem) ausfällt oder die Kommunikation dieses Systems des Hauptkanals zu einer anderen Vorrichtung ausfällt.
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Der Fall einer Notmanöversituation liegt dann vor, wenn sowohl der Hauptkanal als auch einer oder mehrere Redundanzkanäle ausgefallen sind.
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Vorteilhafterweise wird zumindest im hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs eine Notmanöver-Zielgeschwindigkeit und/oder eine maximale Notmanöverdauer der Notmanöver-Trajektorie ermittelt. Bei Ablauf der vorbestimmten Wartedauer und bei nicht erfolgter Umschaltung vom Hauptkanal auf den einen oder die mehreren Redundanzkanäle wird das Notmanöver ausgeführt, indem durch den zumindest einen Längsführungs-Aktor die Längsführungs-Steuerbefehle so lange ausgeführt werden, bis die Dauer des Notmanövers die maximale Notmanöverdauer erreicht hat und/oder bis die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als oder gleich der Notmanöver-Zielgeschwindigkeit ist.
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Probleme entstehen, wenn nach einem ersten Fehler im Hauptkanal die Umschaltung auf einen Redundanzkanal nicht erfolgt, beispielsweise aufgrund eines Folgefehlers oder eines zweiten Fehlers in der Umschaltlogik oder eines Ausfalls des zu aktivierenden Redundanzkanals. Dann kann der hochautomatisierte oder autonome Betriebsmodus nicht fortgesetzt werden. In diesem Fall würde das Fahrzeug ohne Lenk- und Bremsansteuerung mit unverminderter Geschwindigkeit weiterrollen, ohne dass der Fahrer die Fahrzeugführung bereits übernehmen konnte. Ein Unfall in dieser Situation würde schlimmste Folgen für die Insassen und den umgebenden Verkehr nach sich ziehen.
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Mit anderen Worten wird die Kanalumschaltung (Umschaltung von Hauptkanal auf Redundanzkanal) derart gestaltet, dass der ausgefallene Hauptkanal und/oder der mindestens eine noch nicht aktivierte Redundanzkanal bei Versagen des Hauptkanals einen speziellen Zustand „Warten auf Umschaltung auf den Redundanzkanal erfolgreich“ einnehmen und darin auf eine erfolgreiche Kanalumschaltung warten.
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Wenn die Umschaltung auf den mindestens einen Redundanzkanal dann nicht innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne (innerhalb der vorbestimmten Wartedauer) erfolgt, ist davon auszugehen, dass ein schwerwiegender Fehler vorliegt. In diesem Fall wird dann ein Notmanöver ausgelöst, welches dem Fahrer die Übernahme der Fahrzeugführung vereinfacht und die Schadensschwere im Falle eines Unfalls minimiert.
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Das Notmanöver kann aber auch in einem Redundanzkanal oder mehreren Redundanzkanälen und auch außerhalb des Hauptkanals ausgelöst werden. Das Notmanöver kann eine Aktivierung von Parkbremsaktuatoren und/oder Pre-Crash-Maßnahmen (wie beispielsweise Anpassung der Sitzposition, der Fensterschließstellung, etc.) und/oder eine Warnung des umliegenden Verkehrs, beispielsweise durch Warnblinker, umfassen.
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Durch das Auslösen eines Notmanövers bei nicht erfolgreicher Kanalumschaltung nach einer vordefinierten Zeitspanne kann der unkontrollierte Fahrzeugzustand nach einem ersten Fehler ohne erfolgreiche Umschaltung auf einen Redundanzkanal vermieden werden. Somit wird das Unfall- bzw. Verletzungsrisiko für die Fahrzeuginsassen und den umgebenden Verkehr deutlich verringert. Durch eine Geschwindigkeitsreduktion des Fahrzeugs ergibt sich in dieser Situation der Vorteil, dass ein Fahrer mehr Zeit gewinnt, sich zu orientieren und die Fahrzeugführung zu übernehmen.
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Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Notmanöver-Steuerungssystem für ein Fahrzeug nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das Notmanöver-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und andersherum; vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Notmanöver-Steuerungssystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt schematisch ein Notmanöver-Steuerungssystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
- 3 zeigt schematisch ein Notmanöver-Steuerungssystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
- 4 zeigt schematisch ein Notmanöver-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt schematisch ein Notmanöver-Steuerungssystem 1 für ein Fahrzeug. Das Notmanöver-Steuerungssystem 1 weist eine Bahnplanung-Steuereinrichtung 2, eine Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung 3 und eine Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung 4 auf. Die Bahnplanungs-Steuereinrichtung 2 berechnet kontinuierlich eine Notmanöver-Trajektorie NT für das Fahrzeug. Die Notmanöver-Trajektorie NT beschreibt dabei die Trajektorie eines bestimmten Notmanövers. Im Folgenden wird als Beispiel für ein Notmanöver eine Notbremsung erläutert. Jedoch soll das im vorliegenden Dokument beschriebene Notmanöver-Steuerungssystem bzw. das beschriebene Notmanöver-Steuerungsverfahren nicht auf eine Notbremsung eingeschränkt werden. Von der Notbremsungs-Trajektorie NT werden durch die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung 3 Soll-Bremsmomente 33 und durch die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung 4 Soll-Lenkwinkel 44 abgeleitet. Die Notbremsung-Trajektorie NT sowie die Soll-Bremsmomente 33 und die Soll-Lenkwinkel 44 werden dabei kontinuierlich während einer hochautomatisierten oder autonomen Fahrt des Fahrzeugs ermittelt. Die abgeleiteten Steuerbefehle (Soll-Bremsmomente 33 und Soll-Lenkwinkel 44) werden durch die Steuereinrichtungen 3 und 4 zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt.
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Im Falle einer Notmanöversituation veranlasst die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung 3 ein Bremssystem 30 des Fahrzeugs 10 und die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung 4 ein Lenksystem 40 des Fahrzeugs 10, die Notbremsung durchzuführen. Dieser Fall ist in 2 veranschaulicht. Dafür veranlasst die Längsführungs-Aktor-Steuereinrichtung 3 das Bremssystem 30, die Soll-Bremsmomente 33 auszuführen. Die Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung 4 veranlasst das Lenksystem 40, die Soll-Lenkwinkel 44 auszuführen.
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In 3 ist ein Beispiel für ein Notmanöver-Steuerungssystem 1 für ein Fahrzeug 10 abgebildet, bei welchem an der Querführungs-Aktor-Steuereinrichtung 4 ein Längsbeschleunigungs-Sensor 41 angeordnet ist. Durch den Längsbeschleunigungs-Sensor 41 wird die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 kontinuierlich ermittelt. Für den Fall einer Notmanöversituation können durch die kontinuierliche Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Soll-Lenkwinkel 44 angepasst werden. Wird beispielsweise zu Beginn einer Kurve eine Notbremsung ausgelöst, so wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 aufgrund der ausgeführten bzw. auszuführenden Soll-Bremsmomente 33 reduziert. Bei einem verzögernden Fahrzeug ist ein langsameres Einlenken im Vergleich zu einem nicht verzögernden Fahrzeug notwendig. Daher wird bei der Realisierung der Verzögerung des Fahrzeugs durch das Bremssystem gleichzeitig ein langsameres Einlenken durch das Lenksystem realisiert. Die Soll-Lenkwinkel 44 sind also auf die Soll-Bremsmomente 33 in Bezug auf die Strecke, wie in diesem Fall eine Kurve, angepasst.
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Würde eine Notmanöversituation dadurch entstehen, dass zusätzlich zu einem bereits auftretenden Fehler das Bremssystem 30 des Fahrzeugs 10 ausfällt, könnten die Soll-Bremsmomente 33 durch das Bremssystem 30 nicht ausgeführt werden. Dies würde zur Folge haben, dass das Fahrzeugt 10 sich mit nahezu gleicher Geschwindigkeit weiter bewegt. Würden in diesem Fall die Soll-Lenkwinkel 44 wie oben beschrieben ausgeführt werden, würde das langsamere Einlenken zu einem Verlassen der Spur in Richtung Kurvenäußeres führen. Durch den Längsbeschleunigungs-Sensor 41 ist es jedoch möglich, eine geringere Verzögerung des Fahrzeugs 10 zu messen und die Soll-Lenkwinkel 44 entsprechend anzupassen. Damit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug 10 in der Spur bleibt Durch das gesteuerte, abgestimmte und über die Längsbeschleunigung korrigierte Notmanöver wird also die Wahrscheinlichkeit erhöht, im Falle einer Notmanöversituation während einer hochautomatisierten Fahrt die Fahrspur nicht zu verlassen.
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4 zeigt schematisch ein Notmanöver-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug 10. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Notmanöver-Trajektorie NT während des hochautomatisierten oder autonomen Betriebsmodus des Fahrzeugs 10 ermittelt. In 4 ist dies mit dem Bezugszeichen 200 versehen. Mit Bezugszeichen 300 ist das Ableiten von Längsführungs-Steuerbefehlen 33 und Querführungs-Steuerbefehlen 44 von der ermittelten Notmanöver-Trajektorie NT bezeichnet. Das Bereitstellen der Längsführungs-Steuerbefehle 33 und der Querführungs-Steuerbefehle 44 ist mit dem Bezugszeichen 400 bezeichnet. Im Falle einer Notmanöversituation werden die Längsführungs-Steuerbefehle 33 zumindest an den einen Längsführungs-Aktor 30 und die Querführungs-Steuerbefehle 44 zumindest an den einen Querführungs-Aktor 40 ausgegeben. Dies ist mit dem Bezugszeichen 500 bezeichnet. Das Ausführen der Längsführungs-Steuerbefehle 33 durch zumindest den einen Längsführungs-Aktor 30 und das Ausführen der Querführungs-Steuerbefehle 44 durch zumindest den einen Querführungs-Aktor 40 sind durch Bezugszeichen 600 bezeichnet.
