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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen. Erfindungsgemäß ist es möglich, Simulationsvorgänge einzusparen und in Echtzeit mit vertretbarem Rechenaufwand Simulationsergebnisse zu erzielen, welche nicht nur effizient erzeugt werden, sondern auch bzgl. ihrer Güte verlässlich sind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend eingerichtete Systemanordnung. Darüber hinaus wird ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen vorgeschlagen, welche das Verfahren implementieren beziehungsweise die vorgeschlagene Systemanordnung betreiben.
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DE 10 2012 220 655 A1 zeigt ein System und ein Verfahren zum Verwalten von Fahrzeugkonfigurationen, sowie eine Datenbank, die eine Vielzahl von Konfigurationsvorlagen enthält. Die Konfigurationsvorlage enthält Parameter konfigurierbarer Funktionen und Einstellungen für ein entsprechendes Fahrzeug.
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WO 2019/060 938 A1 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen eines dynamischen Geschwindigkeitsprofils eines Fahrzeugs, welches sich zur Simulation eines, insbesondere realen, Fahrbetriebs auf einer Route eignet oder sich zur Vorgabe von Soll-Geschwindigkeiten für Fahrerassistenzsysteme, insbesondere für prädiktive Fahrfunktionen, eignet.
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WO 2007 060 134 A1 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln eines Werts eines Modellparameters eines Referenzfahrzeugmodells. Der Referenzwert der Zustandsgröße wird üblicherweise anhand eines Fahrzeugmodells ermittelt. Die einsetzbaren Fahrzeugmodelle enthalten in der Regel mehrere Parameter, die an einen bestimmten Fahrzeugtyp angepasst werden müssen, damit das Modell das Referenzverhalten eines konkreten Fahrzeugs korrekt wiedergibt.
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Bekannt ist das Ausführen von Simulationen bezüglich der Fahrfunktionen beispielsweise im Rahmen des autonomen bzw. automatisierten Fahrens. Zur Berechnung verlässlicher Ergebnisse ist eine Modellgenauigkeit ausreichend zu wählen. Der Stand der Technik weist jedoch den Nachteil auf, dass Effizienzsteigerungen typischerweise zu Lasten der Systemgenauigkeit gehen.
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Es existiert ein Trade-Off zwischen der Modellgenauigkeit und der Komplexität/ Rechenzeit. Je nach Anwendungsfall werden entweder einfache Modelle verwendet, welche die Dynamik des Fahrzeugs nicht in allen Situationen genau abbilden, dafür aber nicht komplex sind und eine schnelle Simulation ermöglicht. Alternativ wird ein hochgenaues analytisches Fahrzeugmodell erstellt, welches aus vielen Einzelkomponenten besteht, aufwändig parametriert und validiert werden muss und sehr rechenaufwändig ist.
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Die Motivation zur Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen ist aus dem Bedürfnis entstanden, die Parametrierung komplexer werdender Fahrfunktionen mit vertretbarem Aufwand zu ermöglichen. Gestiegene Anforderungen an Komfort und Sicherheit der Systeme und die wachsende Derivatevielfalt sorgen für einen gestiegenen Applikationsaufwand, sodass Applikationen im Fahrzeug nicht mehr mit der gleichen Güte und dem Detailgrad wie in der Vergangenheit durchführbar sind. Stattdessen sollen verbesserte Simulationstools eingesetzt werden um ein systematisches, Szenarien basiertes virtuelles Applizieren mit Hilfe von Optimierungsverfahren zu ermöglichen. Da die Rechenkapazität in der Simulation begrenzt ist und virtuelle Applikationen möglichst schnell zur Verfügung stehen sollen, sollte die Anzahl an Systemevaluationen klein gehalten werden ohne dabei wichtige Lösungen außer Acht lassen zu müssen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, insbesondere zuverlässigeres, Verfahren zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen, bevorzugt eines Automobils oder Motorrads, vorzuschlagen. Es soll der Rechenaufwand bzw. die Rechenkomplexität verringert werden ohne hierbei signifikante Einbußen bei der Qualität hinnehmen zu müssen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechend eingerichtete Systemanordnung bereitzustellen sowie ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen vorzuschlagen, welche das Verfahren implementieren beziehungsweise die vorgeschlagene Systemanordnung zumindest teilweise betreiben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Demgemäß wird ein Verfahren zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen vorgeschlagen, aufweisend ein Auslesen einer Mehrzahl von Fahrszenarien und ein Auslesen einer Mehrzahl von Parametersätzen aus einem Datenspeicher, wobei die Parametersätze jeweils Parameter als Eingaben für eine Simulation eines Fahrszenarios bereitstellen; ein Aufteilen der Parameter der Parametersätze in einflussreiche und nicht einflussreiche Parameter pro Parametersatz in Bezug auf ein Fahrszenario; und ein Identifizieren eines Referenzparametersatzes für einen Eingabeparametersatz, wobei der Referenzparametersatz und der Eingabeparametersatz eine im Wesentlichen gleiche Ausgabe bei einem Fahrszenario erzeugen und der Eingabeparametersatz und der Referenzparametersatz in ihren Parametern nur innerhalb nicht einflussreicher Parameter abweichen.
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Eine simulative Applikation automatisierter Fahrfunktionen bezieht sich auf die Identifikation und Anwendung von Fahrfunktionen, also mindestens teilautomatisierte Steuerungen eines Kraftfahrzeugs, in bestimmten Fahrszenarien. Hierzu werden Situationen vorab simuliert und es wird somit erlernt, wie sich ein Fahrzeug in einer bestimmten Situation zu verhalten hat. Die Ergebnisse einer solchen Simulation bzw. die Ergebnisse des vorgeschlagenen Verfahrens werden sodann zu Echtzeit bei einem automatisierten Fahren adaptiv und situationsspezifisch angewendet.
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Erfindungsgemäß sinkt die Rechenkomplexität, ohne dass die Güte der Ergebnisse sinkt. Es werden einfach berechnete Simulationsergebnisse wieder verwendet. Eine Rechenkomplexität bezieht sich typischerweise darauf, dass diese anhand von notwendigen Rechenschritten beschrieben wird oder aber es werden benötigte Systemressourcen beschrieben. So kann eine Rechenkomplexität eine bestimmte Prozessorleistung beanspruchen oder aber besonders speicherintensiv sein. Ein allgemeines Maß für die Rechenkomplexität ist die Anzahl der benötigten Rechenschritte.
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Das Optimierungsproblem, welches adressiert wird zählt zu der Klasse der „Simulation Optimization Problems“. Diese sind dadurch gekennzeichnet dass eine Systemevaluation (also die Auswertung der Zielfunktion in Abhängigkeit der Eingangsvariablen) durch einen Simulationsdurchlauf gekennzeichnet ist. Um diese Probleme effizient zu lösen, wird oftmals ein Ersatzmodell der Simulation oder der Realität erzeugt, welches eine geringere Modellgüte aufweist, aber eine schnelle Auswertung von Parametersets ermöglicht. Ein alternativer Ansatz ist die Anwendung von Einflussanalysen im Vorfeld zu der Optimierung und die a-priori-Reduktion des Parameterraums auf einflussreiche Bereiche.
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Im Bereich der Applikation automatisierter Fahrfunktionen ist eine Ersatzmodellbildung nur schwer möglich, da die Performance immer unter Berücksichtigung der gesamten Wirkkette (Umfelderkennung, Umfeldverarbeitung, Bewegungsplanung, Regelung, Fahrzeugdynamik) erfolgen muss und kleine Modellfehler die anhand von Komfort- und Safety-KPIs gemessene Performance verfälschen könnten. Auch gesetzliche Rahmenbedingungen fordern eine hohe Modellgüte um virtuelle Tests für die Applikation oder Absicherung nutzen zu dürfen.
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Mit Hilfe von Einflussanalysen kann erfindungsgemäß der Parameterraum vor der Optimierung verkleinert werden. Zu bedenken ist allerdings, dass die Evaluation eines Applikationsparameter-Sets die Simulation eines Szenarienkatalogs und anschließende Aggregation der Einzel-KPIs erfordert. Es ist also möglich, dass eine Einflussanalyse bestimmte Bereiche des Parameterraums basierend auf den aggregierten KPIs für nicht relevant erklärt, obwohl die Szenarien spezifischen KPIs zum Teil einen wichtigen Einfluss haben. Die Erfindung sieht vor, dieser Problematik zu begegnen indem die Ergebnisse einer Szenarien spezifischen Sensitivitätsanalyse in einen Optimierungsalgorithmus integriert werden und somit einzelne Szenarien-Simulationen eingespart werden können. Die kumulierte Anzahl an Szenarien und die gesamte Rechenzeit zur virtuellen Applikation kann somit erfindungsgemäß reduziert werden.
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Der Begriff Key-Performance-Indicator (KPI) bzw. Leistungskennzahl bezeichnet allgemein Kennzahlen, anhand derer der Fortschritt oder der Erfüllungsgrad hinsichtlich Zielsetzungen oder kritischer Erfolgsfaktoren gemessen und/ oder ermittelt werden kann. Diese in anderem Zusammenhang bekannten Faktoren dienen beispielsweise der Durchführung des Aufteilens der Parameter der Parametersätze in einflussreiche und nicht einflussreiche Parameter pro Parametersatz in Bezug auf ein Fahrszenario. So kann empirisch festgestellt werden, welche Parameter der Parametersätze in einflussreiche und nicht einflussreiche Parameter eingeordnet werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem geplanten Simulieren anhand eines Fahrszenarios mittels des Eingabeparametersatzes das Ergebnis einer früheren Simulation durch den identifizierten Referenzparametersatz verwendet. Dies hat den Vorteil, dass bereits berechnete Ergebnisse für andere Parametersätze wieder verwendet werden können. Es werden Parametersätze als Eingabe für eine Simulation genutzt und falls andere Parameter keine signifikanten Auswirkungen haben, so kann ein Ergebnis eines bereits berechneten Parametersatzes verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Scheitern des Identifizierens eine neuerliche Simulation für mindestens ein Fahrszenario durchgeführt und der Eingabeparametersatz wird als Referenzparametersatz abgespeichert. Dies hat den Vorteil, dass die Bibliothek vorhandener Berechnungen, also Ergebnissen einer Simulation, erweitert werden kann. Hier ist zwar vorerst keine Einsparung zu erkennen, da die Simulation mangels vergleichbarer Referenzparametersätzen durchgeführt werden muss, allerdings wird dieses Ergebnis sodann gespeichert und kann in einer nächsten Iteration verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Fahrszenarien als Simulationsfunktionen bereitgestellt. Dies hat den Vorteil, dass Fahrszenarien empirisch virtuell behandelt werden können und es werden Modelle einzelner Fahrszenarien geschaffen. So kann ein realweltliches Fahrszenario modelliert werden und folglich kann anhand der Parametersätze ermittelt werden, wie sich ein Kraftfahrzeug zu verhalten hat.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreiben die Fahrszenarien ein Längsmanöver, ein Abbremsen, ein Beschleunigen, ein Quermanöver, eine Lenkbewegung und/ oder ein Parkmanöver. Dies hat den Vorteil, dass gängige Fahrszenarien abgebildet und modelliert werden können. Generell können alle Fahrszenarien abgebildet werden und somit kann anhand der Parameter eine Simulation durchgeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Aufteilen der Parameter der Parametersätze in einflussreiche und nicht einflussreiche Parameter anhand von empirischen Testläufen, welche anhand eines bereitgestellten Schwellwerts entscheiden bei welcher Abweichung eines Simulationsergebnisses Parameter einflussreich sind oder nicht einflussreich sind. Dies hat den Vorteil, dass diejenigen Parameter die wenig Einfluss auf das Simulationsergebnis haben ausgeblendet werden können und bei dem Vergleich der Parametersätze nicht berücksichtigt werden müssen. Dies erhöht signifikant die Wahrscheinlichkeit, dass Referenzparametersätze gefunden werden, da sich die Parametersätze nur in relevanten Parametern ähneln müssen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt die im Wesentlichen gleiche Ausgabe eine Ausgabe eines Simulationsprozesses bezüglich eines Fahrszenarios, welche lediglich im Rahmen eines vorbestimmten Toleranzbereichs abweicht. Dies hat den Vorteil, dass spezifizierbar ist, nach welchen Kriterien Ausgaben gleich sind. Im Wesentlichen beschreibt hierbei ein optionales Merkmal, welches vorliegend zum Ausdruck bringt, dass Gleichheit auch bei einem Abweichen innerhalb eines Toleranzbereichs vorliegen soll. Somit ist das Merkmal „im Wesentlichen“ klar definiert, wobei allerdings dieses Merkmal vorliegend zu vernachlässigen ist bzw. gestrichen werden kann. Folglich kann die Ausgabe gleich sein oder innerhalb eines Toleranzbereichs abweichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das vorgeschlagene Verfahren iterativ für alle ausgelesenen Parametersätze und alle ausgelesenen Fahrszenarien durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass alle ausgelesenen Parametersätze und alle ausgelesenen Fahrszenarien miteinander kombiniert werden und es werden alle Ergebnisse vergleichbarer Parametersätze abgespeichert, wobei dies jeweils für jedes Fahrszenario erfolgt. Ergebnis ist folglich eine Datenbank, die für eine Teilmenge der Parametersätze für jedes Fahrszenario ein Ergebnis bereitstellt. Die Datenbank enthält gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung für eine Teilmenge der Parametersätze Ergebnisse für eine Teilmenge der Fahrszenarien. Nur wenn eine Simulation für das betrachtete Szenario nötig ist, gelangt die Parametersatz-Szenario-Kombination inkl. des Ergebnisses in die Datenbank. Aufgrund der Ähnlichkeit der Parametersätze findet letztendlich jeder der Parametersätze ein Ergebnis. Dies ist deshalb der Fall, da ein Simulationsergebnis für ein oder mehrere Eingabeparametersätze vorliegt, welches jedoch jeweils nur für einen Referenzparametersatz berechnet wurde. Somit ist die Anzahl der Simulationsläufe vorteilhaft geringer als die Anzahl der Eingabeparametersätze, da nicht für jeden der Eingabeparametersätze eine Simulation durchgeführt wird, sondern es kann teilweise eine Simulation des Referenzparametersatzes verwendet werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Systemanordnung zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen, aufweisend eine Schnittstelleneinheit eingerichtet zum Auslesen einer Mehrzahl von Fahrszenarien und zum Auslesen einer Mehrzahl von Parametersätzen aus einem Datenspeicher, wobei die Parametersätze jeweils Parameter als Eingaben für eine Simulation eines Fahrszenarios bereitstellen; eine Recheneinheit eingerichtet zum Aufteilen der Parameter der Parametersätze in einflussreiche und nicht einflussreiche Parameter pro Parametersatz in Bezug auf ein Fahrszenario und einer Vergleichseinheit eingerichtet zum Identifizieren eines Referenzparametersatzes für einen Eingabeparametersatz, wobei der Referenzparametersatz und der Eingabeparametersatz eine im Wesentlichen gleiche Ausgabe bei einem Fahrszenario erzeugen und der Eingabeparametersatz und der Referenzparametersatz in ihren Parametern nur innerhalb nicht einflussreicher Parameter abweichen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen, welche das Verfahren ausführen und die vorgeschlagene Anordnung betreiben, wenn sie auf einem Computer zur Ausführung gebracht werden.
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Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, dass das Verfahren zum Betreiben der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Einheiten bzw. der Systemanordnung verwendet werden kann. Ferner eignen sich die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Somit implementiert jeweils die Vorrichtung strukturelle Merkmale, welche geeignet sind, das entsprechende Verfahren auszuführen. Die strukturellen Merkmale können jedoch auch als Verfahrensschritte ausgestaltet werden. Auch hält das vorgeschlagene Verfahren Schritte zur Umsetzung der Funktion der strukturellen Merkmale bereit.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aspekte der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließend zu verstehen, sondern haben beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren. In den Figuren zeigen:
- 1: ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
- 2: ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt in einem schematischen Flussdiagramm das vorgeschlagene Verfahren. Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung und der Informationsfluss sind in 1 veranschaulicht. Basierend auf Szenarien spezifischen Sensitivitätsinformationen wird während der Optimierung jeder neu zu simulierende Parametersatz dahingegen geprüft, ob eine Simulation des gesamten Szenarienkatalogs nötig ist oder einzelnen Szenarien-Simulationen eingespart werden können. Dafür werden bereits simulierte Parametersatz-Szenario-Kombinationen gesucht, dessen Parameterwerte sich von dem aktuellen Parametersatz nur innerhalb nicht einflussreicher Bereiche unterscheiden. Parameter, dessen Werte im aktuellen Satz in einflussreichen Bereichen liegen, dürfen im Referenz-Datensatz nur innerhalb einer definierten Toleranz abweichen. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Rechenzeiten für Szenarien basierte Optimierungsprobleme deutlich reduziert werden. Insbesondere im Bereich der Applikation automatisierter Fahrfunktionen sind Szenarien abhängig unterschiedliche Einflüsse von Parametern zu erwarten (für Längsmanöver, Quermanöver, Parkmanöver, ...) sodass die Anwendung der Methodik eine deutliche Effizienzsteigerung verspricht.
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Ein Szenario ist somit beispielsweise ein Längsmanöver (Abbremsen/ Beschleunigen), Quermanöver (Lenkbewegung), ein Parkmanöver oder der Gleichen.
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Die Effizienzsteigerung die mit diesem Verfahren erzielt wird, kann an einem repräsentativen Beispiel (simulative Applikation einer Level-3-Fahrfunktion) nachvollzogen werden. Eine Übertragbarkeit des Verfahrens für die Absicherung ist ebenfalls vorteilhaft möglich. Es kann dafür genutzt werden, die sicherheitskritischsten Situationen zu identifizieren und den zur Freigabe benötigten Versuchsaufwand (200 Mio. km) deutlich zu reduzieren. Sämtliche Bereiche, bei denen eine Systemevaluation die Simulation eines Szenarienkatalogs darstellt, können dieses Verfahren verwenden.
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Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung bzw. normal lesbaren Bezugszeichen. Die Verfahrensschritte können wie folgt bezeichnet werden:
- 10: Für jedes Szenario s (Bereitstellen von Szenarien s)
- 11: Für jeden Parameterset P* (Bereitstellen von Parametersätzen P*)
- 12: Suche Referenz-Parameterset Pref, der von P* nur innerhalb nicht einflussreicher Bereiche abweicht und in einflussreichen Bereichen eine maximale Abweichung Δ zu P* einhält? (maximale Abweichung Δ als Toleranzbereich)
- 13: Gültige Referenz Pref gefunden? Falls Nein: Kontrollfluss nach unten, falls Ja: Kontrollfluss nach rechts.
- 14: Simuliere Szenario s für Parameterset P*
- 15: Füge P* der Referenz-Parameterset-Datenbasis hinzu (Bibliothek wird angereichert für zukünftige Iterationen)
- 16: Nehme das Ergebnis von Pref für P*
- 17: Alle Parametersets geprüft? Falls Nein: Kontrollfluss nach links, falls Ja: Kontrollfluss nach oben.
- 18: Alle Szenarien geprüft? Falls Nein: Kontrollfluss nach links, falls Ja: Kontrollfluss nach rechts.
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2 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm ein Verfahren zur effizienten, simulativen Applikation automatisierter Fahrfunktionen, aufweisend ein Auslesen 100 einer Mehrzahl von Fahrszenarien und ein Auslesen 101 einer Mehrzahl von Parametersätzen aus einem Datenspeicher, wobei die Parametersätze jeweils Parameter als Eingaben für eine Simulation eines Fahrszenarios bereitstellen; ein Aufteilen 102 der Parameter der Parametersätze in einflussreiche und nicht einflussreiche Parameter pro Parametersatz in Bezug auf ein Fahrszenario; und ein Identifizieren 103 eines Referenzparametersatzes für einen Eingabeparametersatz, wobei der Referenzparametersatz und der Eingabeparametersatz eine im Wesentlichen gleiche Ausgabe bei einem Fahrszenario erzeugen und der Eingabeparametersatz und der Referenzparametersatz in ihren Parametern nur innerhalb nicht einflussreicher Parameter abweichen.
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Der Fachmann erkennt hierbei, dass die Schritte weitere Unterschritte aufweisen können und insbesondere, dass die Verfahrensschritte jeweils iterativ und/ oder in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012220655 A1 [0002]
- WO 2019/060938 A1 [0003]
- WO 2007060134 A1 [0004]
