DE102019204942A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überführen eines teleoperablen Fahrzeuges von einem Ausgangsbetriebsmodus in einen Zielbetriebsmodus - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Überführen eines teleoperablen Fahrzeuges von einem Ausgangsbetriebsmodus in einen Zielbetriebsmodus Download PDF

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Abstract

Verfahren (10) zum Überführen eines teleoperablen Fahrzeuges (1) von einem Ausgangsbetriebsmodus (X) in einen Zielbetriebsmodus (Y), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- auf Anforderung (11) wird im Ausgangsbetriebsmodus (X) eine Übergabe von Fahrverantwortung an einen vorgesehenen Operator geplant (17) und vorbereitet (18),- Bereiche der Fahrverantwortung und Betriebsgrenzen des Fahrzeuges (1) im Zielbetriebsmodus (Y) werden ausgehandelt (19),- die ausgehandelten Betriebsgrenzen werden gesetzt (20) und- die Übergabe wird eingeleitet (21) und zu einem sicheren Abschluss (22) im Zielbetriebsmodus (Y) gebracht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überführen eines teleoperablen Fahrzeuges von einem Ausgangsbetriebsmodus in einen Zielbetriebsmodus. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
  • Stand der Technik
  • Teilautonome Fahrzeuge nach dem Stand der Technik setzen eine Fahrzeugführungsschnittstelle („Fahrerarbeitsplatz“) sowie eine fahrtüchtige und zum Führen des Fahrzeuges autorisierte Person als Fahrzeuginsassen voraus, welche die Führung bei Bedarf zu übernehmen vermag. Den Gegenstand zahlreicher Forschungsprojekte bildet das sogenannte teleoperierte Fahren (teleoperated driving, ToD), bei welchem das Fahrzeug im Wege einer Fernsteuerung bei der Bewältigung herausfordernder Szenarien - wie Umleitungen über Feldwege, alternativer und unkonventioneller Routen o. ä. - unterstützt oder die Fahraufgabe durch einen externen Bediener in einem Fahrzeugleitstand (vehicle control center, VCC), den sogenannten Operator, zeitweise gänzlich übernommen werden kann. Fahrzeug und Leitstelle bzw. deren Betreiber sind hierzu durch ein Mobilfunknetzwerk von geringer Latenz und hoher Datenrate miteinander verbunden.
  • US 9,494,935 B2 offenbart Computervorrichtungen, Systeme und Verfahren für die Fernbedingung eines autonomen Passagierfahrzeugs. Wenn ein autonomes Fahrzeug einer unerwarteten Umgebung wie z. B. einer Straßenbaustelle oder einem Hindernis begegnet, die für autonome Bedienung ungeeignet ist, können die Fahrzeugsensoren Daten über das Fahrzeug und die unerwartete Umgebung, einschließlich Bilder, Radar- und Lidar-Daten usw. erfassen. Die erfassten Daten können zu einem entfernten Bediener gesendet werden. Der entfernte Bediener kann das Fahrzeug manuell entfernt bedienen oder dem autonomen Fahrzeug Anweisungen erteilen, die von verschiedenen Fahrzeugsystemen ausgeführt werden sollen. Die zu dem entfernten Bediener gesendeten erfassten Daten können optimiert werden, um Bandbreite zu sparen, indem z. B. eine eingeschränkte Untermenge der erfassten Daten versendet wird.
  • Ein Fahrzeug gemäß US 9,767,369 B2 kann ein oder mehrere Bilder einer Umgebung des Fahrzeugs empfangen. Das Fahrzeug kann auch eine Umgebungskarte erhalten. Das Fahrzeug kann auch mindestens ein Merkmal in den Bildern mit einem oder mehreren Merkmalen in der Karte abgleichen. Das Fahrzeug kann auch einen bestimmten Bereich in dem einen oder den mehreren Bildern identifizieren, der einem Teil der Karte entspricht, der sich in einem Schwellenabstand zu dem einen oder den mehreren Merkmalen befindet. Das Fahrzeug kann auch das eine oder die mehreren Bilder komprimieren, um eine geringere Menge an Details in Bereichen der Bilder als dem gegebenen Bereich aufzunehmen. Das Fahrzeug kann die komprimierten Bilder auch einem entfernten System bereitstellen und darauf ansprechend Betriebsanweisungen von dem entfernten System empfangen.
  • Systeme und Verfahren gemäß US 9,465,388 B1 ermöglichen es einem autonomen Fahrzeug, Hilfe von einem entfernten Bediener anzufordern, wenn das Vertrauen des Fahrzeugs in den Betrieb gering ist. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Betreiben eines autonomen Fahrzeugs in einem ersten autonomen Modus. Das Verfahren kann auch das Identifizieren einer Situation umfassen, in der ein Vertrauensniveau eines autonomen Betriebs im ersten autonomen Modus unter einem Schwellenwertniveau liegt. Das Verfahren kann ferner das Senden einer Anfrage zur Unterstützung an einen entfernten Assistenten umfassen, wobei die Anfrage Sensordaten einschließt, die einen Teil einer Umgebung des autonomen Fahrzeugs darstellen. Das Verfahren kann zusätzlich das Empfangen einer Antwort von dem entfernten Assistenten umfassen, wobei die Antwort einen zweiten autonomen Betriebsmodus angibt. Das Verfahren kann auch bewirken, dass das autonome Fahrzeug in der zweiten autonomen Betriebsart gemäß der Antwort von dem entfernten Assistenten arbeitet.
  • US 9,720,410 B2 offenbart ein weiteres Verfahren zur Fernunterstützung für autonome Fahrzeuge in vorbestimmten Situationen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Überführen eines teleoperablen Fahrzeuges von einem Ausgangsbetriebsmodus in einen Zielbetriebsmodus, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
  • Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der sicheren Übergabe (handover) der Kontrolle eines teil- oder vollautomatisierten Fahrzeugs zwischen Fahrzeug und Kontrollzentrum unter Berücksichtigung von Betriebsmodi, Umfeld-Situation, Funktionsumfang, Kompatibilität und Zustand des Fahrzeugs.
  • Eine Kontrollübergabe kann notwendig werden, wenn im aktuellen Betriebsmodus ein Kontrollverlust und eine damit verbundene Gefahr voraussehbar ist. Eine Ausführungsform der Erfindung stellt während sowie unmittelbar nach einer solchen Kontrollübergabe sicher, dass keine Sicherheitsziele verletzt werden. Hierzu werden aktuelle und erwartbare Zustände von Fahrzeug, Umfeld, Kommunikation und Kontrollzentrum mit Sicherheitszielen abgeglichen und einer Übergabeentscheidung und -strategie zugrunde gelegt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass vor einem etwaigen Einleiten der Übergabe die Anforderungen des Zielbetriebsmodus bestimmt und Funktionen sowie Kompatibilität des Fahrzeuges mit diesen Anforderungen abgeglichen werden. Auf diese Weise wird eine definierte Verantwortungsverteilung ermöglicht, um Sicherheitsrisiken zu minimieren und ein akzeptables Restrisiko zu erreichen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 verschiedene im Rahmen des Verfahrens relevante Akteure und Entitäten.
    • 2 das Flussdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Verantwortung für die Steuerung eines Fahrzeugs und deren Art hängt typischerweise vom Betriebsmodus des Fahrzeuges ab. Der vorliegenden Ausführungsform liegt ein teilautomatisiertes oder automatisiertes Fahrzeug der Autonomiestufe 2 bis 5 gemäß SAE J3016 zugrunde, was ein gewisses Mindestmaß an Sensoren und Aktoren voraussetzt.
  • Beispiele für Betriebsmodi sind:
    • • Das Fahrzeug hat - zumindest in einem planbaren Areal - die volle Kontrolle über seine Fahrfunktionen (hohe bzw. volle Automation der Stufe 4 bzw. 5).
    • • Ein Insasse, insbesondere der Fahrer, wird bei der Ausübung der Fahrfunktionen unterstützt (Teilautomation bzw. bedingte Automation gemäß Stufe 2 bzw. 3).
    • • Ein Operator steuert im VCC ohne direkte Sichtverbindung anhand von - zumeist durch Sensoren des Fahrzeuges bezogenen - Fahrzeug- und Umfeld-Informationen über ein Drahtlosnetzwerk direkt oder indirekt die Aktoren des Fahrzeugs.
    • • Ein Operator im direkten Umfeld des Fahrzeugs steuert letzteres auf Sicht. Vorhandene Sensorik kann optional genutzt werden, ist aber nicht erforderlich.
    • • In festgelegten Arealen wird das Fahrzeug mithilfe vorhandener Umfeld-Sensorik durch eine - zum Beispiel in einem entsprechend ausgestatteten Parkhaus - vorhandene Infrastruktur gesteuert.
    • • Das Fahrzeug ist Teil eines Fahrzeugverbandes und wird durch vorausfahrende Fahrzeuge mitgesteuert (platooning).
    • • Ein Servicefahrzeug folgt automatisch einer Person oder einem anderen Fahrzeug, um Absicherungs-, Transportzwecke oder andere Aufgaben zu erfüllen.
    • • Das Fahrzeug folgt Gesten, um sich von einer Person einweisen zu lassen.
  • Ein Übergang zwischen derartigen Betriebsmodi kann aus verschiedenen Gründen angezeigt sein:
    • • Der bisherige Betriebsmodus kann - z. B. aufgrund von Gesundheitszustand des Fahrers oder Grenzen des Betriebsmodus - in absehbarer Zeit nicht sicher beibehalten werden. Eine Übergabe ist aus Sicherheitsgründen zwingend erforderlich.
    • • Eine Übergabe von einem Modus an einen anderen - zum Beispiel bei Ausfahrt aus einem Parkhaus und anschließender Fahrt auf öffentlichen Straßen - ist geplant.
    • • Komfortgründe sprechen für eine Übergabe, zum Beispiel wenn sich der bisherige Fahrer des Fahrzeugs entspannen oder arbeiten möchte.
    • • Eine Ressourcenplanung lässt die Übergabe wünschenswert erscheinen, etwa wenn der Operator nur für eine begrenzte Zeit zur Verfügung steht.
  • Des Weiteren kommen die folgenden Auslöser (trigger) für eine Übergabe in Betracht:
    • • spontane oder vorausschauende Erkennung eines Sicherheitsproblems mit dem aktuellen Betriebsmodus,
    • • Planung einer Übergabe aufgrund des bekannten Fahrtziels und geeigneter Strategien für Komfort und Kostenreduktion oder
    • • manuelle Anforderung durch Fahrer, Operator oder einen anderweitigen Akteur.
  • Hierbei ist an folgende Initiatoren der Übergabe zu denken:
    • • den im aktuellen Betriebsmodus verantwortlichen Fahrzeugführer,
    • • den im geplanten Folgemodus verantwortlichen Fahrzeugführer oder
    • • einen Dritten, der die Notwendigkeit eines Modus-Wechsels zu erkennen glaubt.
  • Direkt beteiligte Akteure und Entitäten sind (vgl. 1)
    • • ein teilautomatisiertes Fahrzeug (1), das auch Teleoperation erlaubt,
    • • Fahrer oder anderweitige Insassen (2) mit Führerschein, welche die direkte Steuerung des Fahrzeugs übernehmen,
    • • Polizei, Rettungskräfte oder Abschleppdienste (3), die in Notfällen die Teleoperation des Fahrzeugs entweder über ein Mobilfunknetz (4) oder direkte Drahtloskommunikation übernehmen,
    • • ein drahtloses lokales Rechnernetz (wireless local area network, WLAN) oder Mobilfunknetz (4), welches die Teleoperation erlaubt,
    • • ein VCC (5) als Arbeitsort des Operators oder
    • • eine Infrastruktur (6), welche das Fahrzeug (1) überwacht und innerhalb begrenzter Areale automatisch steuert.
  • Mit „Übergabe“ sei im Folgenden allgemein der Wechsel von einem Betriebsmodus zu einem anderen Modus bezeichnet. Dieser Wechsel soll idealerweise im fließenden Verkehr während der Fahrt erfolgen, um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen. Falls es nicht anders möglich oder sinnvoll ist, ist eine Übergabe bei reduzierter Geschwindigkeit oder im Stehen durchzuführen.
  • Die Übergabe erfolgt gemäß einem generischen Ablauf, der in 2 zu sehen ist und je nach Zielbetriebsmodus (Y) spezialisiert wird. Der Ablauf startet im Ausgangsbetriebsmodus (X) auf eine entsprechende Anforderung (11). Die Reihenfolge der nachfolgenden Schritte ist hierbei veränderlich. Sobald ein Prüf- oder Vorbereitungsschritt nicht erfolgreich verläuft oder eine Zeitüberschreitung (timeout) auftritt, wird die Übergabe abgebrochen und das Fahrzeug (1) verbleibt im Ausgangsbetriebsmodus (X).
  • Es folgt eine Prüfung der Verfügbarkeit des vorgesehenen Operators (12). Sodann ist zu prüfen, ob der besagte Operator legitimiert ist, die Steuerung zu übernehmen (13). Dieser Schritt umfasst unter anderem eine Überprüfung der Kommunikationssicherheit gemäß anerkannten Richtlinien der IT-Sicherheit, etwa mittels einer Public-Key-Infrastruktur (6) (PKI), sowie - je nach Zielbetriebsmodus (Y) - die Prüfung auf das Vorliegen eines Führerscheins bzw. einer ToD-Lizenz.
  • Anschließend erfolgen eine Verfügbarkeitsprüfung (14) des Mobilfunknetzes (4) auf der vorgesehenen Fahrtroute, Bestimmung (15) der Anforderungen des Zielbetriebsmodus (Y) und vorgesehenen Operators sowie Prüfung (16) der Kompatibilität und Funktionen (features) des Fahrzeuges (1). Letztere schließt einen Abgleich technischer Anforderungen bzgl. Sensoren und Aktoren sowie eine Prüfung auf technische Defekte ein, die eine Übergabe gefährden könnten.
  • Nach erfolgreichem Verlauf dieser Prüfungen wird die Übergabe hinsichtlich Typs, Zeit und Ortes geplant (17) und vorbereitet (18) sowie Verantwortungsbereiche ausgehandelt (19) und entsprechende Beschränkungen festgelegt (20). Zu klären ist in letzterem Schritt beispielsweise, ob Fahrzeugsysteme hilfsweise genutzt oder übersteuert werden oder es Grenzen gibt, die fest konfiguriert werden sollen, etwa bezüglich Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Abständen.
  • Schließlich kann die Handover-Phase gestartet werden (21). Bei erfolgreichem Abschluss (22) des Handovers wird der bisherige Operator informiert und aus der Verantwortung für das Fahrzeug (1) entlassen. Somit befindet sich das Fahrzeug (1) im Zielbetriebsmodus (Y).
  • Je nach Quell- und Zielmodus sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Falls sich ein Insasse im Fahrzeug (1) befindet, der in der Lage wäre, das Fahrzeug (1) rechtskonform und sicher zu steuern, kann dies als Ausweichlösung für den Fall einer Störung des ToD eingeplant werden. Dies erlaubt ToD auch auf Routen, die keine lückenlos zuverlässige Fernsteuerung gestatten.
  • Den Insassen (2) kann in diesem Szenario die Möglichkeit eingeräumt werden, nach vorheriger Prüfung ihrer Legitimation (13) - z. B. durch Übersteuern oder mit Hilfe eines Notausschalters - in die Steuerung einzugreifen.
  • Sobald ein Mensch das Fahrzeug (1) steuert, kann eine Überwachung beispielsweise mittels eines sogenannten Totmannschalters verwendet werden, um die Übergabe zu veranlassen, sobald die Steuerung des Fahrzeuges (1) unzuverlässig zu werden droht.
  • Automatisch oder manuell von Nutzern definierte Bewertungsfunktionen können genutzt werden, um geeignete Operatoren auszuwählen, die einen größtmöglichen Komfort bieten.
  • Soll ein Fahrzeug (1) an eine infrastrukturbasierte Steuerung (6) beispielsweise von einem Parkhaus übernommen werden, ist es hilfreich, wenn das Fahrzeug (1) auf einem dedizierten Platz abgestellt und aus dem Stillstand übernommen wird. Dies erlaubt einerseits den Insassen (2) einen unbehinderten Ausstieg und andererseits die Übernahme in einem sicheren Zustand. Auf diese Weise werden Ressourcenprobleme und kritische Zustände gemieden, wie sie während der Fahrt auftreten könnten. Der Ort der Übergabe sollte so gewählt sein, dass das gegebenenfalls beteiligte Mobilfunknetz (4) dort eine hinreichende Abdeckung bietet.
  • Bei jeder Übergabe ist sicherzustellen, dass der übernehmende Modus bzw. Operator für den betreffenden Fahrzeugtyp, das konkrete Fahrzeug (1) und dessen Ziele legitimiert ist. Diese Prüfung (13) mag anhand des Führerscheins des Fahrers (2) im Fahrzeug (1) bzw. des Operators im VCC (5) oder in Sichtnähe zum Fahrzeug (1) erfolgen. In Betracht kommen ferner ein Abgleich mit der Fahrzeugumgebung (Privatgelände ohne oder mit Personenverkehr, geschlossene Ortschaft, Autobahn, für automatisierte Fahrzeuge reservierte Strecke usw.) oder etwaige Berechtigungsbeschränkungen durch Hersteller, Flottenmanager und Besitzer.
  • Denkbar ist ferner die Steuerung des Fahrzeuges (1) durch in Sichtweite befindliche Mitarbeiter von Rettungsdienst, Polizei oder Abschleppdienst (3). Falls eine Mobilfunkverbindung verfügbar ist, sollte der entsprechende Modus-Wechsel zentral geprüft und protokolliert werden. Jedoch ist auch eine direkte Steuerung des Fahrzeuges (1) durch legitimierte Dienste (3) möglich, wenn letzteres beispielsweise in einem Funkloch steht. Hierzu sind seitens des Fahrzeuges (1) und der Steuerung der Rettungskräfte (3) kryptographische Mechanismen einzusetzen, die auch ohne Mobilfunknetz (4) eine Steuerung nur durch legitimierte Kräfte (3) erlauben.
  • Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät des Fahrzeuges (1) implementiert sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9494935 B2 [0003]
    • US 9767369 B2 [0004]
    • US 9465388 B1 [0005]
    • US 9720410 B2 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren (10) zum Überführen eines teleoperablen Fahrzeuges (1) von einem Ausgangsbetriebsmodus (X) in einen Zielbetriebsmodus (Y), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - auf Anforderung (11) wird im Ausgangsbetriebsmodus (X) eine Übergabe von Fahrverantwortung an einen vorgesehenen Operator geplant (17) und vorbereitet (18), - Bereiche der Fahrverantwortung und Betriebsgrenzen des Fahrzeuges (1) im Zielbetriebsmodus (Y) werden ausgehandelt (19), - die ausgehandelten Betriebsgrenzen werden gesetzt (20) und - die Übergabe wird eingeleitet (21) und zu einem sicheren Abschluss (22) im Zielbetriebsmodus (Y) gebracht.
  2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - vor dem Einleiten (21) der Übergabe wird geprüft, ob der Operator verfügbar ist (12).
  3. Verfahren (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - vor dem Einleiten (21) der Übergabe wird geprüft, ob der Operator dazu legitimiert ist, das Fahrzeug (1) über ein Mobilfunknetz (4) zu steuern (13).
  4. Verfahren (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - vor dem Einleiten (21) der Übergabe wird anhand einer Karte (32) berechnet, ob das Mobilfunknetz (4) nach der geplanten (17) Übergabe verfügbar ist (14).
  5. Verfahren (10) nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - vor dem Einleiten (21) der Übergabe werden Anforderungen des Zielbetriebsmodus (Y) bestimmt (15) und - Funktionen und Kompatibilität des Fahrzeuges (1) werden mit den Anforderungen abgeglichen (16).
  6. Verfahren (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Prüfen (12, 13) und Abgleichen (16) der Funktionen und Kompatibilität erfolgt anhand einer Operatordatenbank (31).
  7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - bei einem Funktionsfehler (30) während des Verfahrens (10) wird die Übergabe abgebrochen und der Ausgangsbetriebsmodus (X) beibehalten.
  8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Vorrichtung (1, 4, 5, 6), die eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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