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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Steuern und Schalten von Ampeln an einer Kreuzung.
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Die Entwicklung des Internets der Dinge bzw. Internet of Things (IoT) bietet die Möglichkeit, immer mehr Produkte und Geräte miteinander kommunizieren zu lassen und auf diese Geräte zuzugreifen, beispielsweise über ein Netzwerk und drahtlose Verbindungen. Im Bereich der Automobilindustrie und des Verkehrs hat sich hierbei eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation etabliert, die auch Vehicle-to-Device (V2X)-Kommunikation genannt wird und die eine drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen und anderen Geräten ermöglicht. Moderne Ampelanlagen und moderne Ampeln verfügen beispielsweise ebenfalls über die Möglichkeit, drahtlos auf die Ampeln zuzugreifen. Beispielsweise ist es möglich, dass Fahrzeuge über eine V2X-Kommunikation mit modernen Ampelanlagen kommunizieren und die Ampelschaltung beeinflussen. Beispielsweise können vor einer roten Ampel wartende Fahrzeuge der Ampel melden, dass sie vor der Ampel stehen und auf eine Grünphase warten. Ebenso ist es möglich, dass Einsatzfahrzeuge der Ampelanlage signalisieren, dass sie in einem Einsatz sind und die Ampelanlage passieren wollen, sodass die Ampeln für den Weg des Einsatzfahrzeugs eine Grünphase schalten können.
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Damit unterscheiden sich moderne Ampeln oder Signalanlagen dadurch, dass die einzelnen Ampeln in ein Netzwerk eingebunden sind und somit auch von anderen in dem Netzwerk eingebundenen oder angemeldeten Geräten gesteuert oder beeinflusst werden können.
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Zwar sind eine Sicherung und diverse Schutzmechanismen vorgesehen, um einen unautorisierten Eingriff auf die Signalanlage und die Schaltzustände der Ampeln zu vermeiden. Dies ist in der Regel in den gängigen IoT-Systemen oder V2X-Systemen implementiert. Dazu werden typischerweise Firewalls eingesetzt oder andere auf Software basierende Überprüfungs- und Schutzmechanismen, die ein Eindringen eines Angreifers unterbinden sollen. Dennoch können derartige Schutzmechanismen, insbesondere solche, die auf Software beruhen, von Hackern oder Angreifern überwunden werden, insbesondere wenn sie sich Zugang zu dem Netzwerk verschafft haben. Signalanlagen und Ampelschaltungen können bei einer Manipulation oder einer Fehlfunktion jedoch sicherheitsrelevante Zustandskonfigurationen annehmen, in denen die einzelnen Signale oder Ampeln so geschaltet werden können, dass es zu Kollisionen von Fahrzeugen kommt. Beispielsweise könnten fehlerhafterweise alle Ampeln auf Grün geschaltet sein.
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Es besteht deshalb ein hoher Bedarf, Signalanlagen und Ampelanlagen zu verbessern, um ein unautorisiertes Eindringen von außen, beispielsweise über ein Netzwerk, zu vermeiden. Die Sicherheit der Anlagen soll verbessert werden.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Steuern und Schalten von Ampeln einer Ampelanlage an einer Kreuzung, mit:
- einer Eingangsschnittstelle zum Empfang eines Anforderungssignals zum Schalten der Ampeln in eine gewünschte Zustandskonstellation;
- einer Verifikationseinheit zum Überprüfen des Anforderungssignals mittels einer Verifikationsinformation und zum Erzeugen eines Verifikationssignals basierend auf der Überprüfung;
- einer Auswerteeinheit zum Auswerten des Verifikationssignals und zum Erzeugen eines Schaltsignals für die Ampeln der Ampelanlage;
- einer Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben des Schaltsignals für die Ampeln; wobei die Verifikationsinformation in der Verifikationseinheit hinterlegt ist; und wobei die Verifikationsinformation unveränderbar ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Steuern und Schalten von Ampeln einer Ampelanlage an einer Kreuzung mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben und mit wenigstens drei Ampeln, an die das in der Vorrichtung erzeugte Schaltsignal übertragen wird.
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Weiterhin betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern und Schalten von Ampeln einer Ampelanlage an einer Kreuzung, mit den folgenden Schritten:
- Empfangen eines Anforderungssignals zum Schalten der Ampeln in einen gewünschten Zustand mittels einer Eingangsschnittstelle;
- Auswerten des Anforderungssignals;
- Verifizieren und Überprüfen des Anforderungssignals durch Vergleich mit einer unveränderbaren Verifikationsinformation;
- Erzeugen eines Verifikationssignals basierend auf der Überprüfung;
- Auswerten des Verifikationssignals;
- Erzeugen eines Schaltsignals für die Ampeln;
- Ausgeben des Schaltsignals für die Ampeln mittels einer Ausgangsschnittstelle.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt für die Vorrichtung und das System zum Steuern von Fahrfunktionen entsprechend der in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt für die Vorrichtung und das Verfahren zum Steuern und Schalten von Ampeln einer Ampelanlage an einer Kreuzung entsprechend den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Gestaltungen ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass vor dem Erzeugen eines Schaltsignals für die Ampelanlage und einzelne Ampeln eine Überprüfung und Verifikation der gewünschten Zustandskonstellation erfolgt. Dazu wird das bevorzugt drahtlose und bevorzugt über ein Netzwerk empfangene Anforderungssignal überprüft und verifiziert. Die Verifikationseinheit verfügt über eine Verifikationsinformation, gegen die das Anforderungssignal geprüft wird. Die Verifikationsinformation umfasst bevorzugt Schaltzustände und Zustandskonstellationen bzw. Zustandskonfigurationen für die Ampelanlage, die erlaubt sind oder die verboten sind. Wird eine erlaubte Zustandskonstellation als Ergebnis des Schaltens der Ampeln mittels des Anforderungssignals angefordert, so wird ein Verifikationssignal erzeugt und von der Verifikationseinheit an die Auswerteeinheit übergeben. Die Auswerteeinheit erzeugt dann die entsprechenden Schaltsignale für die Ampeln.
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Umfasst das Anforderungssignal einen Schaltzustand für eine gewünschte Zustandskonstellation, die in der Verifikationsinformation als nicht erlaubte Konfiguration bzw. Konstellation hinterlegt ist, so wird kein Verifikationssignal erzeugt. Ohne Vorliegen des Verifikationssignals kommt die Auswerteeinheit zu einem negativen Ergebnis und verhindert das Erzeugen eines Schaltsignals für die Ampeln. Durch diese Überprüfung werden sicherheitskritische Konstellationen und Schaltzustände für das Schalten der Ampeln der Ampelanlage vermieden. Da die Verifikationsinformation unveränderbar ist, ist es nicht möglich, diese Informationen zu manipulieren. Selbst wenn es gelingt, in die Vorrichtung einzudringen, etwa über die Eingangsschnittstelle, kann die hinterlegte Verifikationsinformation nicht abgeändert werden. Es ist somit nicht möglich, Anforderungssignale zu erzeugen, die Zustandskonstellationen anzufordern und die Ampeln in unerlaubte Zustände zu schalten, sodass die Ampelanlage sicherheitskritische oder verbotene Zustandskonfigurationen aufweist.
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Beispielsweise ist es nicht möglich, alle Ampeln der Ampelanlage auf Grün zu schalten, sodass Fahrzeuge aus allen Richtungen die Kreuzung gleichzeitig passieren könnten.
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Da die Verifikationsinformation unveränderbar ist, lässt sie sich auch dann nicht verändern, wenn ein Angreifer über ein Netzwerk, beispielsweise drahtlos, in die erfindungsgemäße Vorrichtung eindringt oder eine Manipulationssoftware installiert. Die Verifikationsinformationen bleiben deshalb stets gleich. Da das Erzeugen des Schaltsignals auf der Verifikation des Anforderungssignals mittels der Verifikationsinformation basiert, ist die Vorrichtung besonders sicher.
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Die Verifikationseinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die mit dem Anforderungssignal übermittelte Zustandskonstellation, in die die Ampelanlage geschaltet werden soll, mit der Verifikationsinformation abzugleichen und zu überprüfen. Dabei kann entschieden werden, ob die gewünschte Zustandskonstellation in der Verifikationsinformation hinterlegt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern und Schalten von Ampeln einer Ampelanlage wird das Anforderungssignal zum Schalten einer Ampel zunächst ausgewertet, bevorzugt in der Auswerteeinheit oder alternativ der Verifikationseinheit. In der Auswertung kann beispielsweise geprüft werden, ob die oder eine der Ampeln in einen Zustand geschaltet werden soll, der eine kritische Zustandskonfiguration hervorrufen kann. Umfasst das Anforderungssignal beispielsweise das Schalten einer Ampel auf Grün oder Rot (grüne bzw. rote Leuchte der Ampel soll leuchten), kann prinzipiell eine kritische Zustandskonfiguration erfolgen. Soll beispielsweise eine Ampel auf Gelb geschaltet werden oder soll eine Umschaltzeit verändert werden, so ist hierdurch kein sicherheitsrelevanter Zustand bzw. Zustandskonfiguration zu erzielen. Folglich muss eine weitere Überprüfung in der Verifikationseinheit nicht stattfinden. Die Vorrichtung kann dadurch schnell reagieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verifikationsinformation sicherheitskritische Zustandskonstellationen. Die Verifikationseinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine sicherheitskritische Zustandskonstellation zu erkennen. Eine sicherheitskritische Zustandskonstellation ist eine unerlaubte Kombination von Schaltzuständen der einzelnen Ampeln der Anlage. Beispielsweise liegt bei einer Kreuzung eine sicherheitskritische Konstellation vor, wenn zwei nicht gegenüberliegende Ampeln jeweils auf Grün geschaltet sind. Fahrzeuge, die die Kreuzung aus Richtung der grün geschalteten Ampeln passieren würden, würden unweigerlich zusammenstoßen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangsschnittstelle eine drahtlose Schnittstelle ist. Das Anforderungssignal wird bevorzugt drahtlos empfangen. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein drahtloses Netzwerk eingebunden werden. Die Vorrichtung kann über drahtlose Verbindungen erreicht werden, sodass auch Fahrzeuge in der Umgebung ein Anforderungssignal an die Vorrichtung zum Steuern der Ampelanlage senden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle dazu ausgebildet, Anforderungssignale basierend auf einem V2X-Signal zu empfangen. Dies bedeutet, dass die Anforderungssignale auf einer V2X- Kommunikation basieren. Ein derartiges Protokoll wird von vielen modernen Fahrzeugen verwendet, um mit weiteren Geräten in der Umgebung des Fahrzeugs oder anderen Fahrzeugen drahtlos zu kommunizieren. Somit lässt sich die Vorrichtung und die mit der Vorrichtung ausgestattete Ampelanlage einfach von Fahrzeugen erreichen, ohne dass die Fahrzeuge besonders ausgestattet sein müssen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verifikationseinheit dazu ausgebildet, dass die Verifikationsinformation in Form einer Tabelle hinterlegt ist. Die Verifikationsinformation kann beispielsweise eine Wahrheitstabelle sein, in der für alle Ampeln der Ampelanlage mögliche Schaltzustände aufgelistet sind. Die Kombination der einzelnen Schaltzustände kann dann in einer weiteren Spalte der Tabelle kategorisiert werden. Eine Kategorie kann ein erlaubter Zustand oder ein verbotener Zustand sein. Auf diese Weise lässt sich eine Zustandskonfiguration einfach mit der Tabelle abgleichen. Die Vorrichtung kann somit sehr schnell und sehr zuverlässig auf ein empfangenes Anforderungssignal reagieren.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verifikationsinformation in der Verifikationseinheit hardwareimplementiert. Eine hardwareseitige Implementierung stellt sicher, dass die Verifikationsinformation unveränderbar ist. Ein nicht erlaubtes Eindringen in die Vorrichtung, beispielsweise über die Eingangsschnittstelle, oder das Übermitteln einer Schadsoftware kann nicht dazu führen, dass die Verifikationsinformation verändert wird. Lediglich der hardwareseitige Austausch eines Bauteils oder Elements der Vorrichtung ermöglicht eine Änderung der Verifikationsinformation, wenn diese hardwareseitig hinterlegt bzw. hard-coded.
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Vorzugsweise ist die Verifikationseinheit ein Mikrocontroller oder ein programmierbarer Speicherbaustein (PLC, Programmable Logic Controller) oder ein FPGA (Field-Programmable Gate Array). In diesen Baustein können Informationen hard-coded implementiert werden, sodass sie nicht über Software verändert werden können. Selbstverständlich kann die Vorrichtung selbst auch als programmierbarer Speicherbaustein ausgebildet sein. Die Verifikationseinheit kann dann Teil des Speicherbausteins sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangsschnittstelle, mittels der das erzeugte Schaltsignal für die Ampeln ausgegeben wird, eine drahtgebundene Schnittstelle. Bevorzugt ist eine Steuerleitung an die drahtgebundene Schnittstelle angeschlossen. Die Steuerleitung ist bevorzugt mit den Ampeln der Ampelanlage verbunden. Das Schaltsignal wird also drahtgebunden an die Ampeln übermittelt, sodass auf diesem Weg keine Beeinflussung oder Veränderung erfolgen kann, weil ein Zugriff auf das Schaltsignal ausgeschlossen ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein Steuergerät integriert sein, das Teil der Ampelanlage sein kann. Das Steuergerät kann bevorzugt Teil des erfindungsgemäßen Systems mit der oben beschriebenen Vorrichtung sowie wenigstens drei Ampeln sein. Das in der Vorrichtung erzeugte Schaltsignal wird an die drei Ampeln des Systems übertragen. Vorzugsweise kann das System also die Ampelanlage sein, die bei einer T-förmigen Straßenführung wenigstens drei Ampeln umfasst. Bei einer X-förmigen Kreuzung hat die Ampelanlage bevorzugt wenigstens vier Ampeln, sodass für jeden von der Kreuzung abgehenden Abzweig eine Ampel vorgesehen ist.
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Vorzugsweise hat das System eine kabelgebundene Steuerleitung, mittels der das Schaltsignal von der Vorrichtung an die Ampeln übertragen wird. Es können selbstverständlich mehrere Steuerleitungen vorgesehen sein, sodass jede Ampel der Ampelanlage an eine separate Steuerleitung angeschlossen ist. Es ist auch möglich, die Steuerleitung als Bussystem auszuführen, beispielsweise als seriellen Bus. Die Ampeln können in einer ringförmigen oder seriellen Anordnung an die Steuerleitung angeschlossen sein.
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Zustandskonstellationen oder Zustandskonfigurationen sind Kombinationen von Schaltzuständen der Ampeln einer Ampelanlage. Signalanlagen und Ampelanlagen sind Anlagen zur Regelung und Steuerung der Verkehrsflüsse im Straßenverkehr. Sie werden beispielsweise an Kreuzungen eingesetzt. Ampeln oder Signalleuchten haben in der Regel wenigstens zwei Leuchten, die eine grüne und eine rote Leuchte umfassen. Sie können weitere Leuchten, zum Beispiel eine gelbe Leuchte, aufweisen. Verifikationsinformationen sind Informationen zur Zustandskonstellation und Zustandskonfiguration, die zur Überprüfung von gewünschten oder angeforderten Schaltzuständen für Ampeln einer Ampelanlage dienen. Das Anforderungssignal umfasst die gewünschten und geforderten Schaltzustände. Es kann ein Abgleich oder Vergleich zwischen den geforderten Schaltzuständen oder Zustandskonfigurationen und den Verifikationsinformationen erfolgen, beispielsweise indem die Anforderungssignale mit den Verifikationssignalen verglichen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Kreuzung mit einem System gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine Verifikationsinformation in Form einer hinterlegten Wahrheitstabelle; und
- 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes System 10 mit einer Vorrichtung 12 zum Steuern und Schalten von Ampeln. Das System umfasst weiter vier Ampeln 14, die mit einer Ausgangsschnittstelle 16 der Vorrichtung 12 verbunden sind. Die vier Ampeln 14 sind in Reihe geschaltet. Selbstverständlich können die Ampeln auch in Sternschaltung oder in einer Kombination aus Reihen- und Sternschaltung verschaltet sein.
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Die Vorrichtung 12 umfasst eine Eingangsschnittstelle 18 zum Empfang eines drahtlosen Eingangssignals, das bevorzugt auf dem V2X-Standard basiert. Die Eingangsschnittstelle 18 ist deshalb als drahtlose Schnittstelle vorgesehen. Es können Signale über ein drahtloses Netzwerk, WiFi, Bluetooth, GSM-Standards wie 4G, LTE, 5G, oder sonstige drahtlose Signale empfangen werden. Die Eingangsschnittstelle 18 ist entsprechend den Anforderungen anzupassen.
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Die Vorrichtung 12 umfasst weiter eine Verifikationseinheit 20, die bevorzugt mit der Eingangsschnittstelle 18 verbunden ist und empfangene Signale, insbesondere Anforderungssignale zum Schalten der Ampeln, überprüft. Die Überprüfung erfolgt bevorzugt mittels einer Verifikationsinformation, die unveränderbar ist und in der Verifikationseinheit 20 hinterlegt ist. Bei einer erfolgreichen Prüfung erzeugt die Verifikationseinheit 20 ein Verifikationssignal, das sie an eine Auswerteeinheit 22 übermittelt. Die Auswerteeinheit 22 wertet das Verifikationssignal aus und erzeugt bei Vorliegen eines validen Verifikationssignals ein Schaltsignal für die Ampeln 14. Das Schaltsignal wird über die Ausgangsschnittstelle 16 an die Ampeln 14 übermittelt. Liegt kein Verifikationssignal vor, wird kein Schaltsignal erzeugt. Die Ampelanlage kann in der aktuellen Konfiguration bzw. Schaltzustand bleiben. Es ist denkbar, dass eine Fehlermeldung oder ein Warnsignal ausgegeben wird.
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In der Verifikationseinheit 20 sind Verifikationsinformationen hinterlegt, die erlaubte und verbotene Zustandskonfigurationen und Schaltzustände der Ampeln 14 aufweisen. Dabei wurde insbesondere berücksichtigt, dass das Schalten der Ampeln 14 auf Grün und auf Rot und die Kombination dieser Schaltzustände kritische Konfigurationen darstellen können. Eine kritische und nicht erlaubte Zustandskonfiguration für die Ampeln einer Ampelanlage an einer Kreuzung ist beispielsweise das Schalten aller Ampeln auf Grün. Auch das Schalten zweier benachbarter und nicht gegenüberliegender Ampeln gleichzeitig in den Zustand Grün ist nicht erlaubt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann deshalb vorgesehen sein, dass ein mit der Schnittstelle 18 empfangenes Anforderungssignal zunächst dahingehend überprüft wird, ob ein Schalten einer der Ampeln in den Zustand Grün oder Rot angefordert wird. Ist dies nicht der Fall, weil beispielsweise die Ampeln auf Gelb geschaltet werden sollen oder nur die Taktzeit verändert werden soll, kann beispielsweise erkannt werden, dass eine Überprüfung mittels der Verifikationseinheit 20 und ein Vergleich mit den Verifikationsinformationen nicht notwendig ist. Eine derartige Vorprüfung kann entweder in der Verifikationseinheit 20 selbst oder in der Auswerteeinheit 22 erfolgen. Erfolgt die Vorprüfung in der Auswerteeinheit 22, muss keine weitere Überprüfung in der Verifikationseinheit 20 erfolgen. Primär kann die Auswerteeinheit 22 direkt das Schaltsignal erzeugen, das die Ampeln in die gewünschten Schaltzustände versetzt. Auf diese Weise lässt sich eine schnellere Verarbeitung der Anforderungssignale erzielen.
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2 zeigt eine Verkehrssituation mit einer Kreuzung 24, an der eine Ampelanlage 26 installiert ist, die vier Ampeln 14 umfasst. Das erfindungsgemäße System 10 umfasst die Vorrichtung 12 sowie die vier Ampeln 14 der Ampelanlage 26. Die Ampeln 14 sind jeweils über eine Steuerleitung 28 mit der Vorrichtung 12 verbunden. Somit ist ein kabelgebundener Anschluss der Ampeln 14 an die Vorrichtung 12 realisiert.
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Fahrzeuge 30, die auf die Kreuzung 24 zufahren und entsprechend der Schaltung der Ampeln 14 anhalten, können ein drahtloses Anforderungssignal senden, um der Ampelanlage 26 ihre Anwesenheit mitzuteilen. Dabei werden die Anforderungssignale von den Fahrzeugen 30 direkt an die Vorrichtung 12 übermittelt. Bevorzugt haben die Ampeln 14 selbst keine Empfangseinheit, um drahtlose Signale zu empfangen. Das von den Fahrzeugen 30 übermittelte Anforderungssignal wird in der Regel gemäß dem V2X-Standard übertragen, sodass in den Fahrzeugen 30 keine weiteren technischen Mittel vorgesehen sein müssen, um Anforderungssignale an die Ampelanlage 26 zu übermitteln.
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Da das System 10 mit der Vorrichtung 12 eine drahtlose Kommunikation mit den Fahrzeugen 30 erlaubt, können sich auch andere netzwerkfähige Geräte mit der Vorrichtung 12 verbinden. Beispielsweise könnte ein mobiler Rechner 32 ein drahtloses Anforderungssignal über eine drahtlose Verbindung, beispielsweise als V2X-Signal, an die Vorrichtung 12 senden, um die Ampelanlage 26 zu manipulieren. Dazu müssten die standardmäßig in der Ampelanlage 26 oder Vorrichtung 12 vorgesehenen technischen Maßnahmen zum Verhindern eines unerlaubten Eindringens in das System überwunden werden. Aber selbst dann könnten keine kritischen Zustandskonstellationen der Ampelanlage 26 erzielt werden, da die Verifikationsinformationen, die in der Verifikationseinheit 20 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 hinterlegt sind, unveränderbar sind. Die Verifikationsinformationen sind deshalb bevorzugt „hartverdrahtet“. Sie können also nur durch Austausch einer Hardwarekomponente verändert werden.
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3 zeigt beispielhaft eine Möglichkeit für eine Verifikationsinformation der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12. Die Verifikationsinformation ist als eine Tabelle 34 hinterlegt, im vorliegenden Fall beispielhaft als eine Wahrheitstabelle.
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In der Wahrheitstabelle sind in den ersten vier Spalten die möglichen Schaltzustände für die Ampeln 14 einer Ampelanlage 26 an einer Kreuzung 24 aufgelistet. Der Tabellenwert G entspricht dem Schaltzustand Grün, bei dem die Ampel so geschaltet ist, dass die grüne Signalleuchte der Ampel leuchtet. Der Tabellenwert R entspricht dem Schaltzustand Rot, bei dem nur die rote Signalleuchte einer Ampel 14 leuchtet.
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Die fünfte Spalte S charakterisiert die erlaubten oder verbotenen Zustände der entsprechenden Konfigurationen. Ein Minuszeichen bedeutet eine verbotene Konfiguration; ein Pluszeichen bedeutet eine erlaubte Konfiguration.
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In Zeile 1 der Tabelle 34 sind mit A1 bis A4 die Ampeln an einer Kreuzung 24 charakterisiert. Mit Bezug auf 2 entspricht A1 der am nördlichen Abzweig der Kreuzung 24 angeordneten Ampel 14, A2 der am südlichen Abzweig angeordneten Ampel 14, A3 der am östlichen Abzweig angeordneten Ampel 14 und A4 der an dem westlichen Abzweig der Kreuzung angeordneten Ampel 14.
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Der Tabelle 34 ist zu entnehmen, dass ein Schaltzustand gemäß Zeile 8, bei dem die südliche und östliche Ampel auf Rot geschaltet sind, jedoch die nördliche und westliche Ampel auf Grün geschaltet sind, eine verbotene Zustandskonfiguration darstellt. In diesem Fall würden Fahrzeuge 30 von Norden und Westen gleichzeitig in die Kreuzung 24 einfahren, sodass eine Kollision nicht verhindert werden könnte.
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Ein Anforderungssignal, das ein Schalten der Ampeln 14 in eine derartige Zustandskonfiguration anfordert, würde also nicht ausgeführt werden. Die Auswerteeinheit 22 würde kein Schaltsignal erzeugen. Da die Wertetabelle 34 eine derartige Zustandskonfiguration nicht zulässt, kann diese nicht erzielt werden. Dies ist auch dann nicht möglich, wenn ein mobiler Rechner 32 eine derartige Anforderung an die Vorrichtung 12 sendet.
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4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern und Schalten von Ampeln 14 an einer Kreuzung 24. Das Verfahren umfasst Schritte des Empfangens S10 eines Anforderungssignals zum Schalten der Ampeln 14 in einen gewünschten Zustand, des Auswertens S12 des Anforderungssignals, des Verifizierens und Überprüfens S14 des Anforderungssignals durch Vergleichen einer unveränderbaren Verifikationsinformation, des Erzeugens S16 eines Verifikationssignals basierend auf der Überprüfung, des Auswertens S18 des Verifikationssignals, des Erzeugens S20 eines Schaltsignals für die Ampeln 14 und des Ausgebens S22 des Schaltsignals für die Ampeln 14, bevorzugt mittels einer Ausgangsschnittstelle. Das Verfahren kann beispielsweise in Software implementiert sein, die auf einem Prozessor eines Steuergerätes für eine Ampelanlage ausgeführt wird.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit können die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Vorrichtung
- 14
- Ampel
- 16
- Ausgangsschnittstelle
- 18
- Eingangsschnittstelle
- 20
- Verifikationseinheit
- 22
- Auswerteeinheit
- 24
- Kreuzung
- 26
- Ampelanlage
- 28
- Steuerleitung
- 30
- Fahrzeug
- 32
- Rechner
- 34
- Tabelle
