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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfügbarkeits-Optimierungssystem zur Optimierung der Verfügbarkeit eines Straßenabschnitts für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug, ein Fahrzeug, das ein Straßenzustandssystem eines Verfügbarkeits-Optimierungssystems aufweist, ein Verfahren zur Optimierung der Verfügbarkeit von Straßenabschnitten für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug und ein Computerprogrammelement.
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Stand der Technik
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Das autonome Fahren kann in Abhängigkeit von Wetterbedingungen oder Straßenverhältnissen aktiviert oder deaktiviert werden. Wenn die Bedingungen schlecht sind, zum Beispiel, wenn die Straße vereist ist, sollte ein Autopilot aus Sicherheitsgründen ausgeschaltet werden. Das heißt, auf der einen Seite ist eine hohe Verfügbarkeit der Straße für autonomes Fahren erwünscht, auf der anderen Seite sind Sicherheitsaspekte für menschliches Fahren bei schlechtem Wetter oder Straßenbedingungen erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zu finden, das eine optimale Entscheidung, wann ein Autopilot ausgeschaltet oder eingeschaltet wird, bereitstellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf die Entscheidung des Umschaltens zwischen autonomen und manuellen Fahrmodi in autonomen Fahrszenarien, die stark von Wetter- und Straßenzustandsinformationen abhängen. Wetterdienstleister (WSP) liefern Wetterdaten, die von solchen Entscheidungssystemen zur Beurteilung des Straßenzustands verwendet werden können. Es sollte nahezu in Echtzeit sichergestellt werden, dass die Systementscheidung sowie deren Eingabedaten die Sicherheits- und Qualitätsanforderungen erfüllen.
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Folglich müssen Straßenzustandsdienste normalerweise einen Kompromiss zwischen Verfügbarkeits- und Sicherheitsanforderungen eingehen. Eine höhere Verfügbarkeit, d.h. Einschalten des Autopiloten für einen Straßenabschnitt, kann zu einer verringerten Sicherheit führen und umgekehrt. Je öfter ein Straßensegment für autonomes Fahren frei gegeben wird, desto höher ist die Verfügbarkeit der Straße für autonomes Fahren. Wenn jedoch das Straßensegment fälschlicherweise frei gegeben wird, z.B. bei schlechten Wetterbedingungen für einen autonomen Piloten, wird eine sicherheitskritische Situation verursacht, die überwacht und vermieden werden sollte. Das Straßenzustandssystem sollte dann seine Parameter anpassen, um die Sicherheitsanforderungen auf einem hohen Niveau zu halten, auch wenn die Verfügbarkeit sinkt („Always-Safe-Requirement“), um Unfälle zu vermeiden. Ein Beispiel für die Parametereinstellung kann sein, bei welchem Nachweisniveau des Niederschlags der Autopilot ausgeschaltet ist. Niedrigere Nachweisniveaus lösen häufiger eine Deaktivierung des Autopiloten aus, was die Sicherheit zu Lasten der Verfügbarkeit erhöht.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfügbarkeits-Optimierungssystem zur Optimierung der Verfügbarkeit eines Straßenabschnitts für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfügbarkeits-Optimierungssystem weist ein Straßenzustandssystem für das autonom fahrfähige Fahrzeug und ein Überwachungssystem auf. Das Überwachungssystem ist eingerichtet ist, Referenz-Umweltdaten zu ermitteln, wohingegen das Straßenzustandssystem eingerichtet ist, Umfeld-Umweltdaten zu ermitteln, und basierend auf Parametern, welche auf Grundlage der Umfeld-Umweltdaten zu einer Entscheidung des Straßenzustandssystems führen, zu entscheiden, ob der Straßenabschnitt für autonomes Fahren freizugeben oder zu sperren ist. Das Straßenzustandssystem ist ferner eingerichtet, die Straße für ein autonomes Befahren des Straßenabschnitts durch das autonom fahrfähige Fahrzeug freizugeben oder zu sperren. Das Straßenzustandssystem bildet weiterhin mit dem Überwachungssystem ein Regelsystem, das eingerichtet ist, die Parameter, die zu einer Entscheidung des Straßenzustandssystems führen, unter Berücksichtigung der Referenz-Umweltdaten anzupassen.
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Somit weist das System ein Straßenzustandssystem auf, das auf Grundlage von Umfeld-Umweltdaten entscheidet, ob ein Straßenabschnitt für ein autonomes Befahren durch ein Fahrzeug freigegeben wird, wobei die Parameter, die auf diese Umfeld- Umweltdaten zurückgreifen, angepasst werden können. Die Anpassung der Parameter erfolgt durch das Überwachungssystem, das einerseits das Straßenzustandssystem überwacht und andererseits auf Referenz-Umweltdaten zurückgreift, so dass es Korrekturen ermitteln kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Umfeld-Umweltdaten Daten von Sensoren des Fahrzeugs und/oder drahtlos übertragene Daten eines Dienstes, und/oder Daten eines Umweltmodells. Dies sind z.B. Daten über den Straßenzustand, Straßenart, Straßenverlauf, Steigung bzw. Gefälle, Verkehrsdichte, Verkehrsinformationen, Wetterzustand und Fahrzeugdaten, wie z.B. Geschwindigkeit. Drahtlose Verbindungen können insbesondere Mobilfunkverbindungen sein, aber auch andere Funksysteme sind möglich. Daten eines Umweltmodells können beispielsweise Daten eines Wettermodells sein. Umfeld-Umweltdaten, können somit auch Daten sein, die nicht auf Sensordaten beruhen, sondern auf modellierten Werten von z.B. Wettermodellen, die das Wetter und den darauf basierenden Zustand der Straße modellieren.
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Gemäß einer Ausführungsform, weisen die Referenz-Umweltdaten Daten von Sensoren entlang des Straßenabschnitts und/oder Daten von Referenzfahrzeugen auf und beschreiben den IST-Zustand des Straßenabschnitts. Die z.B. fest installierten Sensoren entlang des Straßenabschnitts können z.B. gewartet und eingestellt werden und daher sehr genaue Daten liefern. Die Referenzfahrzeuge können beispielsweise spezielle und besonders empfindliche Sensoren aufweisen, und es können statistische Werte über die gelieferten Daten gerechnet werden, so dass beispielsweise Mittelwerte berechnet werden können und Ausreißerwerte verworfen werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Überwachungssystem weiterhin eingerichtet, auf Basis der Referenz-Umweltdaten für den Straßenabschnitt eine Referenzentscheidung zu ermitteln und die Referenzentscheidung mit der Entscheidung des Straßenzustandssystems zu vergleichen, eine Statistik auf Grundlage des Vergleichs zu erstellen, basierend auf der Statistik eine Entscheidungs-Schwellwertkurve, die Entscheidungs-Schwellwerte enthält, zu erstellen, und Informationen zur Anpassung der Parameter für die Entscheidung, die zu der Entscheidung des Straßenzustandssystems führen, an das Straßenzustandssystem zu senden. Werden also z.B. gegenüber den Referenzentscheidungen zu viele falsche Entscheidungen gefällt, werden die Parameter angepasst.
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Gemäß einer Ausführungsform beruht die Referenzentscheidung und die Entscheidung des Straßenzustandssystems auf Aspekten der Sicherheit und der Verfügbarkeit eines Straßenabschnitts für autonomes Befahren. Die Entscheidungs-Schwellwertkurve stellt Werte der Verfügbarkeit in Abhängigkeit von Werten der Sicherheit dar.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Überwachungssystem weiterhin eingerichtet, eine Vorgabe zu erhalten, zu welchem Wert der Sicherheit der Straßenabschnitt freigegeben werden soll. Das Überwachungssystem ist eingerichtet, den korrespondierenden Wert der Verfügbarkeit aus Entscheidungs-Schwellwertkurve zu ermitteln, Informationen zur Anpassung der Parameter für die Entscheidung auf Basis des erhaltenen Wertes der Sicherheit und des ermittelten Wertes der Verfügbarkeit an das Straßenzustandssystem zu senden. Das Straßenzustandssystem ist eingerichtet ist, die anhand der Umfeld-Umweltdaten und der angepassten Parameter für die Entscheidung zu entscheiden, ob der Straßenabschnitt für autonomes freizugeben ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Straßenzustandssystem eingerichtet, die Entscheidung auf Grundlage der angepassten Parameter für einen anderen Straßenabschnitt als den Straßenabschnitt, auf dem sich das Fahrzeug gerade befindet oder auf einem Straßenabschnitt, für den keine Referenz-Umweltdaten verfügbar sind, zu treffen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Überwachungssystem weiterhin eingerichtet, die Statistik über einen oder über mehrere Straßenabschnitte zu erstellen, wobei ein Vergleich einen Validierungspunkt darstellt, mehrere Validierungspunkte dazu verwendet werden, einen Entscheidungs-Schwellwert zu ermitteln, wobei ein Entscheidungs-Schwellwert folgende Metriken aufweist:
- - wahr positiv (TP), bei der der Straßenabschnitt unkritisch ist und das Straßenzustandssystem „unkritisch“ entscheidet;
- - wahr negativ (TN), bei der der Straßenabschnitt kritisch ist und das Straßenzustandssystem „kritisch“ entscheidet;
- - falsch positiv (FP), bei der der Straßenabschnitt kritisch ist und das Straßenzustandssystem „unkritisch“ entscheidet;
- - falsch negativ (FN), bei der der Straßenabschnitt unkritisch ist und das Straßenzustandssystem „kritisch“ entscheidet;
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Die Verfügbarkeit wird hierbei gemäß
die Sicherheit gemäß
„Kritisch“ bedeutet hierbei, dass der Straßenabschnitt nicht im autonomen Modus zu befahren ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Verfügbarkeits-Optimierungssystem eine drahtlose Client/Server-Anordnung. Beispielsweise kann das Überwachungssystem als Client ausgeführt sein, der seine Daten an das Überwachungssystem liefert und Anfragen an das Überwachungssystem, also den Server sendet. In diesem Fall beinhaltet das Überwachungssystem einen Dienst, der alle erhaltenen Daten prozessiert und die Parameteranpassung als Antwort zurückgibt. Eine umgekehrte Implementierung wäre ebenfalls möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein oben beschriebenes Straßenzustandssystem eines Verfügbarkeits-Optimierungssystems aufweist. Das Fahrzeug kann insbesondere ein elektrisch betriebenes, hybrides oder ein mit einem fossilen Brennstoff betriebenes Personen- oder Lastkraftfahrzeug sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Optimierung der Verfügbarkeit von Straßenabschnitten für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:
- - Ermitteln von Umfeld-Umweltdaten durch ein Straßenzustandssystem;
- - Entscheiden, basierend auf Parametern, welche auf Grundlage der Umfeld-Umweltdaten zu einer Entscheidung des Straßenzustandssystems führen, ob der Straßenabschnitt für autonomes Fahren freizugeben oder zu sperren ist, durch das Straßenzustandssystem;
- - Freigeben oder Sperren des Straßenabschnitts für ein autonomes Befahren des durch das autonom fahrfähige Fahrzeug durch das Straßenzustandssystem;
- - Ermitteln von Referenz-Umweltdaten durch ein Überwachungssystem; und
- - Anpassen von Parametern für eine Entscheidung, welche zu der Entscheidung des Straßenzustandssystems führen, durch ein Regelsystem, das von dem Straßenzustandssystem und dem Überwachungssystem gebildet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammelement bereitgestellt, das, wenn es von einem Verfügbarkeits-Optimierungssystem zur Optimierung der Verfügbarkeit eines Straßenabschnitts für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug ausgeführt wird, das Verfügbarkeits-Optimierungssystem anleitet, die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Das Computerprogrammelement kann Teil eines Computerprogramms sein, es kann jedoch auch ein ganzes Programm für sich sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammelement verwendet werden, um ein bereits vorhandenes Computerprogramm zu aktualisieren, um zur vorliegenden Erfindung zu gelangen.
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Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen in ähnlicher Weise das Verfahren zur Optimierung der Verfügbarkeit von Straßenabschnitten für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug, das Verfügbarkeits-Optimierungssystem, das Computerprogrammelement und das Fahrzeug. Synergieeffekte können sich aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben, obwohl sie möglicherweise nicht im Detail beschrieben werden.
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Ferner ist zu beachten, dass alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein Verfahren betreffen, in der beschriebenen Reihenfolge der Schritte ausgeführt werden können, jedoch muss dies nicht die einzige und wesentliche Reihenfolge der Schritte des Verfahrens sein. Die hier vorgestellten Verfahren können mit einer anderen Reihenfolge der offenbarten Schritte ausgeführt werden, ohne von der jeweiligen Verfahrensausführungsform abzuweichen, sofern im Folgenden nicht ausdrücklich etwas Anderes angegeben ist.
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Fachbegriffe werden mit der dem Fachmann bekannten Bedeutung verwendet. Wenn bestimmten Begriffen eine bestimmte Bedeutung verliehen wird, werden im Folgenden Definitionen von Begriffen gegeben, in deren Zusammenhang die Begriffe verwendet werden
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 ein Blockdiagramm eines Verfügbarkeits-Optimierungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Diagramm der Metriken;
- 3 ein Beispiel einer Entscheidungs-Schwellwertkurve;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Skizze eines Fahrzeugs, das ein Straßenzustandssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist.
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1 zeigt ein Verfügbarkeits-Optimierungssystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das z.B. sich im Fahrzeug befindliche Eingabedatenmodul 110 ist konfiguriert, um Daten über den Straßenzustand, Straßenart, Straßenverlauf, Steigung bzw. Gefälle, den Wetterzustand und Fahrzeugdaten, wie z.B. Geschwindigkeit, zu sammeln. Zu diesem Zweck kann das Eingangsdatenmodul 110 Temperatursensoren, Infrarotsensoren, LIDAR oder RADAR, Kameras oder dergleichen aufweisen oder Schnittstellen zu diesen Sensoren oder zu anderen Geräten, wie z.B. einem Navigationsgerät, oder einem Wetterdienstserver. Die Daten können in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit erfasst werden, so dass sie den aktuellen Straßenzustand während der gesamten Fahrt des Fahrzeugs darstellen, wobei auch der Fahrzeugzustand, also z.B. Geschwindigkeit berücksichtigt werden kann.
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Die Daten werden in das Straßenzustandssystem 130, das auch als RCS- (Road Condition Service)-System bezeichnet wird, eingegeben. Das Straßenzustandssystem 130 weist mehrere Submodule auf. Beispielsweise ist ein Wettermodell in einem der Submodule 112 implementiert, das konfiguriert ist, um die Eingabedaten des Eingabedatenmoduls 110 zu verwenden, um die Wetterbedingungen zu analysieren und vorherzusagen. Ein weiteres Submodul kann ein Straßenzustandsmodul sein, das konfiguriert ist, um die Eingabedaten, insbesondere die Straßenzustandsdaten, zu verwenden, um beispielsweise eine Reifen-Straßen-Reibungsschätzung zu berechnen. Das Straßenzustandssystem 130 umfasst ein weiteres Modul 114, das konfiguriert ist, um in Abhängigkeit von den Daten, die die Submodule 112 ausgeben, zu entscheiden, ob der Straßenabschnitt im autonomen Modus befahren werden kann oder vom Fahrer manuell befahren werden muss. Das Straßenzustandssystem 130 ist ferner konfiguriert, um einen Satz von Daten, die von den Submodulen 112 und dem Entscheidungsmodul ausgegeben werden, an das Überwachungssystem 130 zu senden.
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Das Überwachungssystem 130 empfängt einerseits die Daten von dem Straßenzustandssystem 130 und andererseits Referenz-Umweltdaten von einem Referenz-Umweltdatenmodul 120. Das Referenz-Umweltdatenmodul 120 umfasst Submodule 122, die zum Sammeln von Referenz-Umweltdaten von Straßenwetterstationen, Referenzfahrzeugen usw. konfiguriert sind. Daher sind die Referenz-Umweltdaten für einen Punkt oder einen kleinen Abschnitt einer Straße relativ genau und aktuell. Die Referenz-Umweltdaten sind jedoch möglicherweise nicht für die gesamte Fahrt eines Fahrzeugs verfügbar. Die gesammelten Referenz-Umweltdaten beschreiben daher den IST-Zustand des Straßenzustands für einen Satz von abgedeckten Straßensegmenten und liefern die Referenzentscheidung, ob der autonome Pilot für ein bestimmtes Segment eingeschaltet werden soll, ausgeschaltet werden soll, oder in seinem aktuellen Schaltzustand belassen werden soll.
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Die Eingabedaten können viel weniger umfangreich und weniger genau sein als die Referenz-Umweltdaten, da die Referenz-Umweltdaten beispielsweise auf festen und genauen Vorrichtungen oder auf Messungen mehrerer Autos basieren, bei denen eine statistische Schätzung durchgeführt werden kann.
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Das Überwachungssystem 108 empfängt die Referenz-Umweltdaten und die Entscheidungen des Straßenzustandssystems 130. In dem Überwachungssystem 108 ist ein Algorithmus implementiert, der auf der Grundlage der Referenz-Umweltdaten auf genau definierte Weise entscheidet, ob ein autonomer Fahrmodus durch Referenz-Umweltdaten aktiviert werden kann oder nicht. Der Algorithmus berücksichtigt insbesondere den Kompromiss zwischen der Verfügbarkeit des autonomen Fahrmodus und der Sicherheit. Genauer gesagt bedeutet dies, dass der Algorithmus mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit entscheidet, ob der autonomen Fahrmodus für diesen Straßenabschnitt erlaubt ist oder gesperrt ist. Die statistische Wahrscheinlichkeit wird durch eine zuvor ermittelte Entscheidungs-Schwellwertkurve bzw. Kompromisskurve bestimmt, die auf der Grundlage von richtigen oder falschen Entscheidungen des Straßenzustandssystems 130 gegenüber dem Referenzentscheidungen ermittelt worden ist, und auf der gemäß einer Vorgabe einer gewünschten oder notwendigen Sicherheit, bzw. eines die Sicherheit beschreibenden Wertes, die falschen Entscheidungen (z.B. gegen eine eigentliche Nicht-Verfügbarkeit) zu Gunsten einer richtigen Entscheidung (z.B. „nicht Verfügbar“) und zu Lasten einer richtigen Entscheidung (z.B. „Verfügbar“) verschoben wird, wie weiter unten mit Bezug auf 2 erläutert wird.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 3 die Vorgehensweise zur Ermittlung der Entscheidungs-Schwellwertkurve genauer erläutert. 3 zeigt die Entscheidungs-Schwellwertkurve 300, bei der die Verfügbarkeit (y-Achse) über der Sicherheit (x-Achse) aufgetragen ist.
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Die Referenzinformationen werden mit der Entscheidung des Straßenzustandssystems 130 für denselben Straßenabschnitt abgeglichen, wodurch ein Validierungspunkt generiert wird. Mehrere Validierungspunkte werden von dem Überwachungssystem 108 verwendet um eine Leistungskennzahl 124, einen sogenannten „Key Performance Indicator“ (KPI) gemäß einer unten erläuterten Metrik zu generieren. Ein KPI 124, stellt einen Punkt 302 auf der Entscheidungs-Schwellwertkurve dar. Es werden nun über eine Fahrstrecke mehrere solcher KPIs 124 ermittelt, wodurch die Entscheidungs-Schwellwertkurve 300 erstellt werden kann, die somit den tatsächlichen (Punkt 302) und möglichen (Punkt 304) Kompromiss zwischen Sicherheit und Verfügbarkeit des Straßenzustandssystems 130 darstellt. Die tatsächlichen KPIs 124 werden anhand der Systemanforderungen überprüft (z.B. aus Sicherheitsgründen). Wenn die Anforderungen nicht erfüllt sind, gibt das Überwachungssystem 108 eine Rückmeldung an das Straßenzustandssystem 130 zur Parametereinstellung. Zum Beispiel werden die Parameter des Straßenzustandssystems 130 konservativer eingestellt, was die Sicherheit erhöht und die Verfügbarkeit verringert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird als Wahrscheinlichkeit nicht die tatsächliche Wahrscheinlichkeit verwendet, der eine Wahr/Falsch-Entscheidung über die Zeit bzw. über mehrere Validierungspunkte entspricht, sondern die geschätzte Wahrscheinlichkeit, die zwischen 0 und 100% für einen kritischen Straßenzustand liegen kann. Das heißt, das Straßenzustandssystem ermittelt eine Wahrscheinlichkeit, z.B. 70%, dass sich die Straße in einem kritischen Zustand befindet. Je nachdem, ob nun der Soll-Status der Sicherheit geringer oder höher ist, wird die Straße für ein autonomes Befahren für das Fahrzeug freigegeben oder gesperrt. Das Überwachungssystem 108 überprüft, welche Verfügbarkeit bei dieser Wahrscheinlichkeit, dass der Straßenzustand kritisch ist, erreicht wird, was ein Punkt auf der Kurve ergibt. Wird dies bei mehreren Wahrscheinlichkeiten durchgeführt, ergibt sich die Entscheidungs-Schwellwertkurve.
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Es gibt vier Metriken zur Bewertung des Straßenzustandssystems 130 in Bezug auf das Referenzsystem 108, wie in 2 gezeigt:
- - TP - („True Positive“) 212: Der Referenzzustand des Straßenabschnitts ist „unkritisch“ und das Straßenzustandssystem sagt voraus, dass der Straßenzustand „unkritisch“ ist. Das heißt, der Straßenabschnitt wird für autonomes Fahren freigegeben, wodurch die Verfügbarkeit erhöht wird.
- - TN - („True Negative‟) 202: Der Referenzzustand des Straßenabschnitts ist „kritisch“ und das Straßenzustandssystem sagt voraus, dass der Straßenabschnittzustand „kritisch“ ist. Das heißt, der Straßenabschnitt ist für autonomes Fahren gesperrt, wodurch die Sicherheit erhöht wird.
- - FP - („False Positive“) 206: Der Referenzzustand des Straßenabschnitts ist „kritisch“, aber das Straßenzustandssystem sagt voraus, dass der Straßenabschnittzustand „unkritisch“ sein wird. Das heißt, der Straßenabschnitt wird fälschlicherweise für autonomes Fahren freigegeben, wodurch die Sicherheit verringert wird.
- - FN („False Negative“) 216: Der Referenzzustand des Straßenabschnitts ist „unkritisch“, aber das Straßenzustandssystem sagt voraus, dass der Straßenabschnittzustand „kritisch“ ist. Das heißt, der Straßenabschnitt wird fälschlicherweise für autonomes Fahren gesperrt, wodurch die Verfügbarkeit verringert wird.
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Die Begriffe Sicherheit und Verfügbarkeit lassen sich aus diesen Definitionen wie folgt ableiten:
- Sicherheit ist definiert als der Teil einer korrekten Entscheidung, autonomes Fahren nicht zuzulassen (was eine kritische Entscheidung ist), abzüglich des Teils falscher Entscheidungen, autonomes Fahren zuzulassen (was auch eine kritische Entscheidung ist), was als Verlust an Sicherheit angesehen werden kann, ausgedrückt als die Beziehung:
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Umgekehrt ist Verfügbarkeit der Teil einer korrekten positiven Entscheidung abzüglich des Teils falscher Sicherheitsentscheidungen, die einen Verlust der Verfügbarkeit bedeuten, ausgedrückt als die Beziehung:
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Die Straße befindet sich möglicherweise in einem kritischen oder unkritischen Zustand. Die Referenzentscheidung - oder mit anderen Worten - die „Definition“, in welchem Zustand eine Straße vorliegt, wird von den Referenzfahrzeugen oder Referenzmessstationen getroffen.
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2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm einer Entscheidungs-Schwellwertkurve 300, die die Verfügbarkeit eines Straßensegments für autonomes Fahren über Sicherheit darstellt, wobei autonomes Fahren nicht zulässig ist. In 2 ist die Referenzbedingung „kritisch“ der linke Teil 202 und die Referenzbedingung „unkritisch“ der rechte Teil 212.
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Vom Monitorsystem kann eine Kurve vorgegeben werden, die das Verhältnis zwischen Sicherheit und Verfügbarkeit festlegt. In der Tat werden die Parameter des Straßenzustandssystems 130 so eingestellt, dass ein Punkt der vordefinierten Kurve getroffen wird. Die Anpassung basiert auf Mengen von Messpunkten, auf die eine statistische Auswertung angewendet wurde, die zu einem KPI 124 für jede der Mengen führte. Die KPIs 124 sind die aktuelle Leistung, während der gewählte Punkt auf der Kurve der Zielwert ist.
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Die Entscheidungs-Schwellwertkurve 300 kann je nach Umwelt- oder Straßenbedingungen neu definiert werden. Wenn beispielsweise das Wetter trocken und warm ohne Wolken ist, kann der Kreis 210 klein gewählt werden, da falsche Entscheidungen nicht wahrscheinlich sind. Ein kleinerer Kreis würde den Kreis 210 zur linken oberen Ecke ziehen. Viele falsche Entscheidungen würden die Kurve in die rechte untere Ecke ziehen. Sobald eine Kurve 300 ausgewählt ist, muss entschieden werden, welche Sicherheitsbedingung ausgewählt werden soll. Die Sicherheitsbedingung wird nach links oder rechts in der Kurve 300 erfüllt. Anschaulich erklärt kann die Form des Kreises 210 die Kurve 300 definieren, und das Bewegen des Kreises 210 nach links und rechts kann als Bewegen entlang der Kurve 300 interpretiert werden.
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Das Überwachungssystem steuert und justiert die Parameter des Straßenzustandssystems 130 so, dass die Kurve 300 erfüllt wird und die Sicherheitsanforderung erfüllt wird.
- 1. Die gesammelten Referenz-Umweltdaten beschreiben den IST-Zustand des Straßenzustands für einen Satz von abgedeckten Straßensegmenten und liefern Referenzinformationen, wenn der autonome Pilot für ein bestimmtes Segment ein- oder ausgeschaltet werden soll.
- 2. Diese Referenzinformationen werden mit der Entscheidung des Straßenzustandssystems 130 für denselben Straßenabschnitt abgeglichen, wodurch ein Validierungspunkt generiert wird.
- 3. Ein Fenster (Satz) von Validierungspunkten wird von einem Überwachungssystem 108 verwendet und generiert einen Satz von KPIs 124 über den Status des Systems 100.
- 4. Anhand der vom Straßenzustandssystem 130 gelieferten Informationen wird eine Entscheidungs-Schwellwertkurve 300 erstellt, die den tatsächlichen und möglichen Kompromiss zwischen Sicherheit und Verfügbarkeit des Straßenzustandssystems 130 darstellt.
- 5. Die tatsächlichen KPIs werden anhand der Systemanforderungen überprüft (z.B. aus Sicherheitsgründen).
- 6. Wenn die Anforderungen nicht erfüllt sind, gibt das Überwachungssystem eine Rückmeldung an das Straßenzustandssystem 130 zur Parametereinstellung (z.B. werden Straßenzustandsparameter konservativer eingestellt, um die Sicherheit zu erhöhen und die Verfügbarkeit zu verringern).
- 7. Fortfahren mit (1).
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Die Rückkopplungsschleife garantiert die Erfüllung der Always-Safe-Anforderung, indem die Straßenzustands-Modellparameter, falls erforderlich, kontinuierlich angepasst werden, um die Straßenzustandssystem-Anforderungen (z.B. Sicherheit) zu erfüllen. Dies beschreibt eine negative Rückkopplungsschleife zwischen Verfügbarkeit und Sicherheit, die das Straßenzustandssystem 130 durch Überqueren der Ausgleichskurve in Richtung eines Sicherheitsgleichgewichtspunkts stabilisiert (Schritt 5).
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Änderungen in verschiedenen Teilen des abgebildeten Workflows können sich auf die überwachten KPIs und die Entscheidungs-Schwellwertkurve 300 auswirken. Indem das System 100 jedoch seine Leistung überwacht, kann es Änderungen in den Mustern der Eingabedaten erkennen und seine Reaktion (Ausgabe) darauf anpassen.
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4 zeigt ein Verfahren zur Optimierung der Verfügbarkeit von Straßenabschnitten für ein autonom fahrfähiges Fahrzeug, aufweisend die Schritte:
- - Ermitteln 412 von Umfeld-Umweltdaten durch ein Straßenzustandssystem 130;
- - Entscheiden 414, basierend auf Parametern, welche auf Grundlage der Umfeld-Umweltdaten zu einer Entscheidung des Straßenzustandssystems 130 führen, ob der Straßenabschnitt für autonomes Fahren freizugeben oder zu sperren ist, durch das Straßenzustandssystem 130;
- - Freigeben oder Sperren 414 des Straßenabschnitts für ein autonomes Befahren des durch das autonom fahrfähige Fahrzeug durch das Straßenzustandssystem 130;
Ermitteln 402 von Referenz-Umweltdaten durch ein
- - Straßenzustandssystem 108; und Anpassen 420 von Parametern für eine Entscheidung, welche zu der Entscheidung des Straßenzustandssystems 130 führen, durch ein Regelsystem, das von dem Straßenzustandssystem 130 und dem Überwachungssystem 108 gebildet wird.
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5 zeigt eine Skizze eines Fahrzeugs mit einem wie oben beschriebenen Straßenzustandssystem 130.
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Der in dieser Offenbarung beschriebene Anwendungsfall eignet sich insbesondere für die Echtzeitüberwachung (online) von Straßenzustandssystemen 130. Er ist jedoch auch für Offline-Use-Cases geeignet, die auf historischen und nicht auf Echtzeit-Eingabedaten basieren - beispielsweise für das Benchmarking verschiedener WSPs oder Straßenzustandssystem -Entscheidungsalgorithmen. Während die Entscheidungs-Schwellwertkurve 300 die Möglichkeit bietet, die Leistung des Straßenzustandssystems über seinen gesamten Betriebsbereich (basierend auf seinen Entscheidungsparametern) zu bewerten, fasst der Bereich unter der Kurve 300 (AUC) seine Leistung in einer einzigen Zahl zusammen. Die AUC liefert dann eine zuverlässige Metrik für die Qualität des Straßenzustandssystems, die wiederum direkt von der Qualität der eingegebenen Wetter- und Straßenzustandsdaten abhängt und so für das Benchmarking von Aktualisierungen und Änderungen des Straßenzustandssystems 130 und / oder seiner Eingabeinformationen geeignet.
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Das Verfügbarkeits-Optimierungssystem 100 und das Verfahren ermöglichen eine automatisierte Überwachung und Anpassung von Straßenzustandssystemen basierend auf vordefinierten Anforderungen (z. B. Sicherheit) nahezu in Echtzeit bzw. online.
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Weiterhin ermöglichen sie ein Benchmarking von Straßenzustandssystemen und / oder deren Eingabeinformationen (z. B. Wetterdaten, die von WSPs bereitgestellt werden) in Bezug auf definierte Anforderungen wie Systemsicherheit und -verfügbarkeit basierend auf historischen Daten, d.h. offline.
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Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann bei der Durchführung der beanspruchten Erfindung durch das Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „ein“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer Gegenstände oder Schritte erfüllen, die in den Ansprüchen aufgeführt sind. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen angegeben sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium wie einem optischen Speichermedium oder einem Halbleitermedium, das zusammen mit oder als Teil einer anderen Hardware geliefert wird, gespeichert / verteilt werden, kann aber auch in anderen Formen, beispielsweise über das Internet oder andere, verteilt sein drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Ansprüche begrenzen.
