DE102019213563A1 - Verfahren zur Berechnung einer Funktion für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Berechnung einer Funktion für ein Fahrzeug mit den Schritten:- für die Berechnung der Funktion wird als Rechenumgebung ein Fahrzeug-interner Rechner oder ein Fahrzeug-externen Rechner mittels einer Fuzzy-Logik oder eines Fuzzy Inference System ermittelt,- die Funktion wird abhängig von der ermittelten Rechenumgebung auf dem Fahrtzeug-internen Rechner oder auf dem Fahrzeug-externen Rechner berechnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft computerimplementierte Verfahren zum Berechnen einer Funktion für ein Fahrzeug bzw. ein Verfahren zur Verlagerung einer solchen Berechnung zwischen einem Fahrzeug-internen Rechner auf einen Fahrzeug-externen Rechner und umgekehrt. Die Erfindung betrifft zudem ein hierzu eingerichtetes Computerprogramm sowie ein Fahrzeug, in welchem ein solches Computerprogramm ausgeführt wird.
  • Stand der Technik
  • Zukünftige Fahrzeuganwendungen benötigen große Rechen- und Speicherkapazitäten, deren Verfügbarkeit in zukünftigen Systemen oftmals vorausgesetzt wird. Die derzeitigen Ressourcen im Fahrzeug sind allerdings stark begrenzt und steigende Ressourcen stehen oftmals ebenso steigenden Anforderungen an diese gegenüber. Eine Möglichkeit, mit den begrenzten Rechenressourcen umzugehen, ohne kostenintensive Hardware-Updates vorsehen zu müssen, ist eine Auslagerung rechenintensiver Funktionen an die Cloud.
  • Die DE 102016211898 A1 beschreibt ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie in einem Kraftfahrzeug, bei welchem auf einem Cloud-Server ein Abgleich eines Ladezustands mit einer Datenbank erfolgen kann.
  • F. Milani and C. Beidl, „Cloud-based Vehicle Functions: Motivation, Use-cases and Classification," in 2018 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC), Taipei, 2018 beschreibt verschiedene Applikationsmodelle für die Auslagerung von Fahrzeugfunktionen in die Cloud.
  • A. Ashok, P. Steenkiste, and F. Bai, „Vehicular Cloud Computing through Dynamic Computation Offloading," Computer Communications, vol. 120, pp. 125-137, May 2018 offenbart ein Verfahren zur Auslagerung einer Funktionsberechnung von einem Fahrzeug auf einen externen Server.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorgestellt wird ein Verfahren zur Berechnung einer Funktion bzw. für die Ausführung eine Rechenoperation für ein Fahrzeug. Für die Berechnung der Funktion wird als Rechenumgebung ein Fahrzeug-interner Rechner oder ein Fahrzeug-externen Rechner ermittelt, es besteht also die Option einer Auslagerung der Rechenoperation nach Fahrzeug-extern bzw. die Möglichkeit einer Hin- und Herverlagerung der Berechnung zwischen Fahrzeug-extern und Fahrzeug-intern. Für die Ermittlung der Rechenumgebung wird eine Fuzzy-Logik oder ein Fuzzy Inference System eingesetzt. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Fuzzy Inference System, bei welchem abhängig von Eingangsgrößen, die Entscheidungskriterien für die Wahl einer Rechenumgebung oder deren Verhältnisse zwischen verschiedenen Rechenumgebungen repräsentieren, eine Rechenumgebung vorgeschlagen bzw. ausgewählt wird, insbesondere in Abhängigkeit eines Ortes bzw. einer zurückgelegten Strecke bzw. einer verstrichenen oder absoluten Zeit. Das Fuzzy Inference System ist dabei insbesondere durch Regeln gekennzeichnet, welche die Zusammengänge zwischen einer Bewertung oder Größe von Entscheidungskriterien oder deren Verhältnisse und der daraus abzuleitenden Rechenumgebung festlegen.
  • Hierdurch wird ein flexibler, aber zuverlässiger und nachvollziehbarer, weil deterministischer, Umgang mit der Komplexität der Entscheidung für die geeignete Rechenumgebung geschaffen.
  • Es wird ermöglicht, einen Satz von Regeln für die Ermittlung der Rechenumgebung zu implementieren und so eine möglichst umfassende Entscheidungsgrundlage für die Ermittlung zu schaffen. Die Funktion wird abhängig von der ermittelten Rechenumgebung auf dem Fahrzeug-internen Rechner oder auf dem Fahrzeug-externen Rechner berechnet.
  • Erfordert die ermittelte Rechenumgebung eine Verlagerung der Berechnung der Funktion, erfolgt oder unterbleibt die erforderliche Verlagerung in einer bevorzugten Ausgestaltung abhängig von einer Zeitdauer zwischen der erforderlichen Verlagerung und mindestens einer vorangegangenen Verlagerung. Die Funktion wird in dieser Variante dann abhängig von der ermittelten Rechenumgebung und abhängig von der erfolgten oder unterbliebenen Verlagerung auf dem Fahrzeuginternen Rechner oder auf dem Fahrzeug-externen Rechner berechnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zeitdauer als der zeitliche Abstand zwischen der erforderlichen Verlagerung und einer dieser erforderlichen Verlagerung direkt vorangegangenen Verlagerung realisiert. Handelt es sich also um eine Verlagerung nach extern, wird die Zeitdauer als Abstand zwischen einer zuvor stattgefundenen Verlagerung nach intern berechnet. Alternativ kann die Zeitdauer auch als Abstand zur letzten Verlagerung auf die gleiche Ressource berechnet werden, also beispielsweise bei einer Verlagerung nach extern als zeitlicher Abstand zur letzten Verlagerung nach extern. Auch kann die Prüfung, ob eine Verlagerung abhängig von der Zeitdauer stattfindet oder nicht, auf Verlagerungen nach extern beschränkt sein, während Verlagerungen nach intern immer stattfinden können. In anderen Fällen, in denen beispielsweise eine Funktion lediglich einen nicht sicherheitskritischen Zusatznutzen erfüllt und standardmäßig auf eine große Menge Clouddaten zugreift, kann auch eine externe Berechnung als bevorzugter Standard geeignet sein und die Prüfung beispielsweise auf eine Verlagerung nach intern beschränkt sein. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen aller dieser Varianten kann die Prüfung anhand einer Schwelle für die Zeitdauer erfolgen. Insbesondere unterbleibt die Verlagerung, wenn die Zeitdauer eine bestimmte Schwelle unterschreitet, und erfolgt, wenn die Zeitdauer die bestimmte Schwelle nicht unterschreitet. Hierbei können auch unterschiedliche Schwellen vorgesehen sein, z.B. je nach Verlagerungsrichtung. Bei der prädiktiven Bestimmung der Rechenumgebung kann die Zeitdauer auch prädiktiv bestimmt und z.B. vor der Fahrt berücksichtigt werden.
  • Diese Verfahren bieten den Vorteil einer flexiblen Auslagerung von Rechenoperationen eines Fahrzeugs auf Fahrzeug-externe Rechenressourcen, reduziert aber gleichzeitig die potentielle Anzahl der Wechsel zwischen den internen und externen Ressourcen. Durch zu häufige Wechsel kann die Verlässlichkeit des Systems reduziert werden.
  • Die Ermittlung der Rechenumgebung erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung abhängig von einer Antwortzeit oder einer zur Verfügung stehenden Pufferzeit des Fahrzeug-externen Rechners und/oder des Fahrzeug-internen Rechners. Dabei wird insbesondere die Geschwindigkeit der Datenübertragung des Kommunikationskanals (Mobilfunk, WLAN etc.) entlang der Strecke benutzt. Hierdurch kann eine Minimierung der Antwortzeiten bzw. Maximierung der Pufferzeiten während der Fahrt erreicht werden, vor allem kann sichergestellt werden, dass die Antwortzeiten die zeitlichen Minimalanforderungen des Systems für eine sichere und rechtzeitige Ausführung der betroffenen Funktion erfüllen. Die ZeitAnforderungen an die Berechnung der Funktion kann so auch bei zwischenzeitlichen bzw. örtlichen Unterbrechungen im Kommunikationskanal gewährleistet zu werden.
  • In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen wird die Rechenumgebung abhängig von einer Verbindungseigenschaft der Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeug-externen Rechner ermittelt, beispielsweise einer zur Verfügung stehenden Bandbreite, Verbindungsstärke, Verbindungsqualität (jeweils z.B. durchschnittlich oder minimal).
  • Die Rechenumgebung kann in den beschriebenen Verfahren dabei während einer Fahrt für einen aktuellen Streckenabschnitt oder vor einer Fahrt oder zu Beginn einer Fahrt für eine im Folgenden bzw. zukünftig zu fahrende Strecke im Voraus ermittelt werden. Während erstere Variante durch den Zugriff auf aktuelle, tatsächliche Informationen (wie aktuelle Ortsinformationen, Verbindungseigenschaften und Energieverbräuche) zuverlässige und genaue Entscheidungen ermöglicht, kann letztere Variante die Komplexität der Verfahren zur Verlagerung durch eine prädiktive Planung reduzieren und ermöglicht zudem, die hierfür nötigen Berechnungen in einer Startphase oder einer Phase freier Rechenkapazitäten durchzuführen, statt Rechenkapazitäten während der Fahrt zu binden. Dabei kann die zu fahrende Strecke vorteilhafterweise abhängig von Informationen eines Navigationssystems oder abhängig von Informationen über zuvor gefahrenen Strecken oder abhängig von einem Fahrtziel prädiziert werden. Eine Antwortzeit und / oder eine Verbindungseigenschaft für die zu fahrende Strecke können insbesondere mittels einer Datenbank mit ortsspezifischen Informationen über eine Kommunikationsverbindung ermittelt werden.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen wird die Rechenumgebung abhängig von einem für die Berechnung der Funktion zu erwartenden Energieverbrauch des Fahrzeug-internen Rechners oder des Fahrzeug-externen Rechners oder abhängig von einer für die Berechnung der Funktion benötigte Rechenkapazität des Fahrzeug-internen Rechners und / oder des Fahrzeug-externen Rechners ermittelt. Hierdurch kann der Energieverbrauch der Funktionsberechnung über eine Fahrt reduziert werden.
  • In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen kann die Rechenumgebung abhängig von einer Belastung oder Verfügbarkeit des Fahrzeug-internen Computers und / oder des Fahrzeug-externen Computers ermittelt werden. Dies ermöglicht eine besonders sinnvolle Ausnutzung der bestehenden Rechenressourcen.
  • Die Berechnung der Funktion auf dem Fahrzeug-externen Rechner erfolgt insbesondere, indem für die Berechnung notwendige erste Daten durch das Fahrzeug an den Fahrzeug-externen Rechner versendet werden und zweite Daten umfassend ein Ergebnis der Berechnung durch den Fahrzeug-externen von dem Fahrzeug empfangen und verarbeitet werden. Der Fahrzeug-externe Rechner kann insbesondere als Cloud-Server realisiert sein, der Fahrzeug-interne Rechner als Steuergerät oder Fahrzeugcomputer.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen wird durch die Berechnung der Funktion abhängig von Eingangsdaten eine Ansteuergröße, insbesondere für ein Antriebssystem, ein Bremssystem, ein Lenksystem, ein Assistenzsystem oder ein Infotainmentsystem des Fahrzeugs, ermittelt. Vorteilhafterweise wird eine Komponente des Fahrzeugs, insbesondere eines Antriebssystems, eines Bremssystems, eines Lenksystems, eines Assistenzsystems oder eine Infotainmentsystems, abhängig von einem Ergebnis der Berechnung angesteuert. Für derartige Verfahren ist eine zuverlässige Planung der geeigneten Rechenumgebung besonders wichtig, auch wenn es sich bei den betroffenen Funktionen nicht um besonders sicherheitskritische Fahrfunktionen handelt, sondern z.B. um Funktionen mit Zusatznutzen.
  • Vorteilhafterweise sind die vorgestellten Verfahren in Software zu realisieren, also durch ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, die Verfahren durchzuführen. Ein solches Computerprogramm kann insbesondere auf einem Fahrzeug-internen Rechner, z.B. einem Steuergerät wie einem Domänen-Controller bzw. -Computer oder einem domänenübergreifendem Vehicle Controller bzw. Vehicle Computer ablaufen, beispielsweise für zeitkritische Funktionen (mit Echtzeitanforderungen), für welche die notwendigen Informationen wie z.B. Datenübertragungsraten im Fahrzeug vorhanden sein. Auch ein Ablauf auf einem Fahrzeug-externen Rechner ist denkbar, insbesondere für nicht zeitkritische Funktionen. Dafür werden im Fahrzeug vorhandene, relevante Informationen wie z.B. die aktuelle Auslastung der fahrzeuginternen Rechenleistung an den Fahrzeug-externen Rechner geschickt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch den beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zur Berechnung einer Funktion für ein Fahrzeug bzw. zur Ermittlung einer geeigneten Rechenumgebung für die Berechnung einer Fahrzeugfunktion und
    • 2 schematisch beispielhafte Zugehörigkeitsfunktionen für die Fuzzylogik eines Entscheidungsmanagers zur Ermittlung einer geeigneten Rechenumgebung zwischen Fahrzeug-internem Rechner und Fahrzeug-externem Rechner einer Funktion.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Rechenintensive Funktionen in einem Fahrzeug können von einem Fahrzeuginternen Rechner bzw. Computer, insbesondere von einem Fahrzeugsteuergerät, teilweise bzw. zeitweise an einen Fahrzeug-externen Rechner bzw. Computer, insbesondere an einen Cloudserver ausgelagert werden.
  • Beispielsweise kann ein geeigneter Teil der Berechnungen für eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs oder für Modelle, z.B. für Komponentenverschleiß, in die Cloud ausgelagert werden. Solche cloudbasierten Fahrzeugfunktionen laufen temporär oder permanent in der Cloud und verbrauchen Cloudressourcen anstelle von Fahrzeugressourcen.
  • Während der Funktionsausführung, also während der Berechnungen, erfolgt die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeug-externen Computer, auf welchen die ausgelagerten Funktionen berechnet werden, insbesondere über ein Mobilfunknetz.
  • Der Normalbetrieb eines Fahrzeugs sollte immer gewährleistet sein. Daher muss die Eignung einer Funktion für die Auslagerung analysiert werden. Bestimmte Grundfunktionen eines Fahrzeugs, insbesondere sicherheitsrelevante Funktionen, sollten dabei immer ohne Unterbrechungen bzw. Störungen gewährleistet sein. Sicherheitskritische Funktionen wie bestimmte Bremsfunktionen sind für die Auslagerung beispielsweise oft nicht geeignet sind. Funktionen, die dagegen lediglich einen zusätzlichen Mehrwert anbieten oder bestehende Fahrzeugfunktionen optimieren, können oft vollständig ausgelagert werden.
  • Während einer Unterbrechung eines Mobilfunknetzes oder einer niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit oder -qualität, kann es beispielsweise vorkommen, dass kein oder kein ausreichender Zugriff durch das Fahrzeug, insbesondere von Computern oder Steuergeräten des Fahrzeugs, auf ausgelagerte Funktionen besteht. Werden bedeutende Funktionen für Fahrfunktionen oder weitere Grundfunktionen des Fahrzeugs ausgelagert, sollte in dem Fahrzeug zumindest eine Kernfunktionalität jederzeit verfügbar sein. Das kann insbesondere als Rückfallebene oder durch eine Replikation der gesamten Funktion realisiert werden, insbesondere als reduzierte Variante oder als gleiche Funktion.
  • Werden derartige oder vergleichbare Softwarefunktionen in einem Fahrzeug realisiert, bei welchem Teil der Berechnungen alternativ im Fahrzeug oder außerhalb des Fahrzeugs berechnet werden können, kann eine Entscheidungsfunktion oder ein sogenannter Entscheidungsmanager erforderlich sein, welcher die für eine bestimmte Berechnung zu einer bestimmten Zeit bzw. für einen bestimmten Streckenabschnitt geeignete bzw. besser geeignete Rechenumgebung (extern oder intern) bestimmt.
  • 1 zeigt schematisch den beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zur Berechnung einer Funktion für ein Fahrzeug bzw. zur Auswahl einer geeigneten Rechenumgebung für die Berechnung einer Fahrzeugfunktion.
  • Im gezeigten Beispiel wird durch das Verfahren ein Entscheidungsmanager realisiert, der eine Rechenumgebung für die Berechnung einer Funktion vorschlägt, insbesondere aus den Optionen (a) fahrzeuginterne Berechnung und (b) fahrzeugexterne Berechnung. Dabei werden hier zwei Entscheidungskriterien herangezogen: die Antwortzeit und der Energieverbrauch. Die Antwortzeit ist dabei vorzugsweise die Zeit, welche verstreicht, bis die Ausführung einer Funktion abgeschlossen ist und eine Antwort zu erwarten ist. Dabei sollte die Antwortzeit sowohl für die Option (a) Fahrzeug-interne Berechnung als auch für die Option (b) Fahrzeug-externe Berechnung ermittelt werden. Der Energieverbrauch ist vorzugsweise eine vom berechnenden Computer bei der Berechnung der Funktion verbrauchte Energie sowie die notwendige Energie für die Datenübertragung, somit eine Größe, welche die für die Berechnung der Funktion nötige Rechenkapazität und Datenübertragung beschreibt. In anderen Ausgestaltungen können alternative oder zusätzliche Entscheidungskriterien hinzugezogen werden, beispielsweise eine aktuelle oder prognostizierte Belastung des Fahrzeug-internen und / oder des Fahrzeug-externen Computers.
  • Der vorgeschlagene Entscheidungsmanager kann vorzugsweise mittels einer Fuzzylogik realisiert sein, insbesondere mit einem mamdani Fuzzy Inference System (FIS). Dabei können beispielsweise die Funktion Antwortzeit und die Funktion Energieverbrauch für die Funktionsausführung im Fahrzeug-internen bzw. Fahrzeug-externen Rechner als Entscheidungskriterien verwendet werden.
  • Abhängig von diesen Kriterien und von einer Zeit für die Verlagerung einer Funktionsberechnung kann durch den Entscheidungsmanager die geeignete Rechenumgebung vorgeschlagen oder ausgewählt werden.
  • Dabei werden als eine Eingangsgröße für den Entscheidungsmanager in 1 in Block 10 Informationen über eine Verbindung des Fahrzeugs zu einem externen Rechner oder zu einem Kommunikationsnetzwerk, über welches mit dem Rechner kommuniziert werden soll, ermittelt. Das kann vorzugsweise für eine prognostizierte Strecke und abhängig von ortsspezifischen Erfahrungswerten über die Verbindung oder anhand von im Fahrzeug oder einem Netzwerk gespeicherten ortsspezifischen Verbindungsinformationen erfolgen. Die derart ermittelte Information kann beispielsweise eine ortsspezifische zu erwartende Datenrate sein, welche in Schritt 101 an die Blöcke 12 und 13 übermittelt werden.
  • In Block 11 werden als eine Eingangsgröße für den Entscheidungsmanager Informationen über die zu berechnende Funktion ermittelt, beispielsweise die (Speicher-)Größe der Eingangsdaten und Ausgangsdaten sowie ein Maß für die Komplexität der Funktion. In Schritt 102 werden die Informationen an die Blöcke 12 und 13 übermittelt.
  • In Block 12 werden wird abhängig von den in den Schritten 101 und 102 übermittelten Eingangsgrößen die jeweiligen Antwortzeiten für eine Fahrzeug-interne sowie eine Fahrzeug-externe Berechnung ermittelt. Bei einer Fahrzeug-internen Berechnung umfasst diese Antwortzeit insbesondere die Berechnungszeit auf dem Fahrzeug-internen Rechner sowie die interne Kommunikationszeit, insbesondere über die Fahrzeug-internen Kommunikationssystem bzw. Fahrzeugbussysteme. Bei einer Fahrzeug-externen Berechnung umfasst sie insbesondere die Berechnungszeit auf dem Fahrzeug-externen Rechner, die Übertragungszeit für das Senden der Informationen zur Berechnung an extern sowie für den Empfang von Ergebnissen der Berechnung von extern sowie Verzögerungszeiten, insbesondere durch unzureichende Verbindungseigenschaften, wie z.B. geringe Datenübertragungsrate der eingesetzten Kommunikationsverbindung. Die ermittelten Antwortzeiten werden in Schritt 103 an Block 14 übermittelt.
  • In Block 13 wird abhängig von den in den Schritten 101 und 102 übermittelten Eingangsgrößen jeweils der Energieverbrauch für die Berechnung der Funktion für die Fahrzeug-interne sowie die Fahrzeug-externe Berechnung ermittelt. In bevorzugten Ausgestaltungen kann dabei jeweils der im Fahrzeug anfallende Energieverbrauch berücksichtigt werden. Bei einer Fahrzeug-internen Berechnung umfasst der Energieverbrauch insbesondere den Energieaufwand durch die Berechnung. Bei einer Fahrzeug-externen Berechnung umfasst er insbesondere den Energieaufwand einer dafür nötigen Kommunikation, also insbesondere einer Kommunikationseinheit, wie z.B. eine Telematikeinheit oder einem Kommunikationssteuergerät für das Senden der Informationen zur Berechnung an extern und für den Empfang von Ergebnissen der Berechnung von extern. Falls ein Fahrzeug-interner Rechner wie z.B. ein Steuergerät während der Fahrzeug-externen Berechnung warten muss, kann zusätzlich dessen Energieaufwand während des Wartens (Idle Mode) berücksichtigt werden. Der jeweilige ermittelte Energieverbrauch wird in Schritt 104 an Block 15 übermittelt.
  • Um die beiden möglichen Rechenumgebungen miteinander bezüglich der gewählten entscheidungserheblichen Größen vergleichen zu können, werden in einer bevorzugten Ausgestaltung in den Blöcken 14 und 15 abhängig von den in den Schritten 103 und 104 übermittelten Größen Verhältnisse gebildet.
  • So kann in Block 14 für die Antwortzeiten ein Verhältnis zwischen einer Antwortzeit in der Fahrzeug-externen Variante zu der Summe aus den Antwortzeiten der Fahrzeug-externen und Fahrzeug-internen Varianten ermittelt und als Entscheidungskriterium für den Entscheidungsmanager gewählt werden. Verthältnis _ Zeit = Zeit _ extern / ( Zeit _ extern + Zeit _ intern )
    Figure DE102019213563A1_0001
  • Alternativ kann in einer bevorzugten Ausgestaltung eine vorhandene Pufferzeit (Slack Time) für die Fahrzeug-interne und die Fahrzeug-externe Variante gebildet werden. Dabei entspricht die Pufferzeit der Zeitdifferenz zwischen Antwortzeit und Deadline-Zeit (Abschluss-Zeit). Die Deadline-Zeit gibt die Zeitspanne an, in der die Ausführung einer Funktion abgeschlossen sein muss. Die Deadline-Zeit jeder Funktion ist beispielsweise spezifiziert in der Funktionsspezifikation. Eine negative Pufferzeit zeigt an, dass die Zeitanforderungen der Funktion nicht erfüllt werden können. SlackTime _ Extern = ( Deadline − Zeit − Antwortzeit _ Extern )
    Figure DE102019213563A1_0002
     SlackTime _ Intern = ( Deadline − Zeit − Antwortzeit _ Intern )
    Figure DE102019213563A1_0003
     Verhältnis _ Zeit= ( SlackTime _ Intern ) / SlackTime _ Intern + SlackTime _ Extern
    Figure DE102019213563A1_0004
  • Ein kleines Zeit-Verhältnis bedeutet somit kleine Pufferzeit für die Fahrzeug-interne Berechnung.
  • Das Verhältnis wird in Schritt 105 an Block 16 übermittelt.
  • In Block 15 kann für den Energieverbrauch ein Verhältnis von eingesparter Energie in der Fahrzeug-externen Variante gegenüber der Fahrzeug-internen Variante zum Energieverbrauch in der Fahrzeug-internen Variante ermittelt und als Entscheidungskriterium für den Entscheidungsmanager gewählt werden. Verhältnis _ Energie= ( Energie _ intern − Energie_extern ) / Energie _ intern
    Figure DE102019213563A1_0005
  • Das Verhältnis wird in Schritt 106 an Block 16 übermittelt.
  • In Block 16 ist eine computer-implementierte Fuzzy-Logik, insbesondere ein Fuzzy Inference System (FIS) realisiert. Hierzu werden für die als Entscheidungskriterien herangezogenen, in den Schritten 105 und 106 übermittelten Verhältnisse Zugehörigkeitsfunktionen (Membership Functions - MF) bereitgestellt.
  • 2 zeigt trapezoide Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktionen 201 für das Entscheidungskriterium „Verhältnis_Energie“ (Ratio_EnergyConsumption) und 202 für das Entscheidungskriterium „Verhältnis_Zeit“ (Ratio_ResponseTime) sowie 203 für die Ausgangsgröße „geeignete Rechenumgebung“ (Environment).
  • Dabei sind in dieser beispielhaften Ausgestaltung die Zugehörigkeitsfunktionen 201 für das Entscheidungskriterium Verhältnis_Energie derart gewählt, dass die Zugehörigkeitsfunktion Mittel (Medium) für Größen des Verhältnisses relevant wird, die keiner deutlichen Energieeinsparung und keinem deutlichen Energiemehrverbrauch durch die Fahrzeug-externe Variante im Vergleich zur Fahrzeuginternen Variante entsprechen. Die Zugehörigkeitsfunktionen Hoch (High) bzw. Niedrig (Low) werden dagegen für Größen des Verhältnisses relevant, die einer deutlichen Energieeinsparung bzw. einem deutlichen Energiemehrverbrauch durch die Fahrzeug-externe Variante im Vergleich zur Fahrzeug-internen Variante entsprechen.
  • Die Zugehörigkeitsfunktionen 202 für das Entscheidungskriterium Verhältnis_Zeit sind in dieser beispielhaften Variante derart gewählt, dass die Zugehörigkeitsfunktionen Sehr Niedrig (Very Low), Niedrig (Low), Mittel (Medium), Hoch (High) bzw. Sehr Hoch (Very High) für Größen des Verhältnisses relevant wird, die einer viel kürzeren, einer kürzeren, einer ähnlich großen, einer längeren bzw. einer viel längeren Antwortzeit der Fahrzeug-externen Variante bzw. Pufferzeit der Fahrzeug-internen Variante im Vergleich zur anderen Variante entsprechen.
  • Die Ausgangsgröße der Fuzzy-Logik in Block 16 kann dann eine anhand der in 2 dargestellten Zugehörigkeitsfunktionen 203 ausgewählte, vorgeschlagene Rechenumgebung sein, wobei die Zugehörigkeitsfunktion Fahrzeug-intern (Local) bzw. die Zugehörigkeitsfunktion Fahrzeug-extern (Cloud) Ausprägungen entspricht, in welchen die Fahrzeug-interne Berechnung bzw. die Fahrzeug-externe Berechnung der Funktion als geeigneter eingeschätzt werden.
  • Um die geeignete Rechenumgebung zu bestimmen, kann die Beziehung zwischen den Entscheidungskriterien und der abhängig davon jeweils ausgewählten Rechenumgebung über Regeln definiert werden.
  • Die folgende Tabelle zeigt beispielhafte Regeln für den vorgeschlagenen Entscheidungsmanager bzw. dessen Fuzzy-Logik-Block 16.
    Eingang Ausgang
    Verhältnis_Zeit Verhältnis_Energie Rechenumgebung
    Sehr Niedrig Niedrig Cloud
    Mittel Cloud
    Hoch Cloud
    Niedrig Niedrig Cloud
    Mittel Cloud
    Hoch Lokal
    Mittel Niedrig Cloud
    Mittel Lokal
    Hoch Lokal
    Hoch Niedrig Lokal
    Mittel Lokal
    Hoch Lokal
    Sehr Hoch Niedrig Lokal
    Mittel Lokal
    Hoch Lokal
  • In dieser Tabelle wird beispielsweise im Fall einer viel kürzeren Antwortzeit bzw. viel längeren Pufferzeit in der Variante der Fahrzeug-externen Berechnung immer die Fahrzeug-externe Variante ausgewählt, egal, wie es sich mit den Energieverbräuchen verhält. Falls beispielswiese die Pufferzeiten der Fahrzeug-internen Variante sehr hoch sind, wird immer diese Variante ausgewählt. Sind die Antwortzeiten bzw. Pufferzeiten bei der Fahrzeug-internen Berechnung und der Fahrzeug-externen Berechnung dagegen ähnlich groß (Zugehörigkeitsfunktion Mittel) entscheidet sich die Auswahl der Rechenumgebung anhand der Energieverbräuchen: Fahrzeug-externe Rechenumgebung, wenn die entsprechende Zugehörigkeitsfunktion für das Verhältnis_Energie Niedrig ist, und Fahrzeug-interne Rechenumgebung, wenn die entsprechende Zugehörigkeitsfunktion für das Verhältnis_Energie Mittel oder Hoch ist.
  • Block 16 der 1 übermittelt in Schritt 107 als Ausgangsgröße eine von der Fuzzy-Logik als geeignet ausgewählte Rechenumgebung (Fahrzeug-intern oder Fahrzeug-Extern) an Block 17.
  • Ein ständig wiederholtes Hin- und Herverlagern der Rechenumgebung zwischen Fahrzeug-internem Rechner und Fahrzeug-externem Rechner kann zu Fehlfunktionen und Ineffizienzen führen. Um die Anzahl der Umgebungswechsel sinnvoll zu beschränken, wird in Block 17 abhängig von einer Zeitdauer bestimmt, ob eine gegebenenfalls nötige Verlagerung tatsächlich erfolgen soll. Die Zeitdauer hängt dabei von mindestens einem zeitlichen Abstand der betrachteten bzw. geplanten Verlagerung von mindestens einer vorangegangenen Verlagerung ab. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung hängt die Verlagerung von einem zeitlichen Abstand zwischen der betrachteten bzw. geplanten Verlagerung zur ihr direkt vorangegangenen Verlagerung ab. Ist die entsprechende Zeitdauer zu kurz, unterbleibt die Verlagerung und die Rechenumgebung bleibt unverändert.
  • Wird beispielsweise von der Fuzzy-Logik in Block 16 als Rechenumgebung eine Fahrzeug-externe Berechnung als geeignet ermittelt und die zeitlich vorangehende Rechenumgebung ist eine Fahrzeug-interne Berechnung, so kann vor der Verlagerung nach extern in Block 17 geprüft oder prädiktiv gerechnet werden, wie lange die letzte Verlagerung, in diesem Fall also die Verlagerung nach Fahrzeug-intern, her ist. Ist hier nicht genug Zeit verstrichen, also die Zeitdauer unterhalb einer definierten Schwelle, wird die ermittelte Verlagerung nicht vorgeschlagen bzw. entschieden. Ist genug Zeit verstrichen, also die Zeitdauer mindestens so hoch wie die definierte Schwelle, wird die ermittelte Verlagerung nach Fahrzeug-extern vorgeschlagen bzw. entschieden.
  • Block 17 gibt dann den endgültigen Vorschlag bzw. die endgültige Entscheidung des Entscheidungsmanagers für eine Rechenumgebung zu einem bestimmten Zeitabschnitt oder einem bestimmten Ortsabschnitt in Schritt 108 aus.
  • Der vorgeschlagene Entscheidungsmanager kann während der Fahrt (online) ausgeführt werden oder vor Beginn oder bei Beginn einer Fahrt.
  • Im Fall einer Ausführung während der Fahrt kann der Entscheidungsmanager auf aktuelle Verbindungsinformationen der Strecke und Energieverbräuche der Recheneinheiten zugreifen. Diese Daten sind aktuell und oft präziser als geschätzte Werte, bringen aber zusätzlichen Kommunikationsaufwand und weitere Komplexität in die Vorgänge ein, insbesondere hinsichtlich der Zeitabläufe für Ausführung des Entscheidungsmanagers, Verlagerung und Berechnung der Funktion.
  • Im Fall des vor oder zu Beginn einer Fahrt ausgeführten Entscheidungsmanagers kann dieser entlang einer vorbestimmten oder prädizierten kommenden Strecke die geeignete Rechenumgebung vorschlagen oder festlegen. Eine Verlagerung auf die jeweils geeignete Rechenumgebung kann dann abhängig von der Fahrzeugposition entsprechend dem Vorschlag bzw. entsprechend der Festlegung durch den Entscheidungsmanager erfolgen. Für diese Realisierung müssen Verbindungsinformationen entlang der Strecke verfügbar oder ermittelbar sein. Z.B. können ortsabhängige bzw. ortsspezifische Verbindungsinformationen wie eine durchschnittliche oder eine mindestens gewährleistete Datenrate auf Basis von Messdaten entlang der Strecke vorliegen (z.B. in einer über ein Netzwerk verfügbaren Datenbank). Alternativ können derartige Informationen aus verfügbaren Daten über Simulationsmodelle erstellt werden.
  • 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
    • DE 102016211898 A1 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • F. Milani and C. Beidl, „Cloud-based Vehicle Functions: Motivation, Use-cases and Classification,“ in 2018 [0004]
    • A. Ashok, P. Steenkiste, and F. Bai, „Vehicular Cloud Computing through Dynamic Computation Offloading,“ Computer Communications, vol. 120, pp. 125-137, May 2018 [0005]

Claims (20)

  1. Verfahren zur Berechnung einer Funktion für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch die Schritte: - für die Berechnung der Funktion wird als Rechenumgebung ein Fahrzeug-interner Rechner oder ein Fahrzeug-externen Rechner mittels einer Fuzzy-Logik oder eines Fuzzy Inference System ermittelt, - die Funktion wird abhängig von der ermittelten Rechenumgebung auf dem Fahrtzeug-internen Rechner oder auf dem Fahrzeug-externen Rechner berechnet.
  2. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung abhängig von einer Antwortzeit oder einer Pufferzeit des Fahrzeug-externen Rechners und / oder von einer Antwortzeit oder einer Pufferzeit des Fahrzeug-internen Rechners ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung abhängig von einer Verbindungseigenschaft der Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeug-externen Rechner ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung während einer Fahrt für einen aktuellen Streckenabschnitt ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung vor einer Fahrt oder zu Beginn einer Fahrt für eine zu fahrende Strecke im Voraus ermittelt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu fahrende Strecke abhängig von Informationen eines Navigationssystems oder abhängig von Informationen über zuvor gefahrenen Strecken oder abhängig von einem Fahrtziel prädiziert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Antwortzeit und / oder eine Verbindungseigenschaft für die zu fahrende Strecke mittels einer Datenbank mit ortsspezifischen Informationen über eine Kommunikationsverbindung ermittelt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung abhängig von einem für die Berechnung der Funktion zu erwartenden Energieverbrauch der Fahrzeug-internen Berechnung oder der Fahrzeug-externen Berechnung oder abhängig von einer für die Berechnung der Funktion benötigte Rechenkapazität des Fahrzeug-internen Rechners und / oder des Fahrzeug-externen Rechners ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung abhängig von einer Belastung oder Verfügbarkeit des Fahrzeug-internen Computers und / oder des Fahrzeug-externen Computers ermittelt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die ermittelte Rechenumgebung eine Verlagerung der Berechnung der Funktion erfordert, die erforderliche Verlagerung abhängig von einer Zeitdauer zwischen der erforderlichen Verlagerung und mindestens einer vorangegangenen Verlagerung erfolgt oder unterbleibt und die Funktion abhängig von der ermittelten Rechenumgebung und abhängig von der erfolgten oder unterbliebenen Verlagerung auf dem Fahrtzeug-internen Rechner oder auf dem Fahrzeug-externen Rechner berechnet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der zeitliche Abstand zwischen der erforderlichen Verlagerung und einer direkt vorangegangenen Verlagerung ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung unterbleibt, wenn die Zeitdauer eine bestimmte Schwelle unterschreitet, und erfolgt, wenn die Zeitdauer die bestimmte Schwelle nicht unterschreitet.
  13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Funktion auf dem Fahrzeug-externen Rechner erfolgt, indem für die Berechnung notwendige erste Daten durch das Fahrzeug an den Fahrzeug-externen Rechner versendet werden und zweite Daten umfassend ein Ergebnis der Berechnung durch den Fahrzeug-externen von dem Fahrzeug empfangen und verarbeitet werden.
  14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeug-externe Rechner als Cloud-Server realisiert ist.
  15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeug-interne Rechner als Steuergerät oder Fahrzeugcomputer realisiert ist.
  16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Berechnung der Funktion abhängig von Eingangsdaten eine Ansteuergröße, insbesondere für ein Antriebssystem, ein Bremssystem, ein Lenksystem, ein Assistenzsystem oder ein Infotainmentsystem des Fahrzeugs, ermittelt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente des Fahrzeugs, insbesondere eines Antriebssystems, eines Bremssystems, eines Lenksystems, eines Assistenzsystems oder eine Infotainmentsystems, abhängig von einem Ergebnis der Berechnung angesteuert wird.
  18. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.
  19. Speicher mit einem Computerprogramm nach Anspruch 18.
  20. Fahrzeug mit einem Speicher nach Anspruch 19.
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