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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen Fahrzeug mit einer zentralen Steuervorrichtung.
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Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) umfassen eine Vielzahl an Systemen, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden. Durch die fortschreitende Entwicklung im Bereich der autonom und teilautonom fahrenden Fahrzeuge werden der Einfluss und der Wirkungsbereich solcher Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) immer größer. Durch die Entwicklung immer präziserer Sensoren ist es möglich, die Umgebung und den Verkehr zu erfassen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs vollständig oder teilweise ohne Eingriff des Fahrers zu kontrollieren. Fahrerassistenzsysteme einschließlich autonomer Fahrsysteme (Autonomous Driving System) können dabei zur Erhöhung der Sicherheit im Verkehr sowie zur Verbesserung des Fahrkomforts beitragen.
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Neben der Erfassung und Erkennung von statischen Objekten in der Umgebung des eigenen Fahrzeugs mittels Umgebungssensoren, wie beispielsweise Kamera-, Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensoren, können auch sich bewegende Objekte und andere Verkehrsteilnehmer erfasst werden. Zusätzlich können Informationen zur Umgebung von anderen Fahrzeugen, die z. B. über V2X- oder V21-Verbindungen empfangen werden, verarbeitet werden. Ausgehend hiervon kann beispielsweise ein Verhalten eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs an eine aktuelle Situation angepasst werden. In vielen Fahrzeugen werden mehrere Sensoren unterschiedlicher Sensortypen verbaut, um ein genaueres Bild der Fahrzeugumgebung zu zeichnen und um auf Einflüsse im Wirkungsbereich der Fahrerassistenzsysteme schneller reagieren zu können. Die Zahl der verwendeten Sensoren steigt deshalb stetig. Gleichzeitig wird die Auflösung der Sensoren immer größer, was zu einer wachsenden Datenmenge führt, die im Fahrzeug verarbeitet werden muss, und leistungsstärkere Steuergeräte abverlangt.
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Zur Datenverarbeitung werden Verarbeitungsvorrichtungen und Steuergeräte verwendet, die Schnittstellen zu den unterschiedlichen Sensoren aufweisen. Die Steuergeräte haben Prozessoren und Recheneinheiten zur Verarbeitung der Sensordaten. Da im Fahrzeugbereich die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit der Systeme und Prozessoren eine große Rolle spielt, werden die Geräte, die kritische Funktionen ausführen, redundant ausgeführt. Dies gilt insbesondere bei autonom fahrenden Fahrzeugen. Bei autonom fahrenden Fahrzeugen spielt die Sicherheit eine besonders große Rolle, da kein Fahrer in das Fahrverhalten eingreifen und die Steuerung des Fahrzeugs übernehmen kann. Die redundanten Geräte, wie Steuergeräte oder Verarbeitungseinheiten, kommen erst dann zum Einsatz, wenn das Hauptgerät ein fehlerhaftes Verhalten aufweist, einen Teilausfall zeigt oder ausfällt. Eine redundante Ausführung der Steuergeräte hat hohe zusätzliche Kosten zur Folge.
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Die von den verwendeten Steuergeräten durchgeführten Funktionen sind in der Regel sehr ressourcenintensiv, sowohl auf Softwareebene wie auch auf Hardwareebene. Dies erhöht zum einen die Kosten oder erniedrigt die Leistungsfähigkeit der Steuergeräte, beispielsweise wenn durch zusätzlich arbeitende Hardwarekomponenten und zusätzliche Berechnungsschritte für bildverarbeitende Verfahren eine erhöhte Wärmeentwicklung und ein erhöhter Energiebedarf erforderlich wird. Beispielsweise müssen beim Erkennen von Personen mittels einer Kamera viele komplexe Berechnungsprozesse durchgeführt werden, bei denen oft eine Vielzahl von Hypothesen und Wahrscheinlichkeiten berechnet werden. Da die verwendeten Steuergeräte in der Fahrzeugtechnik sehr kompakt aufgebaut werden müssen, wird eine hohe Rechenleistung auf sehr kleinem Raum erforderlich. Diese soll idealerweise mit rein passiver Kühlung durchgeführt werden. Um dies zu erzielen, schlägt beispielsweise die
EP 2 693 278 B1 vor, die Verfahren zum Betrieb eines bildverarbeitenden Steuergeräts zu optimieren, indem Gruppen von Ausgangsdaten gebildet werden und Eingangsparameter, die auf einem von einer Kamera aufgenommenen Bild beruhen, den unterschiedlichen Gruppen zugeordnet werden. Hierdurch soll die benötigte Rechenleistung reduziert und damit die Wärmeentwicklung vermindert werden.
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Für die Betriebsfunktion und Systemverfügbarkeit ist es bekannt, den redundanten Geräten eine weitere Funktion zuzuordnen und beispielsweise eine Parallelprozessierung zu wählen. Bei der Parallelprozessierung kann bei Ausfall eines ersten Gerätes dessen Funktionalität durch ein zweites Gerät übernommen werden, um die Fahrfunktion aufrecht zu halten. Eine Parallelprozessierung findet dann nicht mehr statt. Die wesentlichen Fahrfunktionen bleiben erhalten.
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Alternativ ist bekannt, in einem Steuergerät Recheneinheiten redundant auszuführen. Die zusätzliche Recheneinheit kann auch zur Parallelprozessierung verwendet werden. Bei Ausfall einer Recheneinheit innerhalb desselben Steuergeräts kann die redundante Recheneinheit die Funktionalität ganz oder wenigstens teilweise übernehmen. Dies ist möglich, da die beiden Recheneinheiten eine hohe Performanz aufweisen, sodass jede der Recheneinheiten die Funktionen der anderen übernehmen kann. Allerdings sind diese Einheiten teuer. Bekannt ist auch, Multicore-Chips zu verwenden, die ein Multitasking und ein Multiprocessoring-Verfahren erlauben. Diesen Ansätzen ist gemeinsam, dass die redundanten Geräte oder Recheneinheiten die gleiche Performanz aufweisen wie das Hauptgerät und deshalb teuer sind.
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Es besteht somit die Herausforderung, eine kostengünstige Lösung vorzuschlagen und gleichzeitig die hohen Anforderungen an eine Systemsicherheit und Ausfallsicherheit des Fahrzeugs zu erfüllen.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug mit einer zentralen Steuervorrichtung, mit:
- einer ersten Eingangsschnittstelle zum Empfang von Sensordaten von Sensoren mit Informationen für Fahrfunktionen des Fahrzeugs;
- einer zweiten Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Anforderungssignals mit Informationen zu einem Teilausfall der zentralen Steuervorrichtung;
- einer Verarbeitungseinheit zum Erkennen und Auswerten des Anforderungssignals und zum Verarbeiten der Sensordaten der Sensoren und zum Erzeugen von Steuerdaten für eine Fahrfunktion zum Erzeugen eines sicheren Zustands des Fahrzeugs;
- einer Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben der Steuerdaten für eine Fahrfunktion zum Erzeugen eines sicheren Zustands des Fahrzeugs an die zentrale Steuervorrichtung.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug, mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben, mit einer zentralen Steuervorrichtung und mit einem Sensor zum Bereitstellen von Informationen der Umgebung des Fahrzeugs, welcher mit der Schnittstelle der Vorrichtung verbunden ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem System wie oben beschrieben oder mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben, einem Sensor zum Bereitstellen von Informationen für Fahrfunktionen des Fahrzeugs und mit einer zentralen Steuervorrichtung.
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Weiterhin betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug mit einer zentralen Steuervorrichtung, mit den folgenden Schritten:
- Empfangen eines Anforderungssignals mit Informationen zu einem Teilausfall der zentralen Steuervorrichtung;
- Erkennen und Auswerten des Anforderungssignals der zentralen Steuervorrichtung;
- Empfangen von Sensordaten eines Sensors mit Informationen für Fahrfunktionen des Fahrzeugs mittels einer Eingangsschnittstelle;
- Verarbeiten der Sensordaten des Sensors;
- Erzeugen von Steuerdaten für eine Fahrfunktion des Fahrzeugs;
- Ausgeben der Steuerdaten für eine Fahrfunktion an die zentrale Steuervorrichtung, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu bringen, bevorzugt durch Abbremsen des Fahrzeugs.
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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 Steuervorrichtung und das System zum Steuern von Fahrfunktionen sowie das Fahrzeug entsprechend den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein. Die Verfahrensschritte können auch in einer anderen Reihenfolge erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug mit einer Steuervorrichtung ist als Sicherheitsvorrichtung ausgelegt, um im Fehlerfall der zentralen Steuervorrichtung das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu bringen. Dazu ist die Vorrichtung mit einer ersten Eingangsschnittstelle ausgebildet, um Sensordaten von Sensoren mit Informationen für Fahrfunktionen des Fahrzeugs zu empfangen. Typische Sensoren sind beispielsweise am Fahrzeug verbaute Kameras oder Lidar- oder Radarsensoren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine zweite Eingangsschnittstelle, um ein Anforderungssignal zu empfangen, das Informationen zu einem Fehlerfall oder Teilausfall der zentralen Steuervorrichtung umfasst. Alternativ kann das Anforderungssignal auch Informationen über einen gesamten Ausfall oder über fehlerhaftes Verhalten der zentralen Steuervorrichtung umfassen. Ebenso ist es denkbar, dass diese Informationen darauf hinweisen, dass die zentrale Steuervorrichtung betreffende und überwachte Parameter außerhalb eines Toleranzbereichs liegen. Derartige Parameter können beispielsweise Temperaturen des Steuergeräts bzw. der Steuervorrichtung oder von Systemen auf Mikrochips sein, die in der Steuervorrichtung verbaut sind. Ebenso können die Parameter die Leistungsaufnahme, beispielsweise Strom oder Spannung der Prozessoren oder der Steuervorrichtung, umfassen. Denkbar ist auch, dass weitere oder die obengenannten Parameter, die auf einem Systemverfügbarkeitsmodell beruhen, wie z.B. in
DE 102019212386 offenbart, berücksichtigt werden.
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Erfindungsgemäß erkennt die Verarbeitungseinheit der Vorrichtung das Anforderungssignal und wertet dieses aus. Ferner ist es möglich, dass das Anforderungssignal weitere Informationen enthält, beispielsweise, ob und gegebenenfalls wann mit einem Totalausfall der zentralen Steuervorrichtung zu rechnen ist. Beim Vorliegen des Anforderungssignals erkennt die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass sie als redundantes Sicherheitssystem die Steuerung der essentiellen Fahrfunktionen des Fahrzeugs übernehmen und das Fahrzeug in einen sicheren Zustand steuern muss. Dazu wird in der Verarbeitungseinheit nach Verarbeiten der Sensordaten der Sensoren ein Satz von Steuerdaten für eine Fahrfunktion erzeugt. Die Fahrfunktion dient dazu das Fahrzeug in den gewünschten sicheren Zustand zu versetzen. Mittels der Ausgangsschnittstelle der Vorrichtung werden die Steuerdaten für eine Fahrfunktion zum Erzeugen eines sicheren Zustands des Fahrzeugs ausgegeben. Die Steuerdaten werden vorzugsweise an die zentrale Steuervorrichtung übermittelt. Vorzugsweise sind die Steuerdaten derart ausgebildet, dass sie zur (direkten) Weitergabe an die zentrale Steuervorrichtung geeignet sind. Alternativ könnte die Vorrichtung Steuerdaten erzeugen, die direkt den notwendigen Aktoren des Fahrzeugs übermittelt werden. Beispielsweise könnten die Steuerdaten ein Bremssignal umfassen, um das Fahrzeug abzubremsen. Darüber hinaus könnten die Steuerdaten auch Lenkfunktionen zur Steuerung der Lenkung umfassen, um ein Fahrzeug an den Fahrbahnrand zu lenken.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet somit eine redundante Ausstattung, um die wichtigen Funktionen der zentralen Steuervorrichtung im Fehlerfall oder bei Ausfall der Steuervorrichtung insoweit zu übernehmen, dass das Fahrzeug sicher und zuverlässig in einen sicheren Zustand gebracht werden kann. Ein sicherer Zustand ist dabei ein Zustand des Fahrzeugs, in dem es keine Gefahr für den Verkehr darstellt. Weiterhin darf das Fahrzeug im sicheren Zustand keine Gefahr für die Insassen oder andere Verkehrsteilnehmer bedeuten. So kann ein sicherer Zustand beispielsweise das Anhalten und Abstellen des Fahrzeugs am Fahrbahnrand umfassen. Bei einer Fahrt auf der Autobahn könnte die erfindungsgemäße Vorrichtung derartige Steuerdaten erzeugen, dass das Fahrzeug abgebremst und auf dem Standstreifen zum Stehen gebracht wird.
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Da die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht alle Funktionen eines autonom fahrenden Fahrzeugs umfassen muss, muss die Vorrichtung nicht identisch zu dem zentralen Steuergerät ausgebildet sein. Es ist deshalb möglich, Prozessoren und Geräte zu verwenden, die eine geringere Leistungsfähigkeit, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Performanz aufweisen. Derartige Geräte sind deutlich preiswerter als die leistungsstarken Steuervorrichtungen und Steuergeräte, die für einen autonomen oder teilautonomen Fahrbetrieb notwendig sind.
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Die vorliegende Erfindung verwendet also einen diametralen Ansatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, die eine Redundanz mit zwei gleichen oder wenigstens gleich performanten Vorrichtungen realisieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine deutlich geringere Performanz, die aber ausreichend ist. Im Fehlerfall sollen das Hauptsystem nicht gleichwertig ersetzt und alle autonomen Fahrfunktionen aufrechterhalten werden. Stattdessen soll das Fahrzeug nur in einen sicheren Zustand gebracht werden. Die vollständigen autonomen Fahrfunktionen müssen nicht aufrechterhalten werden, sodass die deutlich geringere Performanz genügt. Mit vorliegender Erfindung wird eine Algorithmusoptimierung erreicht, die zu einer erheblichen Reduktion des Rechenaufwands führt und dadurch ein im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen deutlich kosten effektiveres System ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sie dazu ausgebildet, teilautonome Fahrfunktionen zu steuern, wenn Fahrfunktionen der zentralen Steuervorrichtung nicht mehr aufrechterhalten werden können und ein Anforderungssignal vorliegt. Vorzugsweise wird das Anforderungssignal von der zentralen Steuervorrichtung selbst erzeugt. Die zweite Eingangsschnittstelle der Vorrichtung ist bevorzugt mit einem Ausgangsport der zentralen Steuervorrichtung verbunden, sodass die Informationen über ein fehlerhaftes Verhalten oder einen Teilausfall oder Ausfall der zentralen Steuervorrichtung direkt an die erfindungsgemäße Vorrichtung gelangen. Alternativ und bevorzugt kann das Anforderungssignal von einer Monitoring-Einheit oder einer Watchdog-Einheit, die die Steuervorrichtung und deren relevante Parameter überwachen, erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Eingangsschnittstelle dazu ausgebildet, Sensordaten eines optischen Sensors zu empfangen. Vorzugsweise sind die Sensordaten des optischen Sensors vorverarbeitet; sie liegen also nicht in Form von Rohdaten vor. Vorverarbeitete Sensordaten können beispielsweise in Objekte oder Zielklassen eingeordnete Daten oder Parameter umfassen. So reicht es beispielsweise aus, wenn die Daten eine Aussage darüber treffen können, dass sich ein Objekt im Sichtfeld des optischen Sensors befindet, ohne die Objektstruktur oder das Objekt selbst genau zu ermitteln oder zu beschreiben. Auf diese Weise ist die Menge der übermittelten Sensordaten deutlich reduziert, sodass eine schnelle Verarbeitung der Sensordaten in der Vorrichtung möglich ist, auch bei einer verringerten Leistungsfähigkeit der Vorrichtung gegenüber der zentralen Steuervorrichtung. Entsprechend kann die Datenrate der Schnittstelle begrenzt sein. Das Interface kann Datenraten von höchstens 1 GBit/s, bevorzugt höchstens 500 Mbit/s, sehr bevorzugt höchstens 100 Mbit/s und besonders bevorzugt höchstens 10 Mbit/s aufweisen. Beispielsweise sind Verbindungen über Ethernet, CAN-Bus o. ä. denkbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Eingangsschnittstelle dazu ausgebildet, Sensordaten einer Frontkamera, einer Midrange-Kamera oder eines Midrange-Radarsensors (MRR) und/oder einer Shortrange-Kamera oder eines Shortrange-Radarsensors (SRR) zu empfangen, vorzugsweise von zwei Shortrange-Kameras. Beispielsweise könnten die beiden Shortrange-Kameras auch so positioniert sein, dass der Nahbereich vor und hinter dem Fahrzeug detektiert werden kann. Bevorzugt empfängt die Eingangsschnittstelle Sensordaten von einer Frontkamera, einem Mittelstrecken-Radarsensor (Midrange-Radarsensor), der bevorzugt ebenfalls im Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet ist, sowie von zwei Kurzstrecken-Radarsensoren (Shortrange-Radarsensoren), die beispielsweise an den beiden vorderen Ecken des Fahrzeugs positioniert sein können. Die Daten dieser Sensoren reichen aus, um Steuerfunktionen zu erzeugen, um das Fahrzeug sicher und zuverlässig in einen sicheren Zustand zu bringen. Mittels der zur Verfügung stehenden Sensordaten ist es möglich, einen hinreichend guten Überblick über den Bereich vor einem Fahrzeug zu gewinnen, um beim Ansteuern eines Seitenstreifens oder Fahrbahnrands Kollisionen zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Eingangsschnittstelle dazu ausgebildet, auch Sensordaten von zwei weiteren Shortrange-Radarsensoren zu empfangen, die bevorzugt an den beiden hinteren Ecken des Fahrzeugs angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich auch der hinter dem Fahrzeug befindliche Verkehr detektieren, sodass ein sicheres Abbremsen des Fahrzeugs möglich ist, ohne nachfolgenden Verkehr zu gefährden. Auch wird dadurch ausgeschlossen, dass sich seitlich hinter dem Fahrzeug Verkehrsteilnehmer befinden, die bei einem Ansteuern des Fahrbahnrands gefährdet werden könnten. Ebenfalls bevorzugt könnten weitere Kameras im Seitenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Sensordaten der Kameras sind vorzugsweise vorverarbeitete Daten, um mit einer relativ geringen Datenmenge, insbesondere im Vergleich zu einem Rohdatensatz eines Sensors, auszukommen und ein Abbild der Fahrzeugumgebung zu gewinnen, um hieraus entsprechende Steuerdaten für das Fahrzeug zu erzeugen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine geringere Performanz auf als die zentrale Steuervorrichtung. Besonders bevorzugt ist die Performanz der Vorrichtung im Vergleich zur Steuervorrichtung um wenigstens den Faktor 15 geringer, sehr bevorzugt um den Faktor 20 geringer, weiter bevorzugt um den Faktor 50 geringer und besonders bevorzugt um den Faktor 100 geringer. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass sie Sensordaten mit einer Performanz von maximal 10 TOPS, sehr bevorzugt von maximal 5 TOPS verarbeitet. Die Einheit TOPS steht für „Thousands of Operations per Second“ und ist ein Maß für die Verarbeitungsgeschwindigkeit und Leistungsfähigkeit eines Prozessors. Insbesondere wird hierbei auf die Verarbeitung von Bilddaten, also Sensordaten von optischen Sensoren Bezug genommen. In einer bevorzugten Ausführung liegt die Verarbeitungsgeschwindigkeit und Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zur Verarbeitung der Sensordaten bei maximal 3 TOPS. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine sehr verringerte Leistungsfähigkeit aufweisen muss, sind die Bauteile und Schaltkreise deutlich günstiger als eine zentrale Steuervorrichtung, die beispielsweise eine wenigstens um den Faktor 15 höhere Performanz aufweist.
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Die gegenüber der zentralen Steuervorrichtung reduzierte Performanz und Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung reicht bevorzugt aus, um eine radarbasierte 360°-Objekterkennung zu ermöglichen und die Daten einer Kamera, insbesondere einer Frontkamera mit hohem Öffnungswinkel, zu verarbeiten und auf Basis dieser Daten und deren Auswertung das Fahrzeug sicher in den sicheren Zustand zu führen.
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Da die erfindungsgemäße Vorrichtung nur Minimalfunktionen der zentralen Steuervorrichtung übernehmen muss, kann sie eine geringere Leistungsfähigkeit und Performanz aufweisen. Bevorzugt führt dies zugleich zu einer geringeren thermisch umgesetzten Leistung. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Regel nur für recht kurze Zeit aktiv arbeitet, ist es in einer bevorzugten Ausführung möglich, auf eine externe oder besondere Kühlung der Vorrichtung zu verzichten. In der Regel reicht eine natürliche Konvektion zur Kühlung der Vorrichtung aus. Somit wird eine Unabhängigkeit von der vorhandenen Kühlstruktur der zentralen Steuervorrichtung oder der Kühlinfrastruktur des Gesamtfahrzeugs geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie mit ihren zur Verfügung gestellten Minimalfunktionen als Fall-Back-System und gleichzeitig als sogenanntes „Hot-Standby“-System zur Verfügung steht. Sie kann also im Fehlerfall oder bei Ausfall der zentralen Steuervorrichtung sofort und ohne Zeitverzug eine, wenn auch reduzierte, Steuerung des Fahrzeugs übernehmen. Die Steuerung reicht jedenfalls soweit, um das Fahrzeug in den gewünschten sicheren Zustand zu bringen.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein separates Gerät oder Bauteil. Alternativ kann sie jedoch auch in der zentralen Steuervorrichtung integriert sein. Allerdings hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sie auf einem separaten Logikboard oder einer Platine angeordnet ist. Vorteilhaft ist es, wenn sie in diesem Fall mit einer eigenen Energieversorgung ausgerüstet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgangsschnittstelle der Vorrichtung mittels einer Kabelverbindung mit einem Eingangsport der zentralen Steuervorrichtung verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung mittels einer Ethernet-Verbindung, wobei die Ausgangsschnittstelle und der Eingangsport entsprechend ausgebildet sein müssen. Hierdurch können hohe Datenraten erzeugt werden (z.B. wenigstens 1 Gbit/s, bevorzugt wenigstens 5 Gbit/s, sehr bevorzugt wenigstens 10 Gbit/s), sodass die Steuerdaten für die Steuerung der zentralen Steuervorrichtung möglichst schnell übermittelt werden können. Eine drahtlose Verbindung ist auch denkbar.
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Vorzugsweise ist die Ausgangsschnittstelle mit einer Messdatenschnittstelle der zentralen Steuervorrichtung verbunden, bevorzugt mit einer sogenannten MDI-Modul-Schnittstelle (Measurement Data Interface-Modul). Vorzugsweise weisen die Ausgangsschnittstelle und die MDI-Modul-Schnittstelle eine Bandbreite von wenigstens 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) auf, sehr bevorzugt von wenigstens 5 Gbit/s, weiter bevorzugt von wenigstens 10 Gbit/s und besonders bevorzugt von wenigstens 20 Gbit/s.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Steuerdaten mittels der Ausgangsschnittstelle zusätzlich oder alternativ direkt an einen Aktor des Fahrzeugs übermittelt werden können. Dabei erfolgt eine Aufteilung der Steuerdaten an die entsprechenden Aktoren, sodass ein Aktor nur die für ihn relevanten Steuerdaten empfängt. Auf diese Weise ließe sich auch bei einem Totalausfall der zentralen Steuervorrichtung das Fahrzeug zuverlässig in einen sicheren Zustand bringen. Eine derartige Ausbildung macht das Fahrzeug insgesamt sehr robust und zuverlässig gegen Systemausfälle oder Teilausfälle.
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Das erfindungsgemäße System zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug umfasst die oben beschriebene Vorrichtung sowie eine zentrale Steuervorrichtung und einen Sensor zum Bereitstellen von Informationen der Umgebung des Fahrzeugs. Der Sensor ist mit einer Eingangsschnittstelle der Vorrichtung des Systems verbunden. Ein derartiges System kann in ein Fahrzeug implementiert werden und bietet eine robuste und sichere Variante, um ein autonomes Fahren oder teilautonome Fahrerassistenzsysteme mit einer hohen Ausfallsicherheit zur Verfügung zu stellen.
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Vorzugsweise umfasst die zentrale Steuervorrichtung des Systems wenigstens einen Prozessor oder ein Logikboard mit mehreren Prozessorkernen. Eine derartige zentrale Steuervorrichtung ist besonders geeignet, um die Vielzahl an Sensordaten, die für einen autonomen Betrieb eines Fahrzeugs notwendig sind, zuverlässig und schnell zu verarbeiten. In der Regel umfassen die Sensoren neben Kameradaten auch Radardaten oder Lidardaten, die vorzugsweise als Rohdaten (raw data) oder in Kombination mit Objektdaten, also vorverarbeiteten Daten, vorliegen. Dadurch fallen große Datenmengen an, sodass die zentrale Steuervorrichtung sehr performant und leistungsfähig sein muss, um die Vielzahl der Daten in kürzester Zeit zu verarbeiten. Eine typische Performanz liegt bei 90 TOPS und mehr. Nur so ist es möglich, die entsprechenden Steuersignale und Steuerbefehle in Form von Steuerdaten an die Aktoren des Fahrzeugs zu übermitteln. Da die Aufgabe der zentralen Steuervorrichtung beim autonomen Fahren auch eine Bildverarbeitung und Sensordatenverarbeitung umfasst, haben sich Systeme mit Mehrprozessorkernen als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist es auch möglich, Teilfunktionen auf verschiedene Prozessorkerne auszulagern und eine jedenfalls teilweise Parallelverarbeitung durchzuführen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist einer der Prozessorkerne der zentralen Steuervorrichtung ein sogenannter Safety-Prozessor bzw. ein Safety-Controller, der eine erhöhte Robustheit im Vergleich zu den anderen Prozessorkernen der zentralen Steuervorrichtung aufweist. Die Robustheit bezieht sich hierbei auf Umwelteinflüsse wie Temperaturresistenz oder Feuchtigkeitsresistenz sowie auf Einflüsse, die aus Strom- oder Spannungsschwankungen innerhalb des Systems auftreten können. Die im Vergleich zu den anderen Prozessoren erhöhte Robustheit des Safety-Controllers kann durch (bevorzugt normative) Messungen gezeigt werden. Der Einsatz eines Safety-Controllers bzw. eines Safety-Prozessorkerns weist den Vorteil auf, dass jedenfalls dieser Prozessorkern von einem Ausfall in der Regel nicht betroffen ist. So ist es möglich, diesen Prozessor anzusprechen und zu verwenden, um die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Steuerdaten an die entsprechenden Aktoren weiterzuleiten. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltungsstruktur und die Verbindung der Steuereinheit zu den Aktoren beibehalten werden kann und nicht redundant ausgeführt werden muss. Somit wird das System insgesamt sehr kostengünstig.
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Vorzugsweise verarbeitet der Safety-Controller bzw. Safety-Prozessorkern die von der Vorrichtung übermittelten Steuerdaten und erzeugt bevorzugt Steuerbefehle, die an die Aktoren des Fahrzeugs übermittelt werden. Mittels dieser Steuerbefehle kann das Fahrzeug in den gewünschten sicheren Zustand gebracht werden. Auf diese Weise lässt sich eine sehr effiziente Ansteuerung der Aktoren realisieren, sodass das Fahrzeug zuverlässig und schnell in den sicheren Zustand gelangen kann. Alternativ umfassen die Steuerdaten, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden, bereits die entsprechenden Steuerbefehle für die Aktoren. Der Safety-Controller muss dann nur die Weiterleitung der Befehle und Daten an die Aktoren sicherstellen. Er könnte dann eine geringere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den anderen Prozessorkernen aufweisen.
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Die zentrale Steuervorrichtung ist typischerweise ein Steuergerät, das die Funktionalität des autonomen Fahrens zur Verfügung stellt. Die zentrale Steuervorrichtung kann darüber hinaus auch ein teilautonomes Fahren zur Verfügung stellen, das Teil eines erweiterten Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeugs sein kann. Zur Funktionalität des autonomen Fahrens oder teilautonomen Fahrens gehören auch Funktionen der Sensor- und Fahrzeugdaten- und Bildverarbeitung, der Planung des Fahrweges oder der Route, Steuer- und Lenkfunktionen sowie Bremsfunktionen und autonome Fahrerassistenzfunktionen. Es werden von der zentralen Steuervorrichtung Sensordaten von einer Mehrzahl von Sensoren empfangen und verarbeitet, wobei die Sensordaten teilweise als Rohdaten und auch als Objektdaten vorliegen, also als bereits vorverarbeitete Daten. Die Sensoren umfassen dabei optische Sensoren wie Kameras und Radarsensoren und Lidarsensoren sowie Ultraschallsensoren. Darüber hinaus können auch Daten von anderen Sensoren, beispielsweise von GPS-Sensoren oder Geschwindigkeitssensoren, Gierraten- oder Beschleunigungssensoren oder ähnlichen Sensoren, verarbeitet 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 eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen System;
- 3a, 3b eine schematische Darstellung der verwendeten Sensoren der zentralen Steuervorrichtung des Systems und der Vorrichtung des Systems; und
- 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes System 10 mit einer Vorrichtung 12 zum Erzeugen eines sicheren Zustands in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug mit einer zentralen Steuervorrichtung 14 und einem Sensor 18.
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Die Vorrichtung 12 hat eine erste Eingangsschnittstelle 16, die mit dem Sensor 18 verbunden ist. Der Sensor 18 übermittelt Informationen für Fahrfunktionen eines Fahrzeugs an die erste Schnittstelle 16, die diese empfängt. Eine zweite Eingangsschnittstelle 20 ist zum Empfang eines Anforderungssignals mit Informationen zu einem Teilausfall oder einer Störung der zentralen Steuervorrichtung 14 in der Vorrichtung 12 vorgesehen. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Eingangsschnittstelle 20 mit einem Ausgangsport 22 der zentralen Steuervorrichtung 14 verbunden, sodass das Anforderungssignal direkt von der zentralen Steuervorrichtung 14 gesendet wird. Bevorzugt ist der Ausgangsport 22 eine MDI-Modul-Schnittstelle mit einer Bandbreite von wenigstens 1 Gbit pro Sekunde, bevorzugt wenigstens 10 Gbit pro Sekunde.
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Die Vorrichtung 12 umfasst eine Verarbeitungseinheit 24, die das Vorhandensein des Anforderungssignals erkennt und das Signal auswertet. Weiter verarbeitet die Verarbeitungseinheit 24 die Sensordaten des Sensors 18 und erzeugt Steuerdaten für eine Fahrfunktion, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu versetzen. Eine Ausgangsschnittstelle 26 der Vorrichtung 12 ist mit einem Eingangsport 28 der zentralen Steuervorrichtung 14 verbunden, um bevorzugt die Steuerdaten an die zentrale Steuervorrichtung 14 zu übermitteln.
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In der hier gezeigten Ausführung umfasst die zentrale Steuervorrichtung 14 mehrere Prozessorkerne 30, von denen im vorliegenden Fall vier dargestellt sind. Zusätzlich umfasst die zentrale Steuervorrichtung 14 einen Prozessorkern, der ein Safety-Controller 32 ist und eine höhere Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und außergewöhnlichen Betriebszuständen aufweist. Der Safety-Controller 32 ist bevorzugt in der Lage, ein minimales Peripherieset an Aktoren anzusteuern, um im Fehlerfall oder bei Ausfall eines oder mehrerer der Prozessorkerne 30 basierend auf Steuerdaten von der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu versetzen.
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Der Safety-Controller 32 ist bevorzugt derart ausgebildet, dass er auch im Fehlerfall eines der anderen Prozessorkerne 30 im Normalbetrieb weiterarbeiten kann. Normalbetrieb meint dabei, dass ein vorbestimmtes Set von Ausführungen und Funktionsaufrufen ausgeführt werden kann. Die Ausführung erfolgt bevorzugt gemäß einem in der Automobilbranche üblichen Standard „ASIL D“. In dieser Kategorie D des Standards ASIL sind kritische Sicherheitsfunktionen zusammengefasst, wie beispielsweise Lenkung oder Bremsen. Der Safety-Controller 32 kann also entsprechende Aktoren sicher, zuverlässig und robust ansprechen und Befehle an diese Aktoren schicken. Dazu ist ein minimales Peripherieset notwendig, das von dem Safety-Controller 32 angesprochen werden kann.
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Unter einem minimalen Peripherieset wird ein Peripherieset verstanden, das auch dann noch ausgeführt werden kann, wenn einer oder alle der Prozessorkerne 30, die nicht der Safety-Controller 32 sind, ausfallen. Zu dem Peripherieset gehören unter anderem beispielsweise der CAN-Bus-Controller sowie diskrete Ein- und Ausgangsports (bis zu zehn Pins), beispielsweise um Aktoren anzusprechen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Monitoring-Einheit oder eine Watchdog-Einheit 34 eingesetzt, die jedenfalls den Safe-State-Zustand der zentralen Steuervorrichtung 14 abfragt und beim Vorliegen eines Fehlerfalls oder eines Ausfalls das Anforderungssignal für die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 erzeugt. Eine derartige Watchdog-Einheit 34 ist in 1 gestrichelt gezeigt und ist sowohl mit dem Ausgangsport 22 der zentralen Steuervorrichtung 14 wie auch mit der zweiten Eingangsschnittstelle 20 der Vorrichtung 12 verbunden. Die Verwendung des Watchdogs ist eine bevorzugte Ausführung, da hierdurch auf einfache Weise eine zuverlässige und kontinuierliche Überwachung der zentralen Steuervorrichtung 14 erfolgen kann. Watchdog-Überwachungen sind im Stand der Technik und insbesondere der Automobilindustrie bekannt und vielfach verwendet.
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Zur Entscheidung, ob ein Fehlerfall vorliegt, wird bevorzugt ein Verfügbarkeitsmodell hinterlegt, bei dem sowohl die Prozessorauslastung der zentralen Steuervorrichtung 14 überwacht wird wie auch verschiedene Temperatursensoren eines Kühlsystems zur Kühlung und Wärmeabführung der zentralen Steuervorrichtung 14, eines Temperatursensors der Steuervorrichtung 14 selbst und beispielsweise eines Temperatursensors des Logikboards oder System-on-Chip der zentralen Steuervorrichtung 14, auf dem die Mehrprozessorkerne und der Safety-Prozessorkern angeordnet sind. Weiterhin kann zur Überwachung der Verfügbarkeit der zentralen Steuervorrichtung 14 die Leistungsaufnahme überwacht werden. Hierbei werden bevorzugt Strom und Spannung der zentralen Steuervorrichtung 14 wie auch des System-on-Chip oder Schaltungsboards selbst überwacht. Die aktuellen Sensorwerte für die Überwachung der Verfügbarkeit der zentralen Steuervorrichtung 14 werden mit konstanten oder hinterlegten vordefinierten Werten verglichen. Derartige Parameter sind beispielsweise die thermische Kapazität, der thermische Widerstand oder Wärmestrom über das Kühlsystem.
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Bei der Verfügbarkeit wird die aktuelle Verfügbarkeit definiert, ebenso die Verfügbarkeit bei Ausfall des Kühlsystems. Weiterhin können Informationen über das thermische Verhalten implementiert sein. All diese Informationen können in dem Anforderungssignal für die Vorrichtung 12 eingebettet sein. Ebenfalls bevorzugt kann zur Definition der Verfügbarkeit eine Zeit definiert werden, bis zu der mit einer Systemabschaltung der zentralen Steuervorrichtung 14 zu rechnen ist, beispielsweise wegen Überlast oder Übertemperatur. Diese Zeit wird in Sekunden angegeben. Diese geschätzte oder berechnete Systemabschaltungszeit kann ebenfalls in dem Anforderungssignal für die Vorrichtung 12 integriert sein. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 bevorzugt entscheiden, wieviele Informationen und Sensordaten verarbeitet werden, um innerhalb der Systemabschaltungszeit die notwendigen Steuerdaten für eine Fahrfunktion, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu versetzen, zu erzeugen.
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1 ist weiter zu entnehmen, dass mit der ersten Eingangsschnittstelle 16 der Vorrichtung 12 nicht nur ein Sensor 18 verbunden ist. Vielmehr können weitere Sensoren 36 mit der ersten Eingangsschnittstelle 16 verbunden sein, sodass die Eingangsschnittstelle 16 die Sensordaten dieser Sensoren 36 ebenfalls empfängt. Die Sensoren 18, 36 sind beispielsweise Kamerasensoren, wie eine Frontkamera, bevorzugt eine Frontkamera mit weitem Öffnungswinkel, oder ein Radarsensor bzw. mehrere Radarsensoren, die eine radarbasierte 360°-Objekterkennung um das Fahrzeug herum ermöglichen. Vorzugsweise sind diese Sensoren Shortrange-Radarsensoren (SRR) oder Midrange-Radarsensoren (MRR). Diese Sensoren 18, 36 liefern vorverarbeitete Sensordaten mit einer geringeren Datenrate als Rohdaten. Sie sind ebenfalls mit der zentralen Steuervorrichtung 14 verbunden.
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Die zentrale Steuervorrichtung 14 ist mit weiteren Sensoren 38 verbunden, die beispielsweise einen Longrange-Radarsensor (LRR), einen Lidarsensor, einen Imaging-Radarsensor oder Remote-Kameras umfassen. Die Sensoren 38 liefern in der Regel Rohdaten an die zentrale Steuervorrichtung 14. Zur Verarbeitung der Rohdaten ist eine hohe Performanz der zentralen Steuervorrichtung 14 notwendig.
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2 zeigt ein Fahrzeug in Draufsicht 40 mit dem erfindungsgemäßen System 10 mit der Vorrichtung 12, der zentralen Steuervorrichtung 14 und einem Sensor 18, der beispielsweise eine Frontkamera 42 ist.
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Das Fahrzeug 40 weist weitere Sensoren 36 auf, beispielsweise eine Kamera 44 im Fahrzeugheck oder je einen Kurzstreckenradarsensor 46 (SRR) an der rechten und linken Frontseite. Diese Sensoren 36 sind mit der zentralen Steuervorrichtung 14 und der für den Fehlerfall als Redundanzsystem vorgehaltenen erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 verbunden. Die Verbindungen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Weitere Sensoren 36 können Kurzstreckenradarsensoren 46 (SRR) an beiden Seiten des Fahrzeugs sein. Auch diese sind sowohl mit der Vorrichtung 12 wie auch mit der zentralen Steuervorrichtung 14 verbunden.
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Darüber hinaus weist das Fahrzeug 40 weitere Sensoren 38 auf, wie beispielsweise einen Lidarsensor 48 im Heck und einen Lidarsensor 48 im Frontbereich. Auch hat das Fahrzeug 40 einen Langstreckenradarsensor 50 (LRR) im Frontbereich, der ebenfalls in die Gruppe der Sensoren 38 fällt, die nur mit der zentralen Steuervorrichtung 14 verbunden und für ein autonomes Fahren notwendig sind. Diese Sensoren müssen nicht ausgewertet bzw. ihre Sensordaten verarbeitet werden, wenn ein Fehlerfall der zentralen Steuervorrichtung 14 auftritt und die Vorrichtung 12 das Fahrzeug in einen sicheren Zustand bringt.
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Die 3a und 3b zeigen schematisch ein autonom fahrendes Fahrzeug mit der Sensorinfrastruktur und den Verarbeitungseinheiten.
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3a zeigt das autonome Fahrzeug 40 mit der zentralen Steuervorrichtung 14, die über Datenleitungen mit einer Vielzahl von Sensoren verbunden ist. Die Vorrichtung 12 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargstellt. In 3a sind die mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Datenleitungen zu den Sensoren 38 so zu verstehen, dass Rohdaten von den jeweiligen Sensoren 38 zur Verfügung gestellt werden. Dies sind insbesondere Remote-Kameras 52. Weiterhin sind zwei Sensoren 38 gezeigt, von denen einer ein Lidarsensor 48 und einer ein Langstreckenradar 50 ist.
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Diese Sensoren 38 sind ebenfalls über Verbindungsleitungen mit der zentralen Steuervorrichtung verbunden. Die Sensoren stellen neben Rohdaten auch Objektdaten zur Verfügung, d.h. weiterverarbeitete Daten. Diese Verbindungsleitungen sind in 3a als dickere gestrichelte Leitungen gezeigt. Sensoren 36, die lediglich vorverarbeitete Daten in Form von Objektdaten zur Verfügung stellen, sind im Fahrzeug 40 ebenfalls vorhanden. Diese Sensoren sind über Leitungen mit der zentralen Steuervorrichtung verbunden, die als dünne gestrichelte Leitungen dargestellt sind. Somit stellt 3a das Sensorset für den Normalbetrieb eines autonom fahrenden Fahrzeugs 40 dar.
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Im Gegensatz dazu zeigt 3b die Sensorstruktur des autonom fahrenden Fahrzeugs 40 aus 3a im Falle eines Ausfalls der zentralen Steuereinheit 14. Die Steuereinheit 14 ist hier nicht explizit dargestellt. Vielmehr ist hier die Vorrichtung 12 gezeigt, die mit einer Vielzahl von Sensoren 36, 18 verbunden ist. Alle Sensoren liefern jedoch lediglich Objektdaten, d.h. vorverarbeitete Daten. Diese Daten können auch mit der wenig performanten Vorrichtung 12 verarbeitet werden, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu führen. Die als Kurzstreckenradar 46 (SRR) ausgeführten Sensoren 36 sind an den vier Ecken des Fahrzeugs angeordnet und ermöglichen so, die nähere Umgebung des Fahrzeugs 40 zu detektieren und zu überwachen. Im Frontbereich des Fahrzeugs 40 ist weiterhin ein Mittelstreckenradar (MRR) 54 angeordnet, mit dem ein etwas weiterer Bereich, bevorzugt etwa zwischen 1 und 50 m, detektiert wird. Zusätzlich liefert die Frontkamera 42 Daten von der Umgebung im Vorfeld des Fahrzeugs 40. Mittels dieser zur Verfügung stehenden Sensordaten ist es möglich, das Fahrzeug 40 in einen sicheren Zustand zu überführen. Hierbei wird bevorzugt in Abhängigkeit der erhaltenen Informationen das Fahrzeug 40 langsam abgebremst und an den Fahrbahnrand geführt, bis es dort zum Stillstand kommen kann.
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Optional kann die Vorrichtung 12 zusätzlich ein Signal aussenden, beispielsweise über eine Mobilfunkverbindung oder eine Internetverbindung, um mit einer Leitstelle zu kommunizieren und den Ausfall der Fahrtüchtigkeit des Fahrzeugs 40 zu melden. Ebenso kann ein Warnsignal ausgegeben werden, um andere Verkehrsteilnehmer zu warnen, z.B. die Warnblinker eingeschaltet werden.
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4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren, das mehrere Schritte umfasst, um ein autonom oder teilautonom fahrendes Fahrzeug 40 mit einer Steuervorrichtung 14 in einen sicheren Zustand zu überführen, für den Fall, dass die zentrale Steuervorrichtung 14 einen Fehlerfall, Teilausfall oder Ausfall meldet. Das Verfahren kann auch dann angewendet werden, wenn die zentrale Steuervorrichtung 14 oder eine Monitoring-Einheit, wie beispielsweise ein Watchdog, meldet, dass überwachte Parameter aus dem erlaubten Bereich herausfallen. Überwachte Parameter können beispielsweise Sensordaten von Temperatursensoren der zentralen Steuervorrichtung 14, der relevanten Recheneinheiten oder eines Logikboards innerhalb der zentralen Steuervorrichtung 14 sein. Auch können Ausfälle des Kühlsystems zur Kühlung der zentralen Steuervorrichtung gemeldet werden, wenn entsprechende Temperatursensoren vorhanden sind. Darüber hinaus können Sensoren die Strom- und Spannungswerte sowie die Leistungsaufnahme der zentralen Steuervorrichtung oder einzelner Komponenten innerhalb der zentralen Steuervorrichtung 14 überwachen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt des Empfangens S10 ein Anforderungssignal empfangen, das Informationen zu einem Fehlerfall oder Teilausfall der zentralen Steuervorrichtung 14 umfasst. Das Anforderungssignal kann beispielsweise durch eine Monitoring-Einheit oder eine Watchdog-Einheit 34 erzeugt und übermittelt werden.
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In einem weiteren Schritt des Empfangens S12 erfolgt der Empfang von Sensordaten eines Sensors 18, 36 mit Informationen für Fahrfunktionen des Fahrzeugs 40 mittels einer ersten Eingangsschnittstelle 16. Hierbei werden Sensordaten von Sensoren 18, 36 erfasst, die vorverarbeitet sind und eine im Vergleich zu Rohdaten sehr geringe Datenmenge darstellen.
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In einem weiteren Schritt des Erkennens und Auswertens S14 erfolgt das Erkennen und Auswerten des Anforderungssignals der zentralen Steuervorrichtung, d.h. das Anforderungssignal umfasst Informationen zu dem aktuellen Status der zentralen Steuervorrichtung 14. In Abhängigkeit der in dem Anforderungssignal enthaltenen Informationen und Parameter können dann weitere Schritte und Maßnahmen erfolgen. Beispielsweise kann das Anforderungssignal auch eine geschätzte Zeit umfassen, in der mit einem Abschalten oder Totalausfall der zentralen Steuervorrichtung 14 zu rechnen sein kann.
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In einem weiteren Schritt des Verarbeitens S16 werden die Sensordaten des oder der Sensoren 18, 36 verarbeitet, beispielsweise um auf Grundlage der erkannten Umgebung um das Fahrzeug herum eine Strategie für den Prozess des Überführens des Fahrzeugs 40 in den sicheren Zustand zu bestimmen. In Abhängigkeit von der Verkehrssituation in der Umgebung des Fahrzeugs 40 wird das Fahrzeug beispielsweise entsprechend stark oder langsam abgebremst, um an den Fahrbahnrand gelenkt zu werden. Bei einer Fahrt auf der Autobahn kann das Fahrzeug 40 bei geringem Verkehr und freiem Standstreifen direkt auf den Standstreifen gelenkt und dann abgebremst werden. Ist der Standstreifen blockiert oder befindet sich das Fahrzeug in Höhe einer Ausfahrt, kann zunächst ein langsames Abbremsen erfolgen, um nach der Ausfahrt der Autobahn das Fahrzeug 40 auf den Standstreifen zu lenken und abzubremsen. Der sichere Zustand des Fahrzeugs hängt also bevorzugt auch von der Verkehrssituation in der Umgebung des Fahrzeugs ab und ist bevorzugt abhängig von den ermittelten Informationen in der Umgebung des Fahrzeugs.
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In einem weiteren Schritt des Erzeugens S18 werden die entsprechenden Steuerdaten für eine Fahrfunktion des Fahrzeugs 40 erzeugt, die von den ermittelten Sensordaten bevorzugt abhängen. Somit ist es möglich, eine situationsabhängige Erzeugung von Steuerdaten vorzunehmen, um das Fahrzeug 40 sicher und ohne Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer oder der Insassen des Fahrzeugs in den gewünschten sicheren Zustand zu bringen.
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Ein weiterer Schritt des Ausgebens S20 umfasst die Ausgabe der Steuerdaten für die Fahrfunktion, um das Fahrzeug in den sicheren Zustand zu überführen, wobei die Steuerdaten bevorzugt an die zentrale Steuervorrichtung 14 übermittelt werden. Vorzugsweise werden die Steuerdaten an den Safety-Controller 32 als robustem Prozessorkern der zentralen Steuervorrichtung 14 übermittelt und dort verarbeitet. Vorzugsweise umfassen die Steuerdaten für eine Fahrzeugfunktion jedenfalls den Steuerbefehl zum Abbremsen des Fahrzeugs. Lenkbefehle sind bevorzugt ebenfalls umfasst. Optional und weiter bevorzugt können die Steuerdaten auch Daten enthalten, die eine Signalisierung des Ausfalls der zentralen Steuervorrichtung 14 initiieren, beispielsweise die Warnblinker des Fahrzeugs anschalten.
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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
- zentrale Steuervorrichtung
- 16
- erste Eingangsschnittstelle
- 18
- Sensor
- 20
- zweite Eingangsschnittstelle
- 22
- Ausgangsport
- 24
- Verarbeitungseinheit
- 26
- Ausgangsschnittstelle
- 28
- Eingangsport
- 30
- Prozessorkern
- 32
- Safety-Controller
- 34
- Watchdog-Einheit
- 36
- Sensor
- 38
- Sensor
- 40
- Fahrzeug
- 42
- Frontkamera
- 44
- Kamera
- 46
- Kurzstreckenradar (SRR)
- 48
- Lidarsensor
- 50
- Langstreckenradar (LRR)
- 52
- Remote-Kamera
- 54
- Mittelstreckenradar (MRR)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2693278 B1 [0005]
- DE 102019212386 [0015]
