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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur situationsabhängigen Priorisierung von zu übermittelnden Nachrichten in einem Fahrzeug sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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In Fahrzeugen aller Art sind verschiedene Kommunikationsverbindungen und Schnittstellen vorhanden, um sowohl die interne Kommunikation zwischen Steuereinheiten und anderen Elementen des Fahrzeugs als auch externe Kommunikation, beispielsweise an zentrale Leitstellen oder an andere Fahrzeuge (Car2X oder Vehicle2X) zu gewährleisten. Dazu gehören weiter auch Datenübermittlungen an Benutzerschnittstellen im Fahrzeug, die dann z.B. als hörbare Ansage oder als Nachricht oder visuelles Signal auf einem Bildschirm dargestellt werden. Ebenso können Daten über lokale Netzwerke übertragen werden, beispielsweise über eine Bluetooth- oder WLAN-Verbindung an Endgeräte von Fahrzeuginsassen. Auch zur eigentlichen Steuerung des Fahrzeugs, z.B. zur automatischen Einhaltung von Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Routenplanung werden Daten, die von vernetzter Infrastruktur oder anderen Fahrzeugen übertragen werden, zunehmend genutzt.
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Dabei werden üblicherweise alle Nachrichten und Datenflüsse dann versendet, wenn sie von der entsprechenden Steuer-/Recheneinheit erzeugt und an die Schnittstelle weitergeleitet werden. In modernen Fahrzeugen, die sowohl intern als auch extern einen immer höheren Vernetzungsgrad aufweisen, können daher in bestimmten Situationen viele Nachrichten innerhalb kurzer Zeit übertragen werden. Dabei besteht die Gefahr, dass selbst besonders relevante Nachrichten, z.B. Warnungen an andere Fahrzeuge über ein Stauende zur Verhinderung eines Auffahrunfalls oder Notrufsignale, ungewollt blockiert oder zeitverzögert versendet werden, wenn die Schnittstelle gerade durch eine Übermittlung einer anderen Einheit im Fahrzeug belegt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur situationsabhängigen Priorisierung von Nachrichten in einem Fahrzeug sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Insbesondere wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mindestens ein Parameter, der eine aktuelle Fahrsituation eines Fahrzeugs kennzeichnet, überwacht wird, eine Nachricht, die über eine Kommunikationsschnittstelle des Fahrzeugs übermittelt werden soll, erzeugt wird, und ein situationsabhängiger Prioritätswert für die erzeugte Nachricht auf Grundlage des mindestens einen überwachten Parameters festgelegt wird. Auf diese Weise kann die Übermittlung von Nachrichten auf Grundlage einer derzeitigen Fahr- oder Umgebungssituation eines Fahrzeugs festgelegt werden, so dass bei Erkennung einer besonderen Situation (z.B. Gefährdung) oder Dringlichkeit Nachrichten mit hoher Priorität und Zuverlässigkeit gesendet werden können. Insbesondere erlaubt die Bildung eines Prioritätswerts für Nachrichten auch eine sichere Bewertung der Wichtigkeit einer Nachricht in Systemen, in denen mehrere Steuereinheiten oder Recheneinheiten verteilt zusammenwirken. Neue Softwarearchitekturen sind häufig so ausgeprägt, dass dieselbe Software (z.B. für ein Fahrerassistenzsystem) beliebig auf unterschiedliche Steuergeräte verteilt werden kann. Insbesondere in diesem Fall kann die situationsabhängige Priorisierung von Nachrichten erforderlich sein.
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Dabei kann beim Übermitteln von mehreren erzeugten Nachrichten über die Kommunikationsschnittstelle die Übermittlungsreihenfolge auf Grundlage des situationsabhängigen Prioritätswerts bestimmt werden. Weniger zeitkritische Nachrichten können so zurückgestellt werden, um Nachrichten hoher Priorität situationsabhängig zu erkennen und zuverlässig zu versenden.
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Dabei kann der situationsabhängigen Prioritätswerts für die erzeugte Nachricht zusätzlich auf Grundlage eines Nachrichtentyps der erzeugten Nachricht festgelegt werden, z.B. abhängig davon, ob es sich um eine reine Informationsnachricht an einen Nutzer oder eine andere Einheit im Fahrzeug handelt oder um eine dringende Warnung, die an andere Fahrzeuge zur Vermeidung einer Gefahrensituation gesendet wird.
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Zusätzlich kann ein initialer Prioritätswert für eine erzeugte Nachricht vorgegeben werden. Auf diese Weise können beispielsweise sicherheitsrelevante Nachrichten bereits situationsunabhängig mit einem hohen Prioritätswert versehen werden, während Nachrichten zur Wetterlage mit niedriger Priorität eingeordnet werden. Bei Bedarf können derart vorgegebene Prioritätswerte für eine Nachricht dann auf Grundlage der überwachten Parameter und der erkannten Fahrsituation überschrieben werden.
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Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise eine drahtgebundene Schnittstelle, die eine Kommunikation innerhalb des Fahrzeugs ermöglicht, oder eine drahtlose Schnittstelle, insbesondere eine Mobilfunkschnittstelle, eine WLAN-Schnittstelle, eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine andere beliebige drahtlose Schnittstelle nach einem geeigneten Standard umfassen, die eine Kommunikation mit anderen Systemen wie etwa anderen Fahrzeugen oder vernetzter Verkehrsinfrastruktur ermöglicht (z.B. Car2Car, C2C, bzw. allgemein C2X). Alternativ oder zusätzlich kann eine Kommunikationsschnittstelle eine Nutzerschnittstelle umfassen, die eine Ausgabe von Nachrichten an einen Nutzer des Fahrzeugs ermöglicht, wie etwa einen Anzeigebildschirm, eine Warnleuchte, einen Touchscreen, einen Lautsprecher oder andere.
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Die überwachten Parameter können beispielsweise Bewegungsparameter des Fahrzeugs, Witterungsparameter oder Infrastrukturparameter umfassen. Parameter können aus empfangenen Daten extrahiert werden, aus Steuerungsdaten im Fahrzeug bestimmt oder berechnet werden, oder z.B. durch Sensoren beliebiger Art erfasst werden.
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In einer Ausführungsform kann der für eine Nachricht festgelegte Prioritätswert in ein Datenfeld der Nachricht eingefügt werden. Alternativ kann der Prioritätswert über eine eindeutige Nachrichtenkennung mit der Nachricht verknüpft werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein beispielhaftes System, in dem Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein System, in dem beispielhafte Ausführungsformen angewendet werden können. Dabei ist ein Fahrzeug 100 gezeigt, welches unter anderem mehrere Steuer- und Recheneinheiten 112, 114 und 116 aufweist. Die Steuer- und Recheneinheiten sind jeweils für verschiedene Steuerungsaufgaben und Funktionen im Fahrzeug zuständig und sind hier miteinander beispielsweise über ein Bussystem 110 verbunden. Die Steuereinheiten können, wie etwa beispielhaft anhand der Steuereinheit 112 gezeigt, mit einem oder mehreren Sensoren 152, 154 verbunden sein, die Parameter des Fahrzeugs oder der Fahrzeugumgebung erfassen und als Datenwerte weitergeben können. Eine erste Schnittstelleneinheit 120 kann an das Bussystem angebunden sein und als Kommunikationsschnittstelle für eine drahtlose Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise als Sende-Empfänger (Receiver) zur Verbindung mit einem Mobilfunknetz oder einem WLAN-Netz. Über derartige drahtlose Netze können dann Daten bzw. Nachrichten an andere Systeme, wie etwa weitere Fahrzeuge 102, 104 oder eine stationäre Zentrale 106 übermittelt und von dort empfangen werden. Außerdem ist eine zweite Schnittstelleneinheit 130 vorhanden, die ebenfalls an dem Bussystem angebunden ist und die Daten an ein oder mehrere Nutzerschnittstellen 140 übermitteln kann, beispielsweise an eine visuelle Anzeige wie eine Signalleuchte oder einen Anzeigebildschirm, oder an Elemente wie einen Lautsprecher, der Sprachausgaben für Nutzer bereitstellen kann. Dabei kann die Nutzerschnittstelle 140 auch eine bidirektionale Schnittstelle sein, die eine Interaktion mit dem Nutzer ermöglicht, etwa über Eingabemittel wie Tasten oder einen Touchscreen. Über das Bussystem 110 können Daten auf geeignete Art und Weise zwischen den verschiedenen Einheiten übertragen werden, wobei dazu entsprechende Protokolle und Verfahren im Fach bekannt sind. Ebenso können an allen Elementen weitere Recheneinheiten, Speichereinheiten oder Schnittstellen integriert sein, die hier nicht näher beschrieben sind.
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Es soll beachtet werden, dass diese Darstellung nur als Beispiel zu verstehen ist und dass die Elemente und ihre Verbindungen untereinander auch völlig anders ausgeführt sein können, beispielsweise mit mehr oder weniger Steuereinheiten, oder mit mehreren oder anders aufgebauten Bussystemen zur Verbindung verschiedener Einheiten. Ebenso sind andere relevante Fahrzeugbestandteile wie z.B. das Antriebssysteme und Motoren nicht gezeigt, die üblicherweise ebenfalls mit verschiedenen Steuereinheiten verbunden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zumindest ein Teil der Nachrichten, die von einem Steuergerät 112, 114 oder einer Recheneinheit 116 in dem Fahrzeug 110 gebildet und/oder übermittelt werden, mit einer Priorisierung versehen. Zu diesem Zweck kann ein Bewertungsmodell gebildet werden, das auf Grundlage unterschiedlicher Daten bestimmt, mit welcher Priorität eine Nachricht abhängig von einer momentanen Situation und Dringlichkeit über eine Kommunikationsschnittstelle übermittelt werden soll. Diese Bestimmung kann einen situationsabhängigen Prioritätswert ergeben, der dann für die Nachricht abgespeichert werden kann oder in die Nachricht auf geeignete Weise, z.B. in einem Datenfeld, integriert werden kann. Im Folgenden soll unter einer Nachricht jede Form der strukturierten Übermittlung von Daten an einen oder mehrere Empfänger verstanden werden, so dass Daten unterschiedlicher Formate, Inhalte und Datentypen auf die genannte Art und Weise priorisiert werden können.
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Die Daten, auf denen das Bewertungsmodell beruht, können verschiedene Daten sein, die insbesondere die derzeitige Fahrsituation des Fahrzeugs betreffen. Dies können beispielsweise Fahrbewegungsdaten wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehmoment, Bremsanforderung, und weitere sein. Ebenso kann es sich um Umfelddaten wie etwa Witterungsdaten (Temperatur, Feuchtigkeit, Niederschlag, Nebelbildung, Eis), Umgebungsbedingungen wie Lichtverhältnisse oder Straßenneigung, oder Infrastrukturdaten wie Kartendaten, Staumeldungen, Informationen über Kreuzungen und Haltepunkte, und ortsspezifische Daten handeln. Auch Überwachungsdaten durch geeignete Sensoren am Fahrzeug können genutzt werden, beispielsweise eine Innenraumüberwachung durch eine Kamera.
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Die Daten können auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden oder auch einzeln genutzt und ausgewertet werden. Dabei können die Daten beispielsweise durch interne Sensoren 152, 154 des Fahrzeugs 100 erfasst werden, wie etwa Abstands-, Temperatur- oder Helligkeitssensoren. Kameras können genutzt werden, um Daten von innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb bereitzustellen, die auch zunächst durch Bildverarbeitungsverfahren ausgewertet werden können, um daraus Daten über Fahrsituationen zu gewinnen. Ebenso können Daten auch indirekt oder direkt aus Steuerdaten des Fahrzeugs bestimmt werden, beispielsweise von einer Motorsteuereinheit (ECU, engine control unit), die verschiedene Informationen im ständigen Betrieb nutzt und verarbeitet. Ebenso können Daten vollständig oder teilweise von anderen Einheiten, anderen Fahrzeugen oder zentralen Systemen, die mit einer Vielzahl von Fahrzeugen verbunden sind, empfangen werden.
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Das Bewertungsmodell zur Bewertung der Priorität für zu sendende Nachrichten und zur Bestimmung des resultierenden Prioritätswerts kann dabei auf unterschiedlichen Ansätzen beruhen. Beispielsweise können einfache Schwellwerte für bestimmte Parameter festgelegt werden, wie etwa Auslösewerte für den Airbag in einem Kraftfahrzeug oder für die Aktivierung eines Notbremsassistenten. Dabei könnten auch mehrstufige Schwellwerte eingesetzt werden, um beispielsweise unterschiedliche Priorisierungsstufen abzubilden oder um abgeschlossene Bereiche zu definieren, innerhalb oder außerhalb derer ein bestimmter Prioritätswert festgelegt werden soll.
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Ebenso können Auslösebedingungen festgelegt werden, bei denen automatisch ein bestimmter Prioritätswert gesetzt wird, z. B. der maximal mögliche Prioritätswert, falls eine vorgegebene Notfallsituation erkannt wird. Dabei kann es sich beispielsweise um extreme Umgebungsbedingungen wie etwa Überschwemmungen oder Erdbeben handeln, wobei die extremen Bedingungen auf Basis von eigenen Messungen und Parametern im Fahrzeug erkannt werden können und/oder auf Grundlage von Daten erkannt werden, die von außen an das Fahrzeug gesendet werden. Beispielsweise können andere Fahrzeuge oder stationäre Überwachungssysteme über ein geeignetes Kommunikationssystem (Car2X) Daten wie erfasste Bildinformationen oder Sensorwerte in bestimmten Situationen automatisch an alle Fahrzeuge in der Umgebung versenden. Alternativ können andere Fahrzeuge auch ihre Daten (Sensorwerte, Bildinformationen) zunächst selbständig auswerten und dann auf Basis der Auswertung eine Warnnachricht versenden, deren Empfang dann die Auslösebedingung des empfangenden Fahrzeugs erfüllen kann. Auch Warnnachrichten von zentralen Informationssystemen, die in Gefahrensituationen die Bevölkerung allgemein warnen oder speziell für Fahrzeuge eingerichtet sind, können als Auslösebedingungen oder Bewertungsparameter zur Bestimmung eines Prioritätswerts verwendet werden.
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Weiter könnten lernende Systeme wie beispielsweise neuronale Netze verwendet werden, die auf Grundlage von bekannten und erfassten Daten zur Fahrumgebung und zum Fahrzeug die aktuelle Fahrsituation bewerten. Eine Trainingsphase kann dabei auch eine manuelle Priorisierung von Daten durch einen Fahrzeugnutzer mit umfassen.
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Beliebige Systeme können auch genutzt werden, um Fahrsituationen z.B. auf Basis historischer Unfalldaten oder gespeicherter Realfahrdaten auf ihre Gefährlichkeit hin zu bewerten.
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Es versteht sich, dass alle genannten Parameter sowie weitere, hier nicht aufgeführte Umgebungs- und Situationsparameter auf beliebige Weise miteinander kombiniert oder einzeln genutzt werden können, um die Priorität einer bestimmten Nachricht festzulegen. Auch die unterschiedlichen Bewertungsansätze wie lernende Systeme, Schwellwerte, Regelstrecken oder andere können parallel oder in verschiedenen Bewertungsstufen kombiniert genutzt werden, um eine Priorisierung von Nachrichten durchzuführen.
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Jede Steuereinheit kann eine Nachricht, die sie erzeugt, direkt mit einem situationsabhängigen Prioritätswert versehen. Dabei können auch Informationen und Daten verschiedener Einheiten oder Elemente, z.B. mehrerer Sensoren oder Daten anderer Steuereinheiten, zunächst in die Erzeugung der Nachrichten einfließen. Beispielsweise kann eine Steuereinheit ein Auslösesignal eines Airbags empfangen. Aus diesen Daten kann die Steuereinheit schließen, dass eine Unfallsituation vorliegt und entweder weitere Informationen sammeln oder direkt bestimmte Aktionen auslösen, etwa die Alarmierung von Rettungskräften über ein automatisches Notrufsystem wie eCall oder die Benachrichtigung eines Abschleppdienstes. Da diese Nachricht über eine Kommunikationsschnittstelle übertragen werden muss, kann die Steuereinheit nun auf Basis des Nachrichtentyps und auf Basis eines wie oben beschriebenen Bewertungsmodells einen Prioritätswert an die Nachricht anfügen, um sicherzustellen, dass sie bei der Übermittlung über die Schnittstelle mit hoher Priorität behandelt wird.
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Dabei kann die Auswertung der derzeitigen Fahrsituation über ein Bewertungsmodell direkt in der Steuereinheit stattfinden, welche die Nachricht erzeugt. In einer alternativen Ausführungsform können vorgegebene Parameter wie oben beschrieben von einer Überwachungs-Steuereinheit im Fahrzeug zentral überwacht und ausgewertet werden und auf dieser Grundlage kontinuierlich bzw. in bestimmten Abständen ein Situationswert festgelegt werden. Dieser Situationswert kann regelmäßig an die einzelnen Steuereinheiten im Fahrzeug übertragen werden, welche Nachrichten erzeugen. Dort kann dann der Situationswert zusammen mit Informationen über den Inhalt oder den Typ der zu sendenden Nachricht verwendet werden, um einen Prioritätswert für die Nachricht festzulegen und z.B. an die Nachricht anzufügen. Alternativ ist es möglich, einen Prioritätswert allein auf Grundlage der erfassten Fahrsituation und unabhängig vom Nachrichtentyp oder -Inhalt zu bestimmen. Es ist auch denkbar, für bestimmte Nachrichtentypen oder bestimmte Nachrichtensender/-Erzeuger einen vorgegebenen Prioritätswert (z.B. ein mittlerer Wert) festzulegen, der dann abhängig von bestimmten Fahrsituationen nur bei Bedarf nach oben oder unten korrigiert werden kann.
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Ebenso ist es möglich, dass eine Steuereinheit eine Nachricht, die von einer anderen Einheit im Fahrzeug oder auch außerhalb des Fahrzeugs erzeugt wurde und von dieser Steuereinheit zwischengespeichert und/oder weitergesendet wird, nachträglich mit einem Prioritätswert versieht. Dabei kann auch ein bereits vorhandener Prioritätswert überschrieben werden, beispielsweise, wenn sich die vorliegenden Bedingungen geändert haben oder wenn der bearbeitenden Steuereinheit zusätzliche Daten vorliegen, die einen anderen Prioritätswert ergeben als den bisher gespeicherten. Optional können dabei weitere Regeln festgelegt sein, beispielsweise, dass ein hoher Prioritätswert nicht oder nur von bestimmten privilegierten Einheiten durch einen niedrigeren Prioritätswert überschrieben werden darf, um zu garantieren, dass sicherheitsrelevante Nachrichten nicht versehentlich abgewertet und damit verzögert werden.
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Die Prioritätswerte, die in einer Nachricht enthalten sind oder z.B. über eine Nachrichtenkennung mit dieser Nachricht verknüpft sind, können je nach Ausführungsformen nur von einer sendenden Schnittstelle oder von jeder zwischenliegenden Einheit, über die die Nachricht weitergeleitet wird, ausgewertet werden. Beispielsweise kann eine Steuereinheit vorhanden sein, die mit einer oder mehreren Kommunikationsschnittstellen verbunden ist, wobei die Steuereinheit die Sortierung gemäß der Prioritätswerte übernimmt und die Nachrichten entsprechend an die Kommunikationsschnittstellen zur Übermittlung weiterleitet.
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Wenn an einer Kommunikationsschnittstelle nur eine einzelne Nachricht vorliegt, kann in einer beispielhaften Ausführungsform auf die Auswertung der Priorisierung verzichtet werden und die Nachricht gesendet werden. Sobald mehrere Nachrichten vorliegen, kann eine Sortierung der Reihenfolge für die Übermittlung gemäß der Priorisierung vorgenommen werden. Nachrichten, die auf Basis dieser Sortierung vorübergehend noch nicht gesendet werden sollen, können geeignet in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher zwischengespeichert werden, bis die in der Reihenfolge höher bewerteten Nachrichten erfolgreich versendet wurden. Dabei können die folgenden Nachrichten unmittelbar versendet werden oder es kann anhand der Prioritätswerte eine feste Zuweisung von Zeitblöcken vorgenommen werden, in denen die verschiedenen Nachrichten dann übermittelt werden. Es kann auch festgelegt sein, dass Nachrichten mit einem maximalen Prioritätswert sofort gesendet werden, ohne eine Priorisierung bzw. Sortierung der Nachrichten abzuwarten. Falls mehrere Nachrichten mit gleichem Prioritätswert vorliegen, kann eine willkürliche Reihenfolge gewählt werden oder beispielsweise gemäß der Eingangsreihenfolge gesendet werden.
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Dabei können auch mehrere unterschiedliche Bewertungsmodelle parallel verwendet werden, beispielsweise für unterschiedliche Arten von Kommunikationsschnittstellen. So kann in einem teilautomatisierten Fahrzeug für Nachrichten, die an den Nutzer als Sprachnachricht oder Textdarstellung ausgegeben werden, ein anderes Bewertungsmodell verwendet werden als für Steuernachrichten und/oder sicherheitsrelevante Nachrichten an andere Fahrzeuge.
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Während beispielhafte Ausführungsformen hier insbesondere mit Bezug auf Kraftfahrzeuge im Straßenverkehr beschrieben wurden, kann die Idee der Erfindung grundsätzlich auf beliebige Fahrzeuge angewandt werden, also beispielsweise auch Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge und andere mobile Einheiten, die entsprechende Kommunikationsschnittstellen und Bewertungseinheiten zur Auswertung der Fahrsituation aufweisen. Insbesondere können auch teilautonome und vollständig automatisierte Fahrzeuge derartige Verfahren zur Priorisierung von Nachrichten anwenden. Die verwendeten Parameter und Kommunikationsnetze können natürlich jeweils an die spezifische Anwendung angepasst sein.
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Ausführungsformen der Erfindung bieten sich insbesondere dann an, wenn Steuerungssoftware und allgemeine Funktionen verteilt über mehrere Steuereinheiten hinweg ausgeführt oder genutzt werden, beispielsweise Fahrzeuge mit mehreren Steuereinheiten (ECU) und Recheneinheiten, die jeweils für spezifische Aufgabenbereiche der Steuerung zuständig sind.
