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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Insbesondere zur Führung von Fahrzeugen für hochautomatisiertes Fahren können X-by-wire-Funktionen eine Absicherung für den Fall benötigen, dass es zu einem Ausfall von Kommunikation oder Energie für einen Aktor kommen sollte. Dies gilt im Besonderen, wenn Systeme ferngesteuert werden, wie beispielsweise ein oder mehrere automatisiert fahrende Fahrzeuge oder Fahrzeuge, die aus einer Infrastruktur gesteuert werden. Das heißt, beim Ausfall einer Energiequelle oder der Kommunikation, soll auf eine vorhandene Redundanz umgeschaltet werden. Bei bisherigen Fahrfunktionen für hochautomatisiertes Fahren bis Autonomiestufe 3 war diese Redundanz durch einen Fahrer realisiert. Zukünftig soll diese Redundanz durch ein funktionierendes System realisiert sein. Einer der Aufgaben des Fahrers bis heute ist es beispielsweise, einen Fahrbahnzustand auszuregeln, sodass das Fahrzeug in einer beabsichtigten Fahrspur bleibt. Diese Aufgabe soll bei Steuerungen, die teilweise außerhalb des Fahrzeugs sind, zukünftig insbesondere mit einer On-board-Elektronik übernehmen können. Andersausgedrückt sollen die Systeme außerhalb des Fahrzeugs mit der On-board-Elektronik im Fahrzeug kooperativ zusammenarbeiten.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein Fahrzeugsystem sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Gemäß Ausführungsformen kann insbesondere eine Steuerung einer Funktionseinheit zur Führung eines Fahrzeugs für hochautomatisiertes Fahren unter Verwendung eines Steuergeräts für die Funktionseinheit realisiert werden, wobei dieses Steuergerät eine Steuerhoheit hinsichtlich der Funktionseinheit haben kann. Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine hochverfügbare, sichere, dezentrale Steuerung oder Regelung, die ohne Notfalltrajektorie auskommt, für eine Funktionseinheit eines Fahrzeugs bereitgestellt werden. Eine sicherheitsrelevante Funktionalität der Funktionseinheit kann somit auch in einem Fehlerfall verfügbar bleiben.
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Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Funktionseinheit zur Führung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugs für hochautomatisiertes Fahren, vorgestellt, wobei das Verfahren unter Verwendung eines der Funktionseinheit zugeordneten Steuergerätes ausführbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Einlesen zumindest eines Eingangssignals von mindestens einer Datenquelle, wobei das Eingangssignal eine potenzielle Führungsgröße hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs repräsentiert;
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Verarbeiten des zumindest einen Eingangssignals unter Verwendung einer Berechtigungsinformation hinsichtlich einer Berechtigung zum Verwenden einer potenziellen Führungsgröße von einer Datenquelle und zusätzlich oder alternativ unter Verwendung zumindest eines Funktionsparameters der Funktionseinheit, um das zumindest eine Eingangssignal zu konsolidieren und zu priorisieren, um mindestens eine verarbeitete Führungsgröße zu ermitteln; und
Bestimmen einer Stellgröße zum Steuern der Funktionseinheit unter Verwendung der mindestens einen verarbeiteten Führungsgröße.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät oder einer Vorrichtung implementiert sein. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln insbesondere ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Raumfahrzeug oder Luftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug. Die Berechtigungsinformation kann angeben, ob das Steuergerät berechtigt ist, eine potenzielle Führungsgröße von einer Datenquelle zu verwenden. Der zumindest eine Funktionsparameter kann mindestens eine Kenngröße, Betriebsgröße, Spezifikationsinformation und zusätzlich oder alternativ anwendbare Arten von Führungsgrößen der Funktionseinheit repräsentieren. Im Schritt des Verarbeitens kann eine sogenannte Arbitrierung bzw. ein Abgleich zwischen mehreren potenziellen Führungsgrößen durchgeführt werden. Unter Steuern kann auch Regeln verstanden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens das zumindest eine Eingangssignal über ein Publish-Subscriber-Netzwerk eingelesen werden. Das Publish-Subscriber-Netzwerk kann die mindestens eine Datenquelle als Publisher und das Steuergerät als Subscriber umfassen. Ferner kann das Steuergerät eine Datenquelle aufweisen. Ein Publish-Subscriber-Netzwerk kann hier gleichbedeutend mit einem Netzwerk sein, in dem unabhängige Quellen Daten veröffentlichen und unabhängige Abonnenten ein Recht haben, die Daten zu konsumieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine solche Vernetzung von Datenquellen und Steuergerät auf einfache Weise skalierbar und mit dynamischer Netzwerktopologie realisiert werden kann.
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Auch kann im Schritt des Einlesens das zumindest eine Eingangssignal von einem weiteren Steuergerät des Fahrzeugs zum Planen der Führung des Fahrzeugs, von mindestens einer Sensoreinrichtung des Fahrzeugs zur Erfassung von Fahrtdaten und zusätzlich oder alternativ Umfelddaten und zusätzlich oder alternativ von mindestens einer Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen von Daten zwischen dem Fahrzeug und mindestens einer fahrzeugexternen Einrichtung eingelesen werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Zuverlässigkeit der Führung des Fahrzeugs erhöht werden kann. Auch kann im Fehlerfall, beispielsweise bei einer Unterbrechung der Kommunikation mit einer Datenquelle, die Funktionseinheit betriebsbereit gehalten werden, da unterschiedliche Datenquellen bzw. deren potenzielle Führungsgrößen genutzt werden können.
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Ferner kann das zumindest eine im Schritt des Einlesens eingelesene Eingangssignal eine Qualitätsinformation über eine Qualität der potenziellen Führungsgröße umfassen. Hierbei kann im Schritt des Verarbeitens das zumindest eine Eingangssignal unter Verwendung der Qualitätsinformation verarbeitet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige und genaue Konsolidierung und Priorisierung des zumindest einen Eingangssignals vorgenommen werden kann.
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Zudem kann im Schritt des Einlesens zumindest ein Rückkopplungssignal eingelesen werden. Hierbei kann das Rückkopplungssignal eine Regelgröße hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs repräsentieren. Dabei kann im Schritt des Verarbeitens das zumindest eine Eingangssignal unter Verwendung des zumindest einen Rückkopplungssignals verarbeitet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Reglerkaskade zum Betreiben der Funktionseinheit sicher, robust und ausfallsicher realisiert werden kann.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Es können redundante Quellen bzw. Publisher und auch redundante Daten-Konsumenten bzw. Subscriber synchronisiert werden und eine gemeinsame Echtzeitbasis bilden. Zudem kann auch die Energieverfügbarkeit einer jeden Datenquelle und der Datenkonsumenten überwacht werden, wobei im Fall von Mängeln auf den jeweiligen redundanten Kanal umgeschaltet werden kann bzw. die jeweils redundante Information und Energie verfügbar ist.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung oder Regelung einer Funktionseinheit zur Führung eines Fahrzeugs, insbesondere für einen hochautomatisierten Fahrbetrieb. Die Funktionseinheit kann hierbei ausgebildet sein, um eine Querführung und/oder Längsführung des Fahrzeugs umzusetzen. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Eingangssignale wie Sensorsignale beispielsweise von Umfeldsensoren und/oder Fahrzeugsensoren, Kartendaten und dergleichen zugreifen. Das Steuergerät ist ausgebildet, um als Ausgabe eine Stellgröße bereitzustellen, welche zum Steuern oder Regeln der Funktionseinheit geeignet ist.
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Es wird auch ein Fahrzeugsystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrzeug für hochautomatisiertes Fahren, vorgestellt, wobei das Fahrzeugsystem folgende Merkmale aufweist:
- eine Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergeräts; und
- die Funktionseinheit zur Führung des Fahrzeugs, wobei das Steuergerät der Funktionseinheit zugeordnet ist, wobei die Funktionseinheit und das Steuergerät signalübertragungsfähig miteinander verbunden sind.
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In Verbindung mit dem Fahrzeugsystem kann eine Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergeräts vorteilhaft eingesetzt oder verwendet werden, um einen Betrieb der Funktionseinheit zu steuern oder zu regeln. Teile der Steuerung bzw. des Steuergeräts können außerhalb oder innerhalb des Fahrzeugs zum Beispiel in einer Infrastruktur verbaut sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Funktionseinheit ausgebildet sein, um eine Querführung und zusätzlich oder alternativ eine Längsführung des Fahrzeugs zu bewirken. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein hochautomatisierter Betrieb des Fahrzeugs sicher und zuverlässig ermöglicht werden kann, wobei ohne Einbeziehung eines Fahrers auf mehrere Redundanzebenen zurückgegriffen werden kann.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Steuern einer Funktionseinheit zur Führung eines Fahrzeugs;
- 3 eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2;
- 4 eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2;
- 5 eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2;
- 6 eine schematische Darstellung einer Arbitrierung im Zusammenhang mit der Reglerkaskade aus 5; und
- 7 eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Steuergerät 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Landfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder ein anderes Nutzfahrzeug. Das Fahrzeug 100 ist für hochautomatisiertes Fahren bzw. für einen hochautomatisierten Fahrbetrieb geeignet.
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Das Fahrzeug 100 weist ein Fahrzeugsystem 110 auf, das eine Funktionseinheit 115 zur Führung des Fahrzeugs 100 und ein der Funktionseinheit 115 zugeordnetes Steuergerät 120 umfasst. Dabei sind die Funktionseinheit 115 und das Steuergerät 120 signalübertragungsfähig bzw. datenübertragungsfähig miteinander verbunden. Das Steuergerät 120 ist ausgebildet, um die Funktionseinheit 115 zu steuern. Die Funktionseinheit 115 ist ausgebildet, um eine Querführung und/oder Längsführung des Fahrzeugs 100 zu bewirken. Insbesondere kann die Funktionseinheit 115 zumindest einen Aktor umfassen, wie zum Beispiel einen Lenkaktor für eine Lenkung des Fahrzeugs 100 oder dergleichen. Das Steuergerät 120 umfasst eine Einleseeinrichtung 122, eine Verarbeitungseinrichtung 124 und eine Bestimmungseinrichtung 128.
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Die Einleseeinrichtung 122 des Steuergeräts 120 ist ausgebildet, um ein Eingangssignal 109 von mindestens einer Datenquelle einzulesen. Das Eingangssignal 109 repräsentiert eine potenzielle Führungsgröße bzw. einen Führungsgrößenkandidaten hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs 100 bzw. hinsichtlich des Steuerns der Funktionseinheit 115. Bei der mindestens einen Datenquelle handelt es sich beispielsweise um ein weiteres Steuergerät 102 des Fahrzeugs 100, um zumindest eine Sensoreinrichtung 104 des Fahrzeugs 100 und/oder zumindest um eine Kommunikationsschnittstelle 106 des Fahrzeugs 100.
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Das Fahrzeug 100 umfasst somit gemäß einem Ausführungsbeispiel das weitere Steuergerät 102, die zumindest eine Sensoreinrichtung 104 und/oder die zumindest eine Kommunikationsschnittstelle 106 als Datenquelle oder Datenquellen. Das weitere Steuergerät 102 ist ausgebildet, um die Führung des Fahrzeugs 100 zu planen und diesbezüglich Planungsdaten als Eingangssignal 109 bereitzustellen. Bei den weiteren Steuergerät 102 handelt es sich beispielsweise um ein zentrales Steuergerät oder Hauptsteuergerät des Fahrzeugs 100. Die mindestens eine Sensoreinrichtung 104 ist ausgebildet, um Fahrtdaten des Fahrzeugs 100 und/oder Umfelddaten hinsichtlich eines Umfeldes des Fahrzeugs 100 zu erfassen und diesbezüglich Sensordaten als Eingangssignal 109 bereitzustellen. Die mindestens eine Kommunikationsschnittstelle 106 ist ausgebildet, um Daten zwischen dem Fahrzeug 100 und mindestens einer fahrzeugexternen Einrichtung 150 zu übertragen und diesbezüglich Kommunikationsdaten als Eingangssignal 109 bereitzustellen.
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Die Verarbeitungseinrichtung 124 des Steuergeräts 120 ist ausgebildet, um das zumindest eine Eingangssignal 109 unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift 126 zu verarbeiten, um das zumindest eine Eingangssignal 109 zu konsolidieren und zu priorisieren, um mindestens eine verarbeitete Führungsgröße 125 zu ermitteln. Die Verarbeitungsvorschrift 126 umfasst eine Berechtigungsinformation hinsichtlich einer Berechtigung zum Verwenden einer potenziellen Führungsgröße von einer Datenquelle und/oder zumindest einen Funktionsparameter der Funktionseinheit 115. Somit ist die Verarbeitungseinrichtung 124 insbesondere ausgebildet, um mehrere Eingangssignale 109 unter Verwendung der Verarbeitungsvorschrift 126 zu konsolidieren und zu priorisieren, um die mindestens eine verarbeitete Führungsgröße 125 zu ermitteln.
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Die Bestimmungseinrichtung 128 des Steuergeräts 120 ist ausgebildet, um unter Verwendung der mindestens einen verarbeiteten Führungsgröße 125 eine Stellgröße 129 zum Steuern der Funktionseinheit 115 zu bestimmen. Das Steuergerät 120 ist ferner ausgebildet, um die Funktionseinheit 115 unter Verwendung der mindestens einen verarbeiteten Führungsgröße 125 zu steuern.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das Steuergerät 120 und die Datenquellen, hier beispielsweise das weitere Steuergerät 102, die zumindest eine Sensoreinrichtung 104 und/oder die zumindest eine Kommunikationsschnittstelle 106, über ein sogenanntes Publish-Subscriber-Netzwerk miteinander verbunden. Hierbei umfasst das Publish-Subscriber-Netzwerk die mindestens eine Datenquelle als Publisher und das Steuergerät 120 als Subscriber. Somit ist die Einleseeinrichtung 122 ausgebildet, um das zumindest eine Eingangssignal 109 über das Publish-Subscriber-Netzwerk einzulesen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das mindestens eine Eingangssignal 109 auch eine Qualitätsinformation über eine Qualität der potenziellen Führungsgröße. Anders ausgedrückt ist das mindestens eine Eingangssignal 109 von der zumindest einen Datenquelle mit der Qualitätsinformation bereitstellbar oder ist die Qualitätsinformation seitens des Steuergeräts 120 ermittelbar. Die Verarbeitungseinrichtung 124 ist ausgebildet, um das zumindest eine Eingangssignal 109 unter Verwendung der Qualitätsinformation zu verarbeiten. Hierdurch kann eine Konsolidierung und Priorisierung von Eingangssignalen 109 verbessert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuergerät 120 zum Steuern der Funktionseinheit 115 eine Regelung durchführt, ist die Einleseeinrichtung 122 ausgebildet, um zumindest ein Rückkopplungssignal 119, hier von der Funktionseinheit 115, einzulesen. Das Rückkopplungssignal 119 repräsentiert eine Regelgröße hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs 100 bzw. hinsichtlich des Steuerns der Funktionseinheit 115. Ferner ist hierbei die Verarbeitungseinrichtung 124 ausgebildet, um das zumindest eine Eingangssignal 109 unter Verwendung des zumindest einen Rückkopplungssignals 119 zu verarbeiten.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zum Steuern einer Funktionseinheit zur Führung eines Fahrzeugs. Das Verfahren 200 zum Steuern ist unter Verwendung eines der Funktionseinheit zugeordneten Steuergerätes ausführbar, wie beispielsweise des Steuergerätes aus 1 oder eines ähnlichen Steuergerätes. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Fahrzeug für hochautomatisiertes Fahren. Ferner ist das Verfahren 200 zum Steuern in Verbindung mit dem Fahrzeugsystem aus 1 oder einem ähnlichen Fahrzeugsystem ausführbar. Das Verfahren 200 zum Steuern umfasst einen Schritt 210 des Einlesens, einen Schritt 220 des Verarbeitens und einen Schritt 230 des Bestimmens.
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Im Schritt 210 des Einlesens wird zumindest ein Eingangssignal von mindestens einer Datenquelle eingelesen. Das Eingangssignal repräsentiert eine potenzielle Führungsgröße hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs 100 bzw. hinsichtlich des Steuergeräts der Funktionseinheit. Im Schritt 220 des Verarbeitens wird das zumindest eine Eingangssignal unter Verwendung einer Berechtigungsinformation hinsichtlich einer Berechtigung zum Verwenden einer potenziellen Führungsgröße von einer Datenquelle und/oder unter Verwendung zumindest eines Funktionsparameters der Funktionseinheit nachfolgend verarbeitet, um das zumindest eine Eingangssignal zu konsolidieren und zu priorisieren, um mindestens eine verarbeitete Führungsgröße zu ermitteln. Im Schritt 230 des Bestimmens wird nachfolgend unter Verwendung der mindestens einen verarbeiteten Führungsgröße eine Stellgröße zum Steuern der Funktionseinheit bestimmt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 210 des Einlesens das zumindest eine Eingangssignal über ein Publish-Subscriber-Netzwerk eingelesen, welches die mindestens eine Datenquelle als Publisher und das Steuergerät als Subscriber umfasst. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird im Schritt 210 des Einlesens zumindest ein Rückkopplungssignal eingelesen, das eine Regelgröße hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs repräsentiert. Hierbei wird im Schritt 220 des Verarbeitens das zumindest eine Eingangssignal unter Verwendung des zumindest einen Rückkopplungssignals verarbeitet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade 300 im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2. Hierbei erfolgt unter Verwendung des Steuergeräts des Fahrzeugsystems bzw. durch Ausführung des Verfahrens beispielsweise eine Steuerung, genauer gesagt eine Regelung, einer Funktionseinheit zur Querführung eines Fahrzeugs. Von der Reglerkaskade 300 sind gemäß der Darstellung von 3 eine Spurplanungseinrichtung 321 bzw. Trajektorienplanungseinrichtung 321, eine Führungsgröße w(t), eine Regelabweichung e(t), ein Regler 328, eine Stellgröße u(t), eine Regelstrecke 315, eine Störgröße d(t), eine Regelgröße y(t), eine Rückführung in Gestalt von Feedback-Leitungen 319 und eine Spurführungseinrichtung 317 gezeigt.
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Insbesondere zeigt 3 in der Reglerkaskade 300 hierbei zwei Feedback-Leitungen 319 für den Regler 328. Die kurze Feedback-Strecke bzw. Feedback-Leitung 319 ist die Ausregelung zum Aktuator bzw. zur Regelstrecke 315. Die zweite Rückführung bzw. Feedback-Leitung 319 dient der Rückführung einer Information, die von der Straße durch eine Lenksensorik abgeleitet wird, womit die Straßenverhältnisse ausgeregelt werden, anders ausgedrückt ein Feedback von der Straße. Wird ein Lenksystem mit einer solchen Reglerkaskade 300 beispielsweise durch einen Fahrer gesteuert, kann der Fahrer die Verhältnisse der Straße am Lenkrad spüren und kann durch eine Lenkunterstützung und das Ausregeln der Straßenverhältnisse in der Führung unterstützt werden. Auf Basis einer Trajektorie bzw. Trajektorien-Vorgabe der Trajektorienplanungseinrichtung 321 sollen Parameter für eine Ansteuerung des Lenkungsmotors wie Momente, Kräfte, Winkel bzw. Lenkwinkel und Gradienten gebildet werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade 400 im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2. Hierbei entspricht die Reglerkaskade 400 in 4 der Reglerkaskade aus 3 mit Ausnahme dessen, dass in 4 auch das Fahrzeugsystem 110 eingezeichnet ist, das auch als Lenkungssteuergerät bezeichnet werden kann, sowie außerhalb des Fahrzeugsystems 110 eine weitere Spurplanungseinrichtung 421 bzw. Trajektorienplanungseinrichtung 421 und eine Odometrieeinrichtung 423 gezeigt sind. Die weitere Spurplanungseinrichtung 421 ist beispielsweise Teil eines weiteren Steuergeräts des Fahrzeugs und ist ausgebildet, um ebenfalls eine Trajektorie als Führungsgröße zur Verfügung zu stellen.
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Anders ausgedrückt zeigt 4, dass bei einer Systemführung Regelkreise von einem Querführungssteuergerät bzw. Zentralsteuergerät teilweise übersteuert werden können. Diese Steuergeräte bekommen jedoch die Details zum Straßenzustand aus anderen Steuergeräten, z. B. Bremse oder ADAS-Sensorik, was im Detail genauer sein kann, jedoch durch eine Signallaufzeit größere Totzeiten für die Regelkreise bedeuten kann. Bei Nutzung von Steuerungselementen in der Infrastruktur kann es zu zusätzlichen Totzeiten durch die Datenübertragung von der Infrastruktur zum Fahrzeug kommen. Daher sollen die Führungsgrößen w(t) von den Zentralsteuergeräten und den Rückführungsinformationen in dem Lenkungssteuergerät bzw. dem Fahrzeugsystem 110 konsolidiert werden. Insbesondere bei einem Fehler im Lenkungssteuergerät soll eine Entscheidung getroffen werden, über welche Werte eine sichere Regelung der Trajektorie und der Fahrspur gesichert werden kann. Im Fehlerfall kann immer auf die verfügbare Redundanz umgeschaltet werden, wobei aufgrund der vorhandenen Totzeiten insbesondere die Geschwindigkeit des Fahrzeugs reduziert würde. Ein weiterer Vorteil ist, wenn der Fahrer die Fahrzeugführung übernehmen möchte, können dem Fahrer Vorgabewerte zur besseren Beherrschung von Lenkanforderungen eingestellt werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade 500 im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2. Hierbei entspricht die Reglerkaskade 500 in 5 der Reglerkaskade aus 4 mit Ausnahme dessen, dass in 5 eingangsseitig sowohl für die Spurplanungseinsrichtung 321 als auch für den Regler 328 eine Arbitrierung 524 bzw. Arbitrierungseinrichtung 524 vorgesehen ist.
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Anders ausgedrückt werden in 5 die Arbitrierungen 524 eingeführt, welche die verschiedenen Sollwerte, Stellgrößen und Rückführungswerte je nach Systemstatus konsolidieren und priorisieren. Eine solche Softwarekomponente sollte zur Laufzeit konfigurierbar sein. Für die optimale Arbitrierung kann jede Quelle der Arbitrierung optional zusätzlich einen Qualifier kommunizieren, um die Güte der Information in die Arbitrierung einzubinden. Dieser Qualifier ist eine Information zur Laufzeit über die Konfidenz der jeweiligen Information. Die Arbitrierungen 524 umfassen Informationen über Eigenschaften bzw. Fähigkeiten der Regelstrecke 315.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Arbitrierung 542 im Zusammenhang mit der Reglerkaskade aus 5. Die Arbitrierung 542 empfängt gemäß dem hier dargestellten Beispiel interne und externe Sollwerte bzw. Führungsgrößen 109 sowie ein Feedback bzw. Rückkopplungssignal 119 und stellt einen konsolidierten Wert bzw. eine verarbeitete Führungsgröße 125 bereit.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Reglerkaskade 700 im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem aus 1 und/oder mit dem Verfahren aus 2. Hierbei entspricht die Reglerkaskade 700 in 7 der Reglerkaskade aus 5 mit Ausnahme dessen, dass in 7 auch eine Datenwolke 701 bzw. Cloud gezeigt ist, wobei die weitere Spurplanungseinrichtung 421 bzw. Trajektorienplanungseinrichtung 421 und die Odometrieeinrichtung 423 über Router 703 an die Datenwolke 701 angebunden sind.
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Anders ausgedrückt zeigt 7 eine Anbindung der Reglerkaskade 700 an die Cloud bzw. Datenwolke 701, wobei die Arbitrierung 524 die verschiedenen Sollwerte und Rückführungen aus den verschiedenen Quellen bzw. Datenquellen, optional zusätzlich inklusive deren Qualitätsinformationen zuordnet. Somit kann die Reglerkaskade 700 als ein Cloud-gesteuerter Querregler bezeichnet werden. Eine datenübertragungsfähige Verbindung bzw. Kommunikation mit der Datenwolke 701 kann beispielsweise über Satelliten bzw. Satelliten-Protokolle, Mobilfunk, 5G etc. erfolgen.
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Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden nachfolgend Ausführungsbeispiele sowie deren Hintergründe und Vorteile nochmals zusammenfassend und mit anderen Worten kurz erläutert.
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Viele elektrische Lenkunterstützungssysteme, wie elektrische Power-Steering-Systeme, für ein Fahrzeug 100 können beispielsweise Auswirkungen der Straße auf die Lenkung nicht nur dämpfen, wie eine hydraulische Lenkunterstützung, sondern können auch einen Geradeauslauf ausregeln. Diese Regelung soll weiterhin im Lenkaktuator bestehen bleiben, weil Totzeiten über eine By-wire-Schnittstelle zu groß sein können. Insbesondere Kommunikationsstandards wie 5G oder Mobilfunk können unter Umständen nicht deterministisch und zu jedem Zeitpunkt mit den notwendigen Informationen rechtzeitig für die Funktion verfügbar sein. Eine Luftschnittstelle kann für Laufzeit-Varianzen sorgen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen soll das Steuergerät 120, welches die Steuerhoheit über die Funktionseinheit 115, beispielsweise eine Leistungsendstufe zu Lenkungsmotoren, aufweist, die Trajektorie für den notwendigen Zeitraum kennt und den Regler 328, der die Fahrbahngeometrie ausregelt, aktiv implementiert hat. Ferner kann der Regler 328 so ausgeprägt sein, dass er unterschiedliche Systemzustände des Fahrzeugs 100 ebenfalls ausregeln kann. Um auch bei einem Kommunikationsabriss die Führung, beispielsweise Querführung bzw. Lenkung, betriebsbereit zu halten, kann die Trajektorie für die definierte Strecke bereits im Lenkaktuator abgelegt werden.
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Wird das Lenkungssteuergerät bzw. das Fahrzeugsystem 110, genauer gesagt das Steuergerät 120, als Stand-alone-System betrachtet, dann können auf Basis der Trajektorie auch die Parameter für die Ansteuerung des Lenkungsmotors wie Momente, Kräfte, Winkel und Gradienten auf Basis der Trajektorien-Vorgabe gebildet werden. Dazu können die Rückführungen von der Spur auf der Straße als Regler im Lenkungssteuergerät umgesetzt sein, insbesondere parallel zur Odometrie im Zentralsteuergerät. Weiter ist die Rückführung, welche die Trajektorie im gewissen Rahmen einregelt, in dem Lenkungssteuergerät bzw. Fahrzeugsystem 110 implementiert. Für die jeweiligen Regler im Lenkungssteuergerät bzw. Fahrzeugsystem 100 und die abgelegten Daten, wie Trajektorien und deren Limits etc., kann eine Abgleichfunktion implementiert werden, siehe Arbitrierung 524, die sicherstellt, dass die Regler in jedem Systemzustand im eindeutig sicheren Regelkreis laufen. Siehe hierzu auch insbesondere die 3 bis 7.
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Das insbesondere im Zusammenhang mit den 3 bis 7 beschriebene Querregler-Konzept kann auch für eine Längsregelung oder für Abstandskonzepte zu vorausfahrenden Fahrzeugen oder seitlich versetzt fahrenden Fahrzeugen wie auf der Autobahn genutzt werden. Um die Zeiträume kurz zu halten, ist eine divers redundante Kommunikation zu empfehlen, die auf verschiedener Technologie beruht, beispielsweise 5G und Mobilfunk, um zum Bespiel Störungen in dem einen Netz durch das andere Netz zu kompensieren. Für eine Umschaltzeit der Netze oder andere Fahrstrategien etc. können die synchronisierten Regler im Fahrzeug 100 oder insbesondere in den Aktuatoren genutzt werden. Der Zeitraum für die selbständige automatisierte Fahrt ist dann die Grundlage der Energie-, Antriebs, Lenkungs- und Bremssysteme, also der Fahrzeugführungssysteme und deren Energie- und Spannungsversorgung.
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Anders als bei einem heterogenen Regelkreis zur Fahrbahnbeschaffenheit über mehrere Steuergeräte können gemäß Ausführungsbeispielen beherrschbare Totzeiten und deterministische Reglerkaskaden 500 und 700 erreicht werden.
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Ferner ist bei einem selbst längerfristigen Verlust der Kommunikation zu einem Lenksystem oder dergleichen eine Information im Lenksystem bereitgestellt werden, wie in der Zeit der Kommunikationsunterbrechung das Lenkverhalten ausgesteuert werden soll. Bei automatisierten Fahrfunktionen, auch beim Steuern aus der Infrastruktur und/oder bei allgemeinen Steer-by-Wire-Funktionen, können beispielsweise eine Lenkfunktion und die Reglerfunktion für Zeiten je nach Anwendungsfall von 10 Sekunden bis hin zu einer Stunde aufrechterhalten werden. Da selbst bei einer redundanten Ansteuerung der Lenkung die Fehlfunktion geben kann, dass das eine Steuergerät nach links und das andere Steuergerät nach rechts lenken möchte, können trotz komplexer Fehlerbetrachtung der Regelung je nach Fehler und Fahrsituation eine Systemdegradation und somit auch damit einhergehende Gefahren vermieden werden.
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Ausführungsbeispiele können Funktionen nutzen, die bereits in den Systemen im Fahrzeug 100 hinterlegt sind und beispielsweise durch Freigaben und Impulse aus der Cloud bzw. Datenwolke 701 aktiviert werden. Beispielsweise kann eine Lenkung nur mehr oder weniger rechts oder links lenken. Selbst bei einer Geradeausfahrt wird ein wenig links oder rechts gelenkt. Wegen realer Welteinflüsse wie Wind und Fahrbahnoberfläche, wird üblicherweise kontinuierlich geregelt. Wenn aus der Datenwolke 701 heraus ein Fahrzeug 100 gelenkt werden soll, werden gemäß Ausführungsbeispielen lediglich wenige Daten benötigt, die rechtzeitig zu einer bewussten Lenkung bewegen. Der Vorteil, die Programmabläufe und die Parameter für die Regler liegen im Speicher der Steuergeräte bereits vor. Durch die Cloud bzw. Datenwolke 701 werden diese lediglich für einen in der Zukunft liegenden Zeitpunkt freigeschaltet. Dies hat einen günstigen Einfluss auf eine notwenige Rechenleistung im Fahrzeug 100 und auf die Art und Weise, wie Steuergeräte schlank aufgebaut werden können.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
