DE102021200910A1

DE102021200910A1 - Verfahren zur kontextabhängigen Detektion eines Fehlers einer Fahrzeugkomponente und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021200910A1
Application number: DE102021200910.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Wesche; Tobias Kain; Julian-Steffen Müller; Marcel Aguirre Mehlhorn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren eines Fahrzeugs (1) zur kontextabhängigen Detektion eines Fehlers (F) zumindest einer Fahrzeugkomponente. Das Verfahren weist als einen Verfahrensschritt (S1) ein Ermitteln einer komponentenspezifischen Metrik zum Überwachen der zumindest einen Fahrzeugkomponente und ein Ermitteln eines aktuellen Kontexts (K1, K2, K3) des Fahrzeugs (1) auf. In einem weiteren Verfahrensschritt (S2) wird ein Probenwert (P) der Fahrzeugkomponente innerhalb der ermittelten Metrik ermittelt und, in Abhängigkeit des ermittelten Kontexts (K1, K2, K3), ein Satz von Grenzwerten (G1, G2) innerhalb der ermittelten Metrik. Ein weiterer Verfahrensschritt (S3) enthält ein Prüfen, ob der ermittelte Probenwert (P) innerhalb der ermittelten Grenzwerte (G1, G2) liegt. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (1), das eine Steuereinheit (40) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren eines Fahrzeugs zur kontextabhängigen Detektion eines Fehlers einer Fahrzeugkomponente. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, aufweisend zumindest eine Fahrzeugkomponente und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Moderne Fahrzeuge sind komplexe technische Systeme mit einer Vielzahl von miteinander interagierenden Fahrzeugkomponenten. Das Erkennen von Fehlern dieser Fahrzeugkomponenten ist sicherheitsrelevant, da schon ein einziger Fehler in einer der Komponenten kritische Auswirkungen auf das gesamte System haben kann. Vor allem bei Fahrzeugen, die Personen transportieren, ist deshalb eine sichere Fehlererkennung entscheidend.
Insbesondere im Bereich des autonomen Fahrens hat die Fehlererkennung eine große Signifikanz. Automatisiert operierende Fahrzeuge bieten zahlreiche Möglichkeiten, um die Fahrsicherheit und das Fahrerlebnis für einen Fahrer zu verbessern. Jedoch geht die Autonomie des Fahrers bezüglich seiner Fahrentscheidungen zunehmend auf das Fahrzeug beziehungsweise in diesem operierende Steuereinheiten über. Am Ende dieser Entwicklungen steht ein automatisiert fahrendes Fahrzeug, welches vollständig ohne Eingriffe eines Menschen manövrieren kann.
Die SAE J3016 kategorisiert automatisierte Fahrzeuge in verschiedenen Stufen („Level“). In autonom fahrenden Fahrzeugen der SAE Level 4 und 5 arbeiten die für das autonome Fahren zuständigen Systeme dabei teilweise oder komplett autonom. Das heißt auch, dass ein Eingreifen durch einen Fahrer zum Teil oder auch überhaupt nicht vorgesehen ist. Gerade dann ist eine sorgfältige Überwachung aller Systeme unverzichtbar, um Fehler und Fehlverhalten schnell und präzise zu erkennen.
Herkömmliche Fehlererkennungsverfahren vergleichen meist das Verhalten von zu testenden Fahrzeugkomponenten mit vorher festgelegten statischen Grenzwerten. Das Verwenden statischer Grenzwerte wird jedoch insbesondere bei automatisiert operierenden Fahrzeugen den vielfältigen und diversen Anforderungsprofilen verschiedener Fahrszenarien nicht gerecht. So kann beispielsweise ein Sensor bei einer Autobahnfahrt hinsichtlich der Fahrsicherheit im automatisierten Fahrbetrieb anders zu bewerten sein, als während einer Stadtfahrt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Fehlererkennung bilden diese Diversität nicht oder nur unzureichend ab.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu bereichern und die sich aus diesem ergebenden Nachteile zu überwinden oder zumindest zu verringern und ein verbessertes Verfahren zur Detektion von Fehlern von Fahrzeugkomponenten bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und Fahrzeug gemäß den Patentansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren eines Fahrzeugs zur Detektion eines Fehlers zumindest einer Fahrzeugkomponente. Ein Fahrzeug ist im Sinne dieser Offenbarung bevorzugt ein Fortbewegungsmittel, das dazu ausgebildet ist, Personen und/oder Lasten auf der Erde, in der Luft und/oder im Weltraum zu transportieren. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Personenkraftwagen mit Verbrennungs-, Elektro- oder Hybridmotor. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein zum autonomen Fahren ausgebildetes Fahrzeug und beispielsweise für den Betrieb gemäß der SAE Level 4 oder 5 ausgebildet. Ein Fehler ist im Sinne dieser Offenbarung eine unzulässige Abweichung eines Merkmals von einer vorgegebenen Forderung.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist als einen Verfahrensschritt ein Ermitteln einer komponentenspezifischen Metrik zum Überwachen der zumindest einen Fahrzeugkomponente auf. Eine Metrik ist im Sinne dieser Offenbarung bevorzugt ein Referenzsystem zur Messung quantifizierbarer Größen. Bevorzugt wird jeder Fahrzeugkomponente zumindest eine passende Metrik zur Überwachung zugeordnet. Bevorzugt erfolgt die Zuordnung bereits während der Fertigung der jeweiligen Fahrzeugkomponente. Die zu jeder Fahrzeugkomponente zugeordneten Metriken sind bevorzugt in einer ersten Lookup Tabelle, LUT, abgelegt. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln der komponentenspezifischen Metrik durch ein Nachschlagen in der LUT. Die Metrik ist bevorzugt eine Skala zum Auftrag einer Messgröße eines Sensors, eines geschätzten Datenaufkommens in einer Leitung und/oder einem Speicher, erwarteter Ausgaben einer Softwarekomponente, einer RAM- und/oder CPU-Nutzung, einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs, einer Stromstärke, einer Spannung und/oder einer Temperatur. Mit anderen Worten stellt die Metrik für jede Fahrzeugkomponente einen Raum dar, indem die Komponente betreffende Probenwerte gegeneinander aufgetragen und miteinander verglichen werden können. Besonders bevorzugt ist jede Metrik durch eine Norm, insbesondere eine Abstandsnorm, zum Vergleichen von Probenwerten definiert.
Ferner wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein aktueller Kontext des Fahrzeugs ermittelt. Der Kontext definiert dabei bevorzugt eine Umgebung und/oder Fahrsituation des Fahrzeugs. Beispielsweise bildet der Kontext ab, dass das Fahrzeug eine Autobahnfahrt oder eine Stadtfahrt durchführt, dass es Tag oder Nacht ist und/oder dass es trocken ist oder regnet. Ebenfalls kann der Kontext abbilden, dass das Fahrzeug eine manuelle, teilautomatisierte oder vollautomatisierte Fahrt durchführt. Der Detailgrad der Abbildung einer Umgebung und/oder Fahrsituation des Fahrzeugs durch den Kontext kann dabei variieren. Der Kontext kann anhand im Fahrzeug und/oder extern ermittelter Daten ermittelt werden, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Probenwert der Fahrzeugkomponente innerhalb der ermittelten Metrik ermittelt. Bevorzugt wird der Probenwert als eine Ausgabe der Fahrzeugkomponente im laufenden Betrieb der Fahrzeugkomponente ermittelt. Alternativ bevorzugt wird die Fahrzeugkomponente mit einer Eingabe angeregt, um den Probenwert zu ermitteln. Ferner bevorzugt wird der Probenwert mittels eines Sensors an der Fahrzeugkomponente ermittelt. Ferner wird in dem Verfahren in Abhängigkeit des ermittelten Kontexts ein Satz von Grenzwerten innerhalb der ermittelten Metrik ermittelt. Bevorzugt wird innerhalb der ermittelten Metrik ein unterer und ein oberer kontextabhängiger Grenzwert ermittelt. Die kontextabhängigen Grenzwerte sind bevorzugt in einer zweiten LUT abgelegt. Bevorzugt sind die erste LUT und die zweite LUT Teile einer einzigen LUT. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln des Satzes von Grenzwerten durch ein Nachschlagen in der LUT. Die LUT ist bevorzugt lokal auf einem Speicher des Fahrzeugs gespeichert oder wird von einem Server eines Netzwerks abgerufen. Der Server ist bevorzugt dazu ausgebildet, die LUT zu verwalten und zu aktualisieren. Bevorzugt kommuniziert der Server mit einer Vielzahl von Fahrzeugen, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, und aktualisiert die LUT basierend auf Rückmeldungen der Vielzahl von Fahrzeugen. Die Verwaltung der LUT durch einen Server eines Netzwerks führt somit vorteilhaft zu einer stetigen Anpassung und Verbesserung der LUT und somit der verwendeten Grenzwerte.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird geprüft, ob der ermittelte Probenwert innerhalb der ermittelten Grenzwerte liegt. Bevorzugt wird geprüft, ob der ermittelte Probenwert oberhalb des unteren Grenzwertes und unterhalb des oberen Grenzwertes liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaft eine exaktere und anwendungsspezifischere Fehlerdetektion durch die Verwendung der kontextabhängigen Grenzwerte einer komponentenspezifischen Metrik. Dies führt vorteilhaft zu einer erhöhten Sicherheit des Fahrzeugs. Im Verfahren zur Fehlerdetektion durch Überprüfung einer Fahrzeugkomponente gemäß dem Stand der Technik wurde die Situation, in der sich das Fahrzeug zur Zeit der Überprüfung befindet, außer Acht gelassen. Es ist jedoch möglich, dass ein Verhalten einer Fahrzeugkomponente in einem bestimmten Kontext fehlerfrei oder sogar erwünscht ist, während dasselbe Verhalten in einem anderen Kontext gefährlich wäre. Stellt eine Steuereinheit des Fahrzeugs beispielsweise auf der Autobahn eine Geschwindigkeit von 130 km/h ein, ist dies ein vollkommen normales Verhalten. Geschieht dies jedoch in einer Fußgängerzone, ist von einem Fehler auszugehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diesem Umstand Rechnung getragen und ein verbessertes Verfahren zur Fehlerdetektion von Fahrzeugkomponenten bereitgestellt und somit die Sicherheit des Fahrzeug erhöht, indem der aktuelle Kontext des Fahrzeugs mit einbezogen wird.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Metriken zum Überwachen der Fahrzeugkomponente ermittelt wird und für jede der Mehrzahl von Metriken jeweils ein Probenwert und ein Satz kontextabhängiger Grenzwerte ermittelt wird. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels jeder der Mehrzahl von Metriken durchgeführt. Durch das Verwenden mehrerer Metriken pro Fahrzeugkomponente ist eine mehrdimensionale Definition kontextabhängiger Fehlerzustände möglich, was die Anwendungsspezifizität der Fehlererkennung vorteilhaft weiter erhöht. Ferner kann durch die Verwendung mehrerer Metriken die statistische Relevanz der Fehlerdetektion erhöht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Prüfen des Probenwerts als einen ersten Schritt ein Ermitteln eines Diagnosewerts auf. Der Diagnosewert wird bevorzugt als Quotient der Differenz von ermitteltem Probenwert und unterem Grenzwert und der Differenz von oberem Grenzwert und unterem Grenzwert ermittelt. Mit anderen Worten wird der Diagnosewert als Ergebnis der folgenden Formel ermittelt: $D i a g n o s e w e r t = \frac{P r o b e n w e r t - u n t e r e r G r e n z w e r t}{o b e r e r G r e n z w e r t - u n t e r e r G r e n z w e r t}$
Anders ausgedrückt wird der Diagnosewert durch eine Normierung des Probenwertes auf den Satz von Grenzwerten gebildet. In einem weiteren Schritt beinhaltet das Prüfen des Probenwerts ein Klassifizieren des Diagnosewerts als gültig, wenn dieser einen Wert zwischen 0 und 1 aufweist, und als ungültig andernfalls.
In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Prüfen des Probenwerts als einen ersten Schritt ebenfalls ein Ermitteln eines Diagnosewerts auf. Der Diagnosewert wird bevorzugt als 1 ermittelt, wenn der Probenwert innerhalb der Grenzwerte liegt, und als 0 andernfalls. Besonders bevorzugt wird der Diagnosewert als boolesche Variable bestimmt, wobei 1 dem Wert „true“ und 0 dem Wert „false“ entspricht. In einem weiteren Schritt beinhaltet das Prüfen des Probenwerts ein Klassifizieren des Diagnosewerts als gültig, wenn dieser einen Wert von 1 aufweist, und als ungültig andernfalls. Bevorzugt wird der Diagnosewert als gültig klassifiziert, wenn er den Wert „true“ hat, und als ungültig, wenn er den Wert „false“ hat.
Durch das Ermitteln des Diagnosewerts gemäß den zwei vorab beschriebenen alternativ bevorzugten Ausführungsformen sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft skalierte Diagnosewerte für alle Komponenten des Fahrzeugs ermittelbar. Der Diagnosewert ermöglicht somit vorteilhaft eine Vergleichbarkeit von Fahrzeugkomponenten, die mittels unterschiedlicher Metriken überwacht werden. Somit lässt sich unkompliziert ein Gesamtzustand des Fahrzeugs ermitteln. Das Ermitteln des Diagnosewerts als boolesche Variable ermöglicht dabei vorteilhaft einen besonders schnellen Überblick darüber, wie viele Komponenten des Fahrzeugs fehlerhaft sind. Das Ermitteln des Diagnosewerts als Gleitkommazahl hat den Vorteil, dass ein solcher zusätzlich einen präziseren Zustand der Fahrzeugkomponenten erkennen lässt. Muss beispielsweise eine Entscheidung zwischen zwei redundanten Fahrzeugkomponenten getroffen werden, so ist der Diagnosewert von Vorteil, wenn er als Gleitkommazahl ermittelt wurde. Zwischen zwei Fahrzeugkomponenten mit den Diagnosewerten 0.9 und 0.6 wird die Entscheidung auf die zweite Fahrzeugkomponente fallen. Beide Diagnosewerte sind gültig, jedoch liegt der zweite näher am optimalen Diagnosewert von 0.5, der die optimale Funktionsfähigkeit definiert.
In einer ferner bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Fehler detektiert, wenn der Probenwert nicht innerhalb der ermittelten Grenzwerte liegt und/oder wenn der Diagnosewert ungültig ist. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt, wenn kein Fehler detektiert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Kontext in Abhängigkeit von einer Mehrzahl eine Umgebung und/oder eine Fahrsituation des Fahrzeugs charakterisierenden Parametern definiert. Eine Umgebung des Fahrzeugs wird bevorzugt von Parametern charakterisiert, die das Umfeld des Fahrzeugs betreffen, wie beispielsweise geographische Daten, Wetterdaten, Verkehrsdaten und rechtliche Vorgaben. Eine Fahrsituation wird bevorzugt von Parametern charakterisiert, die das Fahrzeug selbst betreffen, wie beispielsweise ein Zustand der Assistenzsysteme, ein SAE Level, eine Anzahl der Passagiere, eine Reichweite oder eine noch zu fahrende Strecke. Die Parameter werden bevorzugt mittels Sensoren des Fahrzeugs und/oder anhand von externen Inputs ermittelt. Das Ermitteln des Kontexts kann durch das Fahrzeug selbst und/oder durch einen externen Server erfolgen. Der Kontext besteht bevorzugt aus eine Mehrzahl von Subkontexten. Ein Subkontext beinhaltet bevorzugt ein einzelnes Merkmal der Umgebung und/oder Fahrsituation des Fahrzeugs, wie beispielsweise das Wetter oder den Straßentyp. Bevorzugt entspricht der Kontext einer durch das Fahrzeug ermittelten operational design domain, ODD. Eine ODD beinhaltet nach dem SAE J3016 Standard Bedingungen, unter denen ein bestimmtes Fahrautomatisierungssystem oder eine Funktion davon speziell für den Betrieb ausgelegt ist.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Probenwert der Fahrzeugkomponente mit einer kontextabhängigen Frequenz ermittelt. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit jedem ermittelten Probenwert durchgeführt. Bevorzugt wird der Probenwert als eine periodische Teilmenge der Ausgabewerte der Fahrzeugkomponente im laufenden Betrieb der Fahrzeugkomponente ermittelt. Alternativ bevorzugt wird die Fahrzeugkomponente periodisch mit einer Eingabe angeregt, um den Probenwert zu ermitteln. Ferner bevorzugt wird der Probenwert mittels eines Sensors an der Fahrzeugkomponente periodisch ermittelt. Die Größe der Frequenz der periodischen Ermittlung ist bevorzugt kontextabhängig. Bevorzugt wird die Frequenz erhöht, wenn die Fahrzeugkomponente in dem ermittelten Kontext sicherheitsrelevant ist. Bevorzugt wird die Frequenz verringert, wenn die Fahrzeugkomponente in dem ermittelten Kontext nicht sicherheitsrelevant ist und/oder nicht verwendet wird.
Das Ermitteln des Probenwerts mit einer kontextabhängigen Frequenz hat den Vorteil, dass Ressourcen und damit Energie gespart werden. Das liegt daran, dass die Fehlerdetektion nur so oft durchgeführt wird, wie es im ermittelten Kontext nötig ist. Ferner werden in dem ermittelten Kontext sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten besonders genau geprüft, was sich vorteilhaft auf die Sicherheit des Fahrzeugs auswirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ferner eine kontextabhängige Verifikation des detektierten Fehlers. Bevorzugt wird die kontextabhängige Verifikation basierend auf einer kontextabhängigen Fehlerdetektion von gleichartigen Fahrzeugkomponenten durchgeführt. Die kontextabhängig detektierten Fehler der gleichartigen Fahrzeugkomponenten und der detektierten Fehler werden bevorzugt verglichen. Die kontextabhängige Verifikation basiert bevorzugt auf dem Vergleich der Fehler. Der detektierte Fehler wird bevorzugt verifiziert, wenn er sich von den kontextabhängig detektierten Fehlern der gleichartigen Fahrzeugkomponenten unterscheidet, und er wird andernfalls nicht verifiziert. Wird der detektierte Fehler verifiziert, so wird bevorzugt ein Fehlerbehandlungsverfahren des Fahrzeugs eingeleitet. Wird der detektierte Fehler nicht verifiziert, so wird bevorzugt der ermittelte Satz von Grenzwerten angepasst. Bevorzugt wird die LUT mit dem angepassten Satz von Grenzwerten aktualisiert. Die LUT wird bevorzugt durch den Server des Netzwerks und/oder durch das Fahrzeug selbst aktualisiert. Bevorzugt empfängt der Server des Netzwerks eine Vielzahl von angepassten Grenzwerten von einer Vielzahl von Fahrzeugen und aktualisiert die LUT basierend auf der Vielzahl von angepassten Grenzwerten. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren anschließend mit dem angepassten Satz von Grenzwerten wiederholt.
Die kontextabhängige Verifikation des Fehlers führt vorteilhaft dazu, dass falsch detektierte Fehler nicht behandelt werden und somit Ressourcen und Energie gespart werden. Die Anpassung der Grenzwerte und das Aktualisieren der LUT führen vorteilhaft zu einer stetigen Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen mit Verbrennungs-, Elektro- oder Hybridmotor. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein zum automatisierten Fahren ausgebildetes Fahrzeug und beispielsweise für den Betrieb gemäß der SAE Level 4 oder 5 ausgebildet. Das Fahrzeug weist bevorzugt eine Fahrzeugkomponente auf. Ferner weist das Fahrzeug eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das vorab beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion eines Fehlers der Fahrzeugkomponente durchzuführen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten auf. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, ein wie vorab beschriebenes Verfahren für jede der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten durchzuführen. Bevorzugt führt die Steuereinheit das Verfahren jeweils unter Ermittlung eines Diagnosewerts durch, wie obenstehend beschrieben. Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, jeder der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten einen im jeweiligen Verfahren ermittelten Diagnosewert zuzuordnen. Bevorzugt ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, einen Gesamtzustand des Fahrzeugs basierend auf den ermittelten Diagnosewerten zu bestimmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, wie beispielsweise eine Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs, diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren, wie vorab beschrieben, auszuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer, wie beispielsweise eine Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs, diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren, wie vorab beschrieben, auszuführen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2a eine graphische Darstellung eines beispielhaft über einen Zeitraum ermittelten Probenwertes und statischer Grenzwerte;
2b eine graphische Darstellung eines beispielhaft über einen Zeitraum ermittelten Probenwertes und kontextabhängiger Grenzwerte;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer beispielhaften Durchführungsform und
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere eines Verfahrens eines Fahrzeugs zur Detektion eines Fehlers einer Fahrzeugkomponente.
Das Verfahren weist als einen Verfahrensschritt S1 ein Ermitteln einer komponentenspezifischen Metrik zum Überwachen der Fahrzeugkomponente auf. Zusätzlich wird im Verfahrensschritt S1 ein aktueller Kontext des Fahrzeugs ermittelt. Der Kontext definiert dabei eine Umgebung und/oder Fahrsituation des Fahrzeugs.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird dann ein Probenwert der Fahrzeugkomponente innerhalb der im ersten Verfahrensschritt S1 ermittelten Metrik ermittelt. Ferner wird in dem weiteren Verfahrensschritt S2 in Abhängigkeit des im Schritt S1 ermittelten Kontexts ein Satz von Grenzwerten innerhalb der ermittelten Metrik ermittelt. Ein Satz von Grenzwerten besteht dabei aus einem unteren und einem oberen kontextabhängigen Grenzwert.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird geprüft, ob der im zweiten Verfahrensschritt S2 ermittelte Probenwert innerhalb der ermittelten Grenzwerte liegt. Insbesondere wird geprüft, ob der ermittelte Probenwert oberhalb des unteren Grenzwertes und unterhalb des oberen Grenzwertes liegt.
2a und 2b veranschaulichen jeweils durch eine graphische Darstellung beispielhaft, wie ein Probenwert P und Grenzwerte G1, G2, G1', G2' über einen Zeitraum ermittelt und verglichen werden. Dabei werden in 2a statische Grenzwerte G1', G2' und in 2b kontextabhängige Grenzwerte G1, G2 dargestellt.
Der Probenwert P wird innerhalb einer ermittelten Metrik ermittelt. Die Metrik wird im erfindungsgemäßen Verfahren spezifisch zu der jeweils zu überwachenden Fahrzeugkomponente ermittelt. Sensoren haben beispielsweise in der Regel festgelegte Arbeitsbereiche. Dieser Arbeitsbereich kann verwendet werden, um anzuzeigen, ob die vom Sensor gelieferten Daten korrekt sind. Switches sind mit Nachrichtenpuffern ausgestattet, um mehrere Nachrichten zu verarbeiten. Die maximale Anzahl der Nachrichten im Puffer ist bekannt. Daher kann durch die Überwachung der Anzahl der Nachrichten im Puffer eine mögliche Überlastung des Switches erkannt werden. Anwendungen, die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlich sind, führen Aktionen auf einem Satz von Eingabeparametern aus und liefern eine Ausgabe, wobei diese Ausgabe als Metrik zur Überwachung der jeweiligen Anwendung verwendet werden kann. Auch ist es möglich, dass eine Fahrzeugkomponente mit einer Mehrzahl von Metriken überwacht werden kann. Beispielsweise kann bei einer Softwarekomponente sowohl die Auslastung als auch der Durchsatz als Metrik verwendet werden. In einem solchen Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt mit der Mehrzahl von Metriken durchgeführt.
In dem in 2a und 2b gezeigten Beispiel soll eine Steuereinheit eines Fahrzeugs überwacht werden. Die Ausgabe der Steuereinheit beinhaltet beispielsweise Anweisungen, die die Längs- und Querbewegung des Fahrzeugs steuern. Hier wurde deshalb beispielhaft eine Ausgabe für eine einzustellende Geschwindigkeit des Fahrzeugs als Metrik ermittelt.
Der innerhalb der Metrik ermittelte Probenwert P wird als durchgezogene Linie dargestellt. Er nimmt zuerst eine hohe Geschwindigkeit an, die dann mit der Zeit abfällt bis auf einen kurzen starken Anstieg. Der Anstieg des ermittelten Probenwertes P ist mit einem Blitz gekennzeichnet, da hierbei von einem Fehler F der Steuereinheit auszugehen ist.
In 2a ist dargestellt, wie der Probenwert P mit einem Satz von statischen Grenzwerten G1', G2' verglichen wird, die als gestrichelte Linien dargestellt sind. Der untere Grenzwert G2' hat den Wert 0 km/h und der obere Grenzwert G1' den Wert der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Probenwert P liegt durchgehend zwischen den statischen Grenzwerten G1', G2', was dazu führt, dass der Fehler F nicht detektiert wird.
In 2b wird der Probenwert P mit einem Satz von kontextabhängigen Grenzwerten G1, G2 verglichen. Der untere Grenzwert G2 hat wiederum den Wert 0 km/h. Der obere Grenzwert G1 nimmt abhängig vom jeweiligen Kontext K1, K2, K3 unterschiedliche Werte an. Im ersten Kontext K1 befindet sich das Fahrzeug auf einer Autobahn ohne vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit. Der obere Grenzwert G1 nimmt also wieder die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs an. Im zweiten Kontext K2 befindet sich das Fahrzeug in einer Stadt, weshalb der obere Grenzwert G1 mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h ermittelt wird. Im dritten Kontext K3 befindet sich das Fahrzeug auf einem Parkplatz, der obere Grenzwert G1 nimmt deshalb die Schrittgeschwindigkeit an. Nun liegt der Probenwert P im dritten Kontext K3 außerhalb der Grenzwerte G1, G2. Der Fehler F wird detektiert und kann behandelt werden.
Das in 2a und 2b gezeigte Beispiel veranschaulicht den Vorteil der kontextabhängigen Fehlerdetektion des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren ermöglicht eine exaktere Detektion von Fehlern F von Fahrzeugkomponenten und führt deshalb vorteilhaft zu einer erhöhten Sicherheit des Fahrzeugs. Um eine genauere Fehlerdetektion zu ermöglichen, besteht ein Kontext K1, K2, K3 dabei insbesondere aus einer Mehrzahl von Subkontexten. Würde der Kontext K1 beispielsweise zusätzlich zu dem Subkontext „Autobahn“ auch den Subkontext „Regen“ oder „Stau“ beinhalten, so würde die Geschwindigkeit des oberen Grenzwerts G1 niedriger ermittelt.
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Im ersten Verfahrensschritt S1 wird, wie vorab beschrieben, eine komponentenspezifische Metrik und ein aktueller Kontext K1, K2, K3 des Fahrzeugs ermittelt. Der zweite Verfahrensschritt S2 wird in dieser beispielhaften Ausführungsform geteilt. Im ersten Teil des zweiten Verfahrensschritts S2a wird der Probenwert P innerhalb der ermittelten Metrik ermittelt. Im zweiten Teil S2b werden dann die Grenzwerte G1, G2 abhängig von dem im ersten Verfahrensschritt S1 ermittelten Kontext ermittelt.
Es folgt eine bevorzugte Ausführungsform des dritten Verfahrensschrittes S3', in dem ein Diagnosewert ermittelt wird. Der Diagnosewert wird hier als Quotient der Differenz von ermitteltem Probenwert P und unterem Grenzwert G2 und der Differenz von oberem Grenzwert G1 und unterem Grenzwert G2 ermittelt. Der Diagnosewert wird also als Ergebnis der folgenden Formel ermittelt: $D i a g n o s e w e r t = \frac{P - G 2}{G 1 - G 2}$
Daraufhin wird der Diagnosewert als gültig klassifiziert, wenn er einen Wert zwischen 0 und 1 aufweist, und als ungültig andernfalls. Der Diagnosewert kann alternativ auch als 1 ermittelt werden, wenn der Probenwert P innerhalb der Grenzwerte G1, G2 liegt, und als 0 andernfalls. Der Diagnosewert wird dann als boolesche Variable bestimmt, wobei 1 dem Wert „true“ und 0 dem Wert „false“ entspricht. Ein boolescher Diagnosewert wird als gültig klassifiziert, wenn er einen Wert von 1 aufweist, und als ungültig andernfalls.
Wurde der ermittelte Diagnosewert im Verfahrensschritt S3' als ungültig klassifiziert, so folgt das Verfahren dem ersten Weg W1a. Im vierten Verfahrensschritt S4 wird dann eine kontextabhängige Verifikation des detektierten Fehlers durchgeführt. Wird der Diagnosewert als gültig klassifiziert, so folgt das Verfahren dem zweiten Weg W1b. In diesem Fall wurde kein Fehler detektiert. Das Verfahren beginnt dann im zweiten Verfahrensschritt S2a erneut mit dem Ermitteln des Probenwerts P.
4 zeigt eine schematische Darstellung, insbesondere ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs 1, insbesondere eines zweispurigen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungs-, Elektro- oder Hybridmotor. Das Fahrzeug 1 ist insbesondere dazu eingerichtet, autonomes Fahren der SAE Level 4 oder 5 durchzuführen. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten.
Einen Teil der Fahrzeugkomponenten machen eine Vielzahl erster Sensoren aus, insbesondere ein erster Sensor 11, ein zweiter Sensor 12 und ein dritter Sensor 13. Die ersten Sensoren 11, 12, 13 sind eingerichtet zum Erfassen von Umgebungsdaten des Fahrzeugs 1 und umfassen beispielsweise eine Kamera zum Erfassen eines Bildes einer sich vor dem Fahrzeug 1 befindlichen Fahrbahn, Verkehrsschildern und/oder Fahrbahnbegrenzungen, Abstandssensoren, wie beispielsweise Ultraschallsensoren, zum Erfassen von Abständen zu das Fahrzeug 1 umgebenden Objekten, Thermometer zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des Fahrzeugs und/oder einen Regensensor zum Erfassen von Wetterdaten. Die ersten Sensoren 11, 12, 13 übertragen die von ihnen erfassten Umgebungssignale an eine Steuereinheit 40 des Fahrzeugs 1.
Das Fahrzeug 1 weist als weitere Fahrzeugkomponenten ferner eine Mehrzahl zweiter Sensoren, insbesondere einen vierten Sensor 21, einen fünften Sensor 22 und einen sechsten Sensor 23 auf. Bei den zweiten Sensoren 21, 22, 23 handelt es sich um Sensoren zum Ermitteln von das Fahrzeug 1 selbst betreffenden Fahrzeugdaten, insbesondere aktuelle Lage- und Bewegungsinformationen des Fahrzeugs 1. Bei den zweiten Sensoren handelt es sich folglich beispielsweise um Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren oder dergleichen. Die zweiten Sensoren 21, 22, 23 übermitteln die von ihnen erfassten Zustandssignale an die Steuereinheit 40 des Fahrzeugs 1.
Eine weitere Fahrzeugkomponente ist ferner ein Kommunikationsmodul 30 mit einem Speicher 31 und einem oder mehreren Transpondern beziehungsweise Sendeempfängern 32. Bei dem Transponder 32 handelt es sich um einen Funk-, WLAN-, GPS- oder Bluetooth-Sendeempfänger oder dergleichen, insbesondere um einen zur Kommunikation in einem Kommunikationsnetzwerk eingerichteten Transponder. Der Transponder kommuniziert mit dem internen Speicher 31 des Kommunikationsmoduls 30, beispielsweise über einen geeigneten Datenbus. Mittels des Transponders 32 kann beispielsweise die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 durch Kommunikation mit einem GPS-Satelliten 51 ermittelt und diese im internen Speicher 31 gespeichert werden. Darüber hinaus ist das Kommunikationsmodul 30 dafür eingerichtet, über eine V2V-Kommunikation mit einem anderen Fahrzeug 52 zu kommunizieren, bevorzugt über ein Kommunikationsnetzwerk 53. Ferner kann das Kommunikationsmodul 30 auch zur Kommunikation mit einem Server des Kommunikationsnetzwerks 53 eingerichtet sein. Das Kommunikationsmodul 30 kommuniziert auch mit der Steuereinheit 40. Insbesondere übermittelt es dieser empfangene Daten und/oder empfängt von dieser zu sendende Daten.
Bei dem Kommunikationsnetzwerk 53 handelt es sich bevorzugt um ein Netzwerk gemäß 3GPP Standard, beispielsweise um ein LTE, LTE-A (4G) oder 5G Kommunikationsnetzwerk. Das Kommunikationsnetzwerk kann ferner für die folgenden Operationen beziehungsweise gemäß der folgenden Standards ausgelegt sein: High Speed Packet Access (HSPA), a Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), evolved-UTRAN (e-UTRAN), Global System for Mobile communication (GSM), Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN). Alternativ oder zusätzlich kann das Kommunikationsnetzwerk auch gemäß einem der folgenden Standards ausgebildet sein: Worldwide Inter-operability for Microwave Access (WIMAX) network IEEE 802.16, Wireless Local Area Network (WLAN) IEEE 802.11. Ebenfalls bevorzugt verwendet das Kommunikationsnetzwerk eine der folgenden Kodierungsverfahren: Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), Time Division Multiple Access (TDMA), Code Division Multiple Access (CDMA), a Wideband-CDMA (WCDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA) oder Spatial Division Multiple Access (SDMA) etc.
Das Fahrzeug 1 weist ferner eine erfindungsgemäße Steuereinheit 40 auf, welche zum vollständig automatisierten Fahrbetrieb, insbesondere zur Längs- und Querführung, des Fahrzeugs 1 eingerichtet ist. Hierzu verfügt die Steuereinheit 40 über einen internen Speicher 41 und eine CPU 42, welche miteinander kommunizieren, beispielsweise über einen geeigneten Datenbus. Darüber hinaus steht die Steuereinheit 40 in Kommunikationsverbindung mit zumindest den ersten Sensoren 11, 12, 13, den zweiten Sensoren 21, 22, 23 und dem Kommunikationsmodul 30, beispielsweise über eine oder mehrere jeweilige CAN-Verbindungen, eine oder mehrere jeweilige SPI-Verbindungen oder andere geeignete Datenverbindungen. Die Steuereinheit 40 ist insbesondere ferner dazu eingerichtet, das vorab im Detail erläuterte erfindungsgemäße Verfahren für jede der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten durchzuführen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
11: erster Sensor
12: zweiter Sensor
13: dritter Sensor
21: vierter Sensor
22: fünfter Sensor
23: sechster Sensor
30: Kommunikationseinheit
31: interner Speicher
32: Sendeempfänger
40: Steuereinheit
41: interner Speicher
42: CPU
51: Satellit
52: weiteres Fahrzeug
53: Netzwerk
S1: erster Verfahrensschritt
S2: zweiter Verfahrensschritt
S2a: erster Teil des zweiten Verfahrensschritts
S2b: zweiter Teil des zweiten Verfahrensschritts
S3: dritter Verfahrensschritt
S3': dritter Verfahrensschritt in einer bevorzugten Ausführungsform
S4: vierter Verfahrensschritt
K1: erster Kontext
K2: zweiter Kontext
K3: dritter Kontext
W1a: erster Weg
W1b: zweiter Weg
F: Fehler
P: Probenwert
G1: oberer Grenzwert
G1': oberer Grenzwert
G2: unterer Grenzwert
G2': unterer Grenzwert

Claims

Verfahren eines Fahrzeugs (1) zur Detektion eines Fehlers (F) einer Fahrzeugkomponente, das Verfahren aufweisend die Verfahrensschritte: - Ermitteln (S1) einer komponentenspezifischen Metrik zum Überwachen der Fahrzeugkomponente und eines aktuellen Kontexts (K1, K2, K3) des Fahrzeugs (1); - Ermitteln (S2) eines Probenwerts (P) der Fahrzeugkomponente innerhalb der ermittelten Metrik und, in Abhängigkeit des ermittelten Kontexts (K1, K2, K3), eines Satzes von Grenzwerten (G1, G2) innerhalb der ermittelten Metrik; - Prüfen (S3), ob der ermittelte Probenwert (P) innerhalb der ermittelten Grenzwerte (G1, G2) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Metriken zum Überwachen der Fahrzeugkomponente ermittelt wird und für jede der Mehrzahl von Metriken jeweils ein Probenwert (P) und ein Satz kontextabhängiger Grenzwerte (G1, G2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Prüfen des Probenwerts (P) die folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln (S3') eines Diagnosewerts als Quotient der Differenz von ermitteltem Probenwert (P) und unterem Grenzwert (G2) und der Differenz von oberem Grenzwert (G1) und unterem Grenzwert (G2), und - Klassifizieren des Diagnosewerts als gültig, wenn dieser einen Wert zwischen 0 und 1 aufweist, und als ungültig andernfalls.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Prüfen des Probenwerts (P) die folgenden Schritte aufweist: - Bestimmen (S3') eines Diagnosewerts als 1, wenn der Probenwert (P) innerhalb der Grenzwerte (G1, G2) liegt, und als 0 andernfalls, - Klassifizieren des Diagnosewerts als gültig, wenn dieser einen Wert von 1 aufweist, und als ungültig andernfalls.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Fehler (F) detektiert wird, wenn der Probenwert (P) nicht innerhalb der ermittelten Grenzwerte (G1, G2) liegt und/oder wenn der Diagnosewert ungültig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kontext (K1, K2, K3) in Abhängigkeit von einer Mehrzahl eine Umgebung und/oder Fahrsituation des Fahrzeugs charakterisierenden Parametern definiert ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Probenwert (P) der Fahrzeugkomponente mit einer kontextabhängigen Frequenz ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ferner eine kontextabhängige Verifikation (S4) des detektierten Fehlers erfolgt.
Fahrzeug (1), aufweisend eine Fahrzeugkomponente und eine zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildete Steuereinheit (40).
Fahrzeug (1) nach Anspruch 9, aufweisend eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten, wobei die Steuereinheit (40) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 für jede der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten durchzuführen.