DE102022104585A1 - Fahrsystem mit absicherung der automatisierten querführung im hands-off-fahrbetrieb, entsprechendes verfahren und entsprechende software - Google Patents

Fahrsystem mit absicherung der automatisierten querführung im hands-off-fahrbetrieb, entsprechendes verfahren und entsprechende software Download PDF

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Fahrsystem für ein Kraftfahrzeug mit Lenkrad umfasst eine Hands-Off-Fahrfunktion zum automatisierten Fahren, wobei die Hands-Off-Fahrfunktion im aktiven Zustand einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit zumindest automatisierter Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt, im Rahmen der automatisierten Querführung ein ansteuerbares Lenksystem in Abhängigkeit eines der Ansteuerung zugrundeliegenden Sollsignals ansteuerbar ist, und das Fahrsystem zur Generierung des Sollsignals dient. Es sind eine Hands-On-Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads und ein oder mehrere Hands-Off-Sicherheitsmechanismen zur Absicherung der automatisierten Querführung im Hands-Off-Fahrbetrieb vorhanden. Das Fahrsystem ist eingerichtet, die Hands-Off-Fahrfunktion zu deaktivieren, ohne den zumindest einen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus zu deaktivieren, mittels der Hands-On-Erkennungseinrichtung eine fahrerseitige Berührung des Lenkrads festzustellen, und in Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads auch die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen zu deaktivieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrsystem mit einer Hands-Off-Fahrfunktion zum automatisierten Fahren für ein Kraftfahrzeug mit Lenkrad, wobei die Hands-Off-Fahrfunktion im aktiven Zustand einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit zumindest automatisierter Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt.
  • Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ wird im Rahmen des Dokuments Fahren mit automatisierter Längs- und/oder Querführung verstanden. Beim automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes, vollautomatisiertes und autonomes Fahren (mit jeweils zunehmendem Automatisierungsgrad). Die vorstehend genannten fünf Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 5 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beim assistierten Fahren (SAE-Level 1) führt das System die Längs- oder Querführung in bestimmten Fahrsituationen durch. Beim teilautomatisierten Fahren (SAE-Level 2) übernimmt das System die Längs- und Querführung in bestimmten Fahrsituationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (SAE-Level 3) übernimmt das System die Längs- und Querführung in bestimmten Fahrsituationen, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung auf Anforderung durch das System zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (SAE-Level 4) übernimmt das System die Fahrzeugführung in bestimmten Fahrsituationen, selbst wenn der Fahrer auf eine Anforderung zum Eingreifen nicht reagiert, so dass der Fahrer als Rückfallebene entfällt. Beim autonomen Fahren (SAE-Level 5) können vom System alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter jeder Fahrbahn- und Umgebungsbedingung durchgeführt werden, welche auch von einem menschlichen Fahrer beherrscht werden.
  • Bei Fahrfunktionen mit zumindest automatisierter Querführung gemäß SAE-Level 1 und 2 kann zwischen Hand-On-Fahrfunktionen, bei denen der Fahrer dauerhaft (im Allgemeinen unter Tolerierung kurzer Unterbrechungen) seine Hände (je nach Systemauslegung auch nur eine Hand) am Lenkrad halten muss, und Hands-Off-Fahrfunktionen, welche einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit automatisierter Längs- und Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt, unterschieden werden. Hands-Off-Fahrfunktionen gemäß SAE-Level 2 werden auch als Level 2+ Fahrfunktionen bezeichnet. Hands-Off-Fahrfunktionen, insbesondere Level 2+ Fahrfunktionen, erlauben gegenüber entsprechenden Hands-On-Fahrfunktionen für den Fahrer einen deutlichen Komfortgewinn, da dieser von der Aufgabe entbunden ist, seine Hände am Lenkrad halten zu müssen.
  • Fahrfunktionen gemäß SAE-Level 3, 4 oder 5 sind im Allgemeinen als Hands-Off-Fahrfunktionen realisiert; bei für einen dauerhaften automatisierten Fahrbetrieb gemäß SAE-Level 4 und auf Level 5 vorgesehenen Fahrzeugen (insbesondere sogenannte Roboter-Taxis) kann sogar auf ein Lenkrad im Fahrzeug verzichtet werden.
  • Fahrsysteme zum automatisierten Fahren umfassen häufig jeweils mehrere Fahrfunktionen zum automatisierten Fahren mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad, beispielsweise Level 1, Level 2, Level 2+ oder Level 1, Level 2, Level 2+, Level 3.
  • Fahrsysteme zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung, bei denen beispielsweise die Berührung des Lenkrads im Fall einer aktiven Hands-On-Fahrfunktionen überprüft werden muss, umfassen im Allgemeinen eine sogenannte Hands-On-Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads. Hierzu ist typischerweise im Lenkradkranz eine beispielsweise kapazitive oder resistive Sensorik im Lenkradkranz integriert, die auf die Berührung des Lenkradkranzes reagiert.
  • Bei Fahrsystemen mit einer Hands-Off-Fahrfunktion können ein oder mehrere Hands-Off-Sicherheitsmechanismen zur Absicherung der automatisierten Querführung im Hands-Off-Fahrbetrieb vorgesehen sein. Der Hands-Off-Sicherheitsmechanismus trägt dem Umstand Rechnung, dass der Fahrer nicht mehr das Lenkrad hält und damit im Fall eines Fehlers in der automatisierten Querführung nicht verzögerungsfrei eingreifen kann. Hiermit kann beispielsweise ein der Ansteuerung eines Lenksystems zugrundeliegendes Sollsignal (beispielsweise Sollkrümmung-Signal, Solllenkwinkel-Signal) z. B. in Bezug auf den Lenkausschlag oder/oder die Lenkdynamik abgesichert werden, insbesondere der Betrag des Sollsignals und/oder die zeitliche Änderung des Sollsignals begrenzt werden.
  • Während der Nutzung der Hands-Off-Fahrfunktion ist dann der Hands-Off-Sicherheitsmechanismus typischerweise aktiviert. Wenn die Hands-Off-Fahrfunktion deaktiviert wird und nicht mehr genutzt wird, weil eine andere Fahrfunktion eingeschaltet wurde (z. B. durch den Fahrer über eine Bedienhandlung initiiert oder vom Fahrsystem initiiert, z. B. in einer Gefahrensituation bei Aktivierung einer Sicherheitsfahrfunktion), sollten diese Hands-Off-Sicherheitsmechanismen ausgeschaltet werden. Der Hands-Off-Sicherheitsmechanismus ist nämlich für die übernehmende Fahrfunktion hinderlich. Das gleiche gilt, falls die Hands-Off-Fahrfunktion ohne Aktivierung einer anderen Fahrfunktion deaktiviert wurde (z. B. aufgrund eines Fehlers im Lenksystem und oder durch eine geeignete Bedienhandlung des Fahrers), da der Hands-Off-Sicherheitsmechanismus den manuellen Fahrbetrieb beeinträchtigt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Sicherheit des Fahrsystems bei Deaktivierung der Fahrfunktion zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrsystem mit einer Hands-Off-Fahrfunktion zum automatisierten Fahren für ein Kraftfahrzeug mit Lenkrad, wobei die Hands-Off-Fahrfunktion im aktiven Zustand einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit zumindest automatisierter Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt. Im Hands-Off-Fahrbetrieb kann das Fahrzeug also dauerhaft ohne Berührung des Lenkrads betrieben werden. Bei der Hands-Off-Fahrfunktion handelt es sich beispielsweise um eine Level 2+ Fahrfunktion. Es wäre aber auch denkbar, dass es sich bei der Hands-Off-Fahrfunktion um eine SAE-Level 3 Fahrfunktion handelt. Vorzugsweise umfasst das Fahrsystem jeweils mehrere Fahrfunktionen zum automatisierten Fahren mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad, beispielsweise SAE-Level 1, SAE-Level 2 als Hands-On-Fahrfunktion und Level 2+ als Hands-Off-Fahrfunktion.
  • Im Rahmen der automatisierten Querführung ist ein ansteuerbares elektrisches Lenksystem in Abhängigkeit eines der Ansteuerung zugrunde liegenden Sollsignals ansteuerbar. Bei dem Lenksystem handelt es sich beispielsweise um eine elektrische angetriebene Servolenkung (z. B. EPS -Electric Power Steering, EPAS - Electric Power Assisted Steering oder EHPS = Electro-Hydraulic Power Steering). Das zur direkten Ansteuerung des Lenksystems verwendete elektrische Ansteuersignal (z. B. Lenkwinkel-Sollsignal, das den einzustellenden Lenkwinkel vorgibt) entspricht beispielsweise direkt dem seitens des Fahrsystems generierten Sollsignal oder wird in Abhängigkeit des vom Fahrsystem generierten Sollsignals (z. B. Krümmungs-Sollsignal, dass die Soll-Krümmung einer von der Fahrfunktion zu fahrenden Trajektorie angibt) bestimmt.
  • Das Fahrsystem umfasst eine Hands-On-Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads. Diese umfasst beispielsweise eine (z. B. kapazitive oder resistive) im Lenkradkranz integrierte Sensorik, die auf die Berührung des Lenkradkranzes reagiert. Der Begriff Hands-On-Erkennungseinrichtung umfasst aber auch solche Implementierungen, bei denen die Berührung des Lenkrads dadurch festgestellt wird, dass ein gewisser, seitens des Fahrers aufgebrachter Lenkeintrag (z. B. Lenkmoment) detektiert wird, ohne dass eine dedizierte Sensorik für Hands-On-Erkennung im Lenkrad selbst integriert ist.
  • Ferner sind ein oder mehrere Hands-Off-Sicherheitsmechanismen zur Absicherung der automatisierten Querführung im Hands-Off-Fahrbetrieb vorgesehen, beispielsweise ein erster Hands-Off-Sicherheitsmechanismus zur Absicherung des der Ansteuerung eines Lenksystems zugrundeliegendes Sollsignals. Mit dem ersten Hands-Off-Sicherheitsmechanismus kann das der Ansteuerung des Lenksystems zugrundeliegende Sollsignal (beispielsweise Krümmungs-Sollsignal, Lenkwinkel-Sollsignal) beispielweise in Bezug auf den Lenkausschlag oder/oder die Lenkdynamik abgesichert werden, insbesondere der Betrag des Sollsignals und/oder die zeitliche Änderung des Sollsignals begrenzt werden.
  • Das System ist eingerichtet, verschiedene nachfolgend beschriebene Tätigkeiten durchzuführen. Dies erfolgt typischerweise mittels eines oder mehrerer softwaregesteuerten Einrichtungen, insbesondere elektronischer Steuergeräte. Jedes der ein oder mehreren softwaregesteuerten Einrichtungen kann einen oder mehrere programmierbare Prozessoren umfassen, die über ein oder mehrere Software-Programme programmgesteuert in erfindungsgemäßer Weise arbeiten. Auch die ein oder mehreren vorstehend beschriebenen Hands-Off-Sicherheitsmechanismen sind vorzugsweise per Software realisiert.
  • Das Fahrsystem ist eingerichtet, im Bedarfsfall die Hands-Off-Fahrfunktion zu deaktivieren, ohne die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen zu deaktivieren, und die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen aktiv zu halten. Die Hands-Off-Fahrfunktion wird beispielsweise automatisch (z. B. wenn eine andere Fahrfunktion die Hands-Off-Fahrfunktion deaktiviert) oder auf eine Fahrereingabe hin (z. B. wenn der Fahrer ein Bedienelement zu Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion oder zu Aktivierung einer zu der Hands-Off-Fahrfunktion alternativen Fahrfunktion betätigt) deaktiviert.
  • Es wird darauf hinwiesen, dass besondere Systemzustände denkbar sind, bei denen (in Abkehr von der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion ohne Deaktivierung der ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismus) unmittelbar mit Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion auch die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen deaktiviert werden. Ferner wird darauf hingewiesen, dass es noch andere Hands-Off-Sicherheitsmechanismen im Fahrsystem geben kann, die sich generell anders als die im Rahmen der Erfindung diskutieren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen verhalten.
  • Das Fahrsystem ist vorzugsweise eingerichtet, vor Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion oder mit Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion mittels eines entsprechenden Signals (z. B. optisch, akustisch und/oder haptisch) darauf hinzuweisen, mit den Händen wieder das Lenkrad zu fassen.
  • Es wird zeitlich nach Auslösen der Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion (insbesondere nach Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion) mittels der Hands-On-Erkennungseinrichtung festgestellt, dass eine fahrerseitige Berührung des Lenkrads erfolgt ist, insbesondere in Reaktion auf einen entsprechenden Hinweis.
  • Erst nachdem festgestellt wurde, dass der Fahrer das Lenkrad (wieder) berührt, werden auch die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen deaktiviert. Beispielsweise ist vorgesehen, dass ein Hands-Off-Sicherheitsmechanismus in Reaktion auf das Erfüllen der logischen UND-Verknüpfung deaktiviert wird, dass die Hands-Off-Fahrfunktion ausgeschaltet ist UND der Fahrer das Lenkrad wieder berührt.
  • Die Hands-Off-Fahrfunktion kann also sofort abgeschaltet werden; jedoch werden die ein oder mehreren zugehörige Hands-Off-Sicherheitsmechanismen erst abgeschaltet, nachdem der Fahrer die Lenkung übernommen hat (Hands-On). Hierdurch kann die Kontrollierbarkeit und Sicherheit der Funktionsabschaltung oder -Umschaltung gewährleistet werden.
  • Das Fahrsystem umfasst beispielsweise in einem ersten Anwendungsszenario der Erfindung neben der Hands-Off-Fahrfunktion eine weitere Fahrerassistenzfunktion, insbesondere eine Hands-On-Fahrerassistenzfunktion mit Hands-On-Fahrbetrieb. Bei der weiteren Fahrerassistenzfunktion handelt es sich vorzugsweise um eine Funktion, die im Vergleich zur Hands-Off-Fahrfunktion (ohne Berücksichtigung des Hands-Off-Sicherheitsmechanismus der den Lenkausschlag und/oder die Lenkdynamik begrenzt) einen größeren maximalen Lenkausschlag und/oder eine höhere maximale Lenkdynamik anfordert. Das Fahrsystem ist vorzugsweise eingerichtet, zur Aktivierung der weiteren Fahrerassistenzfunktion die Hands-Off-Fahrfunktion abzuschalten, wobei erst in Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads der Hands-Off-Sicherheitsmechanismus deaktiviert wird und erst bei Deaktivierung des Hands-Off-Sicherheitsmechanismus der gegebenenfalls größere maximale Lenkausschlag und/oder die höher maximale Lenkdynamik wirksam werden kann. Wenn also beispielsweise die Hands-Off-Fahrfunktion deaktiviert wird, weil die andere Fahrerassistenzfunktion eingeschaltet wurde (z. B. durch den Fahrer über eine Bedienhandlung initiiert oder vom Fahrsystem selbst initiiert, z. B. in einer Gefahrensituation bei automatischer Aktivierung der Fahrerassistenzfunktion), bleibt der Hands-Off-Sicherheitsmechanismus aktiv, bis erkannt wurde, dass der Fahrer das Lenkrad wieder berührt.
  • Beispielsweise ist ein erster Hands-Off-Sicherheitsmechanismus in Form eines Sollsignal-Absicherungsblocks mit einer Absicherungsfunktion zur Absicherung des der Ansteuerung des Lenksystems zugrundeliegenden Sollsignals im Hands-Off-Fahrbetrieb vorgesehen. Der Sollsignal-Absicherungsblock ist vorzugsweise in Software realisiert. Der Soll-Signalabsicherungsblock nimmt eingangsseitig ein abzusicherndes Sollsignal (z. B. Krümmungs-Sollsignal) entgegen und gibt ausgangsseitig das mittels der Absicherungsfunktion abgesicherte Sollsignal (z. B. Krümmungs-Sollsignal) aus. Der Sollsignal-Absicherungsblock ist beispielsweise eingerichtet, das abzusichernde Sollsignal in Bezug auf den Lenkausschlag oder/oder die Lenkdynamik abzusichern, insbesondere den Betrag des Sollsignals und/oder die zeitliche Änderung des Sollsignals zu begrenzen (beispielsweise im Fall eines Krümmungs-Sollsignals.
  • Ferner nimmt der Sollsignal-Absicherungsblock ein Hands-On-Statussignal entgegen, welches die über die Hands-On-Erkennungseinrichtung erkannte fahrerseitige Berührung des Lenkrads signalisiert. Der Sollsignal-Absicherungsblock ist eingerichtet, in Reaktion auf ein Feststellen der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads anhand des geänderten Hands-On-Statussignals die Absicherungsfunktion zu deaktivieren, so dass das ausgangsseitig ausgegebene Sollsignal nicht mehr mittels der Absicherungsfunktion abgesichert ist und damit der erste Hands-Off-Sicherheitsmechanismus deaktiviert ist.
  • Wenn in einem zweiten Anwendungsszenario der Erfindung beispielsweise die Hands-Off-Fahrfunktion wegen eines Fehlers im Lenksystem abgeschaltet wird, bleibt ein Hand-Off-Sicherheitsmechanismus aktiv, bis erkannt wurde, dass der Fahrer das Lenkrad wieder berührt. Bei zunächst aktiver Hands-Off-Fahrfunktion wird also in Reaktion auf einen Fehler im Lenksystem die Hands-Off-Fahrfunktion deaktiviert, ohne den Hands-Off-Sicherheitsmechanismus zu deaktivieren.
  • Es kann vorgesehen sein, dass ein lenksystemseitiger Hands-Off-Sicherheitsmechanismus vorgesehen ist, welche seitens des Fahrsystems in Abhängigkeit eines Modus-Signals aktiviert oder deaktiviert wird. Wenn das Modus-Signal einen Hands-Off-Fahrbetrieb signalisiert, ist der lenksystemseitiger Hands-Off-Sicherheitsmechanismus aktiv. Wenn das Modus-Signal keinen Hands-Off-Fahrbetrieb signalisiert, ist der lenksystemseitige Hands-Off-Sicherheitsmechanismus nicht aktiv. Das Fahrsystem umfasst in diesem Fall vorzugsweise einen Absicherungsblock als weiteren Hands-Off-Sicherheitsmechanismus, welcher mit dem lenksystemseitigen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus zusammenarbeitet, und welcher eingangsseitig ein eingangsseitiges Modus-Signal entgegennimmt und ausgangsseitig ein ausgangsseitiges Modus-Signal ausgibt. Das Lenksystem nimmt das ausgangsseitige Modus-Signal entgegen, wobei der lenksystemseitige dritte Hands-Off-Sicherheitsmechanismus im Fall des den Hands-Off-Modus signalisierenden ausgangsseitigen Modus-Signals eingeschaltet ist und im Fall des nicht den Hands-Off-Modus signalisierenden ausgangsseitigen Modus-Signal ausgeschaltet ist. Der Absicherungsblock nimmt ferner ein Hands-On-Statussignal entgegen, welches die fahrerseitige Berührung des Lenkrads signalisiert. Der Sollsignal-Absicherungsblock schaltet bei einem nicht den Hands-Off-Modus signalisierenden eingangsseitigen Modus-Signal das ausgangsseitige Modus-Signal erst in Reaktion auf Feststellen der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads anhand des geänderten Hands-On-Statussignals auf ein nicht den Hands-Off-Modus signalisierenden ausgangsseitiges Modus-Signal um. Dies entspricht einer Deaktivierung des zweiten Hands-Off-Sicherheitsmechanismus, da dieser nun das geänderte Modus-Signal an das Lenksystem weiterreicht. Dies führt zu einer Deaktivierung des lenksystemseitigen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus. Durch das vorstehend beschriebene Zusammenspiel wird gewährleistet, dass der lenksystemseitige Hands-Off-Sicherheitsmechanismus erst nach Berührung des Lenkrads abschaltet. Dies verhindert beispielsweise, dass bei Abschaltung der Hands-Off-Fahrfunktion wegen eines Fehlers im Lenksystem nicht der lenksystemseitige Hands-Off-Sicherheitsmechanismus unmittelbar ausgeschaltet wird.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Fahren für ein Kraftahrzeug mit Lenkrad, wobei eine Hands-Off-Fahrfunktion im aktiven Zustand einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit zumindest automatisierter Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt, und im Rahmen der automatisierten Querführung ein ansteuerbares Lenksystem über ein Sollsignal ansteuerbar ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • - Betreiben der Hands-Off-Fahrfunktion mit ein oder mehreren aktiven Hands-Off-Sicherheitsmechanismen zur Absicherung der automatisierten Querführung im Hands-Off-Fahrbetrieb,
    • - Deaktivieren der Hands-Off-Fahrfunktion, ohne die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismus zu deaktivieren,
    • - Feststellen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads, und
    • - in Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads, Deaktivieren der ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen.
  • Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Fahrsystem nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Fahrsystems.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft Software mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, wenn die Software auf einer oder mehreren softwaregesteuerten Einrichtungen abläuft. Eine softwaregesteuerte Einrichtung umfasst dabei vorzugsweise einen oder mehrere programmierbare Prozessoren, die den in einen Arbeitsspeicher geladenen Programmcode der Software abarbeiten.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
    • 1 eine beispielhafte elektronische Steuereinheit zum automatisierten Fahren, welche Umfeldinformation und Bedieninformation entgegennimmt und andere Funktionseinheiten ansteuert;
    • 2 ein Ausführungsbeispiel für eine elektronische Steuereinheit zum automatisierten Fahren; und
    • 3 eine beispielhafte Funktionsweise des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels.
  • 1 zeigt ein Fahrsystem zum automatisierten Fahren mit einer elektronischen Steuereinheit zum automatisierten Fahren AF-ECU, welches Umfeldinformation und Bedieninformation entgegennimmt und Funktionseinheiten ansteuert.
  • Umfeldinformation von Umfeldsensoren F-US, L-US, R-US, H-US wird von der elektronischen Steuereinheit zum automatisierten Fahren AF-ECU entgegengenommen. Die elektronische Steuereinheit zum automatisierten Fahren AF-ECU steht in Verbindung mit einer Steuereinheit HU zur Ausgabe von Information an den Fahrer (beispielsweise über einen Bildschirm) und zur Entgegennahme von Bedieneingaben. Die Steuereinheit zum automatisierten Fahren AF-ECU steuert eine Getriebesteuereinheit EGS, eine Lenksteuereinheit EPS eines elektrischen Lenksystems und eine Fahrzeugantrieb-Steuereinheit DME an. Ferner ist eine Hands-On-Erkennungseinrichtung HO zum Erkennen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads vorgesehen, welche ein die Berührung des Lenkrads anzeigendes Hands-On-Statussignal S-HO generiert, welches über die Steuereinheit HU an die Steuereinheit AF-ECU weitergeleitet wird.
  • In 2 ist eine beispielsweise Implementierung eines erfindungsgemäßen Fahrsystems dargestellt. Bei den innerhalb der Steuereinheit AF-ECU dargestellten Blöcken handelt es sich vorzugsweise um Funktionsblöcke, die in Software realisiert sind, die auf einem oder mehreren Prozessoren in der Steuereinheit AF-ECU abläuft. Ein Funktionsmaster FM dient u.a. zur Aktivierung und Deaktivierung von Fahrfunktionen von seitens des Fahrsystems unterstützten Fahrfunktionen zum automatisierten Fahren, insbesondere zum Aktivieren und Deaktivieren einer Hands-Off-Fahrfunktion zum automatisierten Fahren (beispielsweise Level 2+) und zur Steuerung einer Bahnplanung BP. Die Bahnplanung BP erzeugt ein Trajektoriensignal T, das eine zu fahrende Trajektorie beschreibt. Ferner gibt die Bahnplanung BP in Abhängigkeit der von dem Funktionsmaster ausgewählten Fahrfunktion ein Regelmodus-Signal RM aus. Das Regelmodus-Signal RM signalisiert, ob ein Hands-Off-Fahrbetrieb (d.h. eine aktive Hands-Off-Fahrfunktion, beispielsweise Level 2+) vom Funktionsmaster FM ausgewählt wurde oder nicht. Ferner ist ein Regler R vorgesehen, welcher unter Berücksichtigung des Trajektoriensignals T ein Soll-Krümmungssignal K generiert, welches die Soll-Krümmung der zu fahrenden Bahnkurve beschreibt.
  • Ferner ist als erster Hands-Off-Sicherheitsmechanismus ein Sollsignal-Absicherungsblock SM1 mit einer Absicherungsfunktion zur Absicherung des Soll-Krümmungssignals K vorgesehen, welcher eingangsseitig das abzusicherndes Soll-Krümmungssignals K entgegennimmt und ausgangsseitig ein abgesichertes Soll-Krümmungssignal K' ausgibt, welches bei aktivem Hands-Off-Fahrbetrieb (signalisiert über das Regelmodus-Signal RM) über eine Absicherungsfunktion abgesichert ist. Über die Absicherungsfunktion des Sollsignal-Absicherungsblocks SM1 wird das Soll-Krümmungssignal K in Bezug auf den Lenkausschlag und/oder die Lenkdynamik bei aktiver Hands-Off-Fahrfunktion abgesichert, indem dann der Betrag des Sollsignals und/oder die zeitliche Änderung des Sollsignals begrenzt werden. Ferner nimmt der Sollsignal-Absicherungsblock SM1 ferner das Hands-On-Statussignal S-HO entgegen, welches die über die Hands-On-Erkennungseinrichtung HO erkannte fahrerseitige Berührung des Lenkrads signalisiert. Bei Abschalten des Hands-Off-Fahrbetriebs kann in Reaktion auf Feststellen der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads (über das Hands-On-Statussignals S-HO) die Absicherungsfunktion deaktiviert werden, so dass das ausgangsseitig ausgegebene Sollsignal Soll-Krümmungssignal K' nicht mehr mittels der Absicherungsfunktion abgesichert ist und dem Soll-Krümmungssignal K entspricht. Ferner ist ein Querführungs-Fahrzeugregler FR vorhanden, der das (abgesicherte) Soll-Krümmungssignal K' entgegennimmt, auf Störsignale (z. B. Seitenwind) reagiert und ein resultierendes Soll-Lenkwinkelsignal LW ausgibt. Das Soll-Lenkwinkelsignal LW wird als Soll-Signal seitens der Lenksteuereinheit EPS des elektrisches Lenksystems entgegengenommen.
  • Ferner ist ein zweiter Hands-Off-Sicherheitsmechanismus SM2 in dem Steuergerät AF-ECU vorgesehen, welcher einen lenksystemseitigen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus SM3 steuert. Der zweite Hands-Off-Sicherheitsmechanismus SM2 nimmt das Regelmodus-Signal RM entgegen und gibt ein ausgangsseitiges Regelmodus-Signal RM' aus, welches von dem Zustand des entgegengenommenen Hands-On-Statussignals S-HO abhängt. Der zweite Sicherheitsmechanismus SM2 verhindert, dass bei Umschalten des Regelmodus-Signals RM vom Hands-Off-Betrieb in den Hands-On-Betrieb das Regelmodus-Signal nicht unmittelbar den lenksystemseitigen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus SM3 deaktiviert. Die Lenksteuereinheit EPS nimmt das ausgangsseitige Regelmodus-Signal RM' entgegen und steuert in Abhängigkeit des Regelmodus-Signals RM' den Zustand des lenksystemseitigen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus SM3: Im Fall eines Regelmodus-Signals RM', welches einen aktiven Hands-Off-Fahrmodus signalisiert, ist der lenksystemseitige Hands-Off-Sicherheitsmechanismus SM3 eingeschaltet und andernfalls ausgeschaltet.
  • Bei der nachfolgenden Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Fahrsystems im Zusammenhang mit 3 wird davon ausgegangen, dass sich das Fahrzeug zunächst im Hands-Off-Fahrbetrieb mit aktiver Hands-Off-Fahrfunktion (beispielsweise Level 2+) befindet (s. Schritt 100 in 1). Bei aktivem Hands-Off-Fahrbetrieb ist der Sicherheitsmechanismus SM1 aktiv (gesteuert über das Regelmodus-Signal RM) und begrenzt den Lenkausschlag und/oder die Lenkdynamik. Ferner ist bei aktivem Hands-Off-Fahrbetrieb der lenksystemseitige Sicherheitsmechanismus SM3 aktiv (gesteuert über das Regelmodus-Signal RM'). Bei aktivem lenksystemseitigen Sicherheitsmechanismus SM3 wird z. B. die Lenkdynamik reduziert, beispielweise für den Fall, dass das Lenksystem einen Fehler verursacht.
  • Falls über den Funktionsmaster FM die bisher aktive Hands-Off-Fahrfunktion zum automatisierten Fahren abgeschaltet wird (s. Schritt 110 in 3), beispielsweise weil eine andere Fahrfunktion eingeschaltet wurde (z. B. durch den Fahrer über eine Bedienhandlung initiiert oder vom Fahrsystem initiiert, z. B. in einer Gefahrensituation bei Aktivierung einer Sicherheitsfahrfunktion), müssen diese Sicherheitsmechanismen SM1 und SM3 ausgeschaltet werden. Diese sind nämlich für die übernehmende Fahrfunktion hinderlich. Das gleiche gilt, falls die Hands-Off-Fahrfunktion ohne Aktivierung einer anderen Fahrfunktion deaktiviert wurde (z. B. aufgrund eines Fehlers im Lenksystem und oder durch eine geeignete Bedienhandlung des Fahrers), da diese Sicherheitsmechanismen SM1 und SM3 den manuellen Fahrbetrieb beeinträchtigen.
  • Im Rahmen der Abschaltung der Hands-Off-Fahrfunktion über den Funktionsmaster FM werden die Hands-Off-Sicherheitsmechanismen SM1 und SM3 aber nicht sofort nach Abschalten der Hands-Off-Fahrfunktion deaktiviert. Stattdessen wird in der Abfrage 120 geprüft, ob mittels der Hands-On-Erkennungseinrichtung HO eine fahrerseitige Berührung des Lenkrads festgestellt wurde, nachdem der Fahrer vor Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion oder mit Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion darauf hingewiesen wurde, das Lenkrad wieder zu greifen (s. Schritt 110). Wenn der Fahrer das Lenkrad wieder gegriffen hat, werden in Schritt 130 die Sicherheitsmechanismen SM1 und SM3 abgeschaltet.
  • Dazu wird in 1 im Sollsignal-Absicherungsblock SM1 die Sicherheitsfunktion zum Begrenzen des Lenkausschlags und/oder der Lenkdynamik erst dann abgeschaltet (trotz Vorliegen eines Regelmodus-Signals RM, welches bereits einen Hands-On-Fahrbetrieb anzeigt), wenn das Hands-On-Statussignals S-HO umschaltet und ein Greifen des Lenkrads anzeigt.
  • Nachdem mit Abschalten der Hands-Off-Fahrfunktion das Regelmodus-Signal RM auf den Hands-On-Modus umschaltet, bleibt aber zunächst der Sicherheitsmechanismus SM2 aktiv und bewirkt, dass das ausgangsseitige Regelmodus-Signal RM' im Hands-Off-Modus (trotz umgeschaltetem Regelmodus-Signal RM) gehalten wird. Erst wenn auch das Hands-on-Statussignals S-HO umschaltet und ein Greifen des Lenkrads anzeigt, wird auch der Sicherheitsmechanismus SM2 deaktiviert und das ausgangsseitige Regelmodus-Signal RM' schaltet am Ausgang des Sicherheitsmechanismus SM2 auf den Hands-On-Modus um, so dass in Reaktion auf das Umschalten des Regelmodus-Signals RM' der lenksystemseitige Sicherheitsmechanismus SM3 deaktiviert wird.
  • In einem ersten beispielhaften Szenario kommt es während einem aktiven Hands-Off-Fahrbetrieb zu einer Abschaltung einer der Hands-Off-Fahrfunktion durch eine andere Fahrfunktion, die eine höhere Lenkdynamik erfordert. In diesem Fall bleiben die Hands-Off-Sicherheitsmechanismen aktiv, bis der Fahrer das Lenkrad greift und in Reaktion hierauf die Hands-Off-Sicherheitsmechanismen abschaltet.
  • In einem zweiten beispielhaften Szenario kommt es während eines aktiven Hands-Off-Fahrbetriebs zu einem Fehler in dem Lenksystem, beispielsweise kommt es zu einem fehlerhaften Lenkeingriff, welcher von der Lenksteuereinheit EPS des Lenksystems durch Überwachung des Lenkmoments als fahrerseitiger Lenkeingriff missgedeutet wird. Das Lenksystem EPS teilt den angeblichen fahrerseitigen Lenkeingriff dem Funktionsmaster FM mit, der ein Abschalten der bisher aktiven Hands-Off-Fahrfunktion auslöst (da der Funktionsmaster FM von einem Eingriff des Fahrers ausgeht). Hierdurch wird der Regelmodus vom Hands-Off-Modus auf einen Hands-On-Modus umgeschaltet und das Regelmodus-Signal RM schaltet am Eingang der Sicherheitsfunktion SM2 entsprechend um. Ohne die Sicherheitsfunktion SM2 würde das Lenksystem mit Abschalten sofort eine Information über eine Änderung des Regelmodus erhalten und die Sicherheitsfunktion SM3 in der Lenksteuereinheit EPS des Lenksystems deaktivieren. Mit der Sicherheitsfunktion SM2 wird bei Umschalten des Regelmodus-Signals RM von Hands-Off-Modus auf Hands-On-Modus das Regelmodus-Signal RM' am Ausgang der Sicherheitsfunktion nicht sofort umgeschaltet, so dass die Sicherheitsfunktion SM3 im Lenksystem aktiv bleibt. Auch die Sicherheitsfunktion SM1 ist weiterhin aktiv. Erst mit Greifen des Lenkrads und Umschalten des Hands-On-Statussignals S-HO wird der Sicherheitsmechanismus SM2 deaktiviert, so dass das Regelmodus-Signal RM' am Ausgang des Sicherheitsmechanismus auf Hands-On umschaltet und in Reaktion darauf dann auch die Sicherheitsfunktion SM3 in der Lenksteuereinheit EPS des Lenksystems deaktiviert wird. Ferner wird dann auch der Sicherheitsmechanismus SM1 deaktiviert.

Claims (10)

  1. Fahrsystem (AF-ECU) mit einer Hands-Off-Fahrfunktion zum automatisierten Fahren für ein Kraftfahrzeug mit Lenkrad, wobei die Hands-Off-Fahrfunktion im aktiven Zustand einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit zumindest automatisierter Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt, im Rahmen der automatisierten Querführung ein ansteuerbares Lenksystem (EPS) in Abhängigkeit eines der Ansteuerung zugrundeliegenden Sollsignals (K, K') ansteuerbar ist, und das Fahrsystem zur Generierung des Sollsignals dient, wobei - eine Hands-On-Erkennungseinrichtung (HO) zum Erkennen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads und - ein oder mehrere Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3) zur Absicherung der automatisierten Querführung im Hands-Off-Fahrbetrieb, vorgesehen sind, und das Fahrsystem eingerichtet ist, - die Hands-Off-Fahrfunktion zu deaktivieren, ohne den zumindest einen Hands-Off-Sicherheitsmechanismus (SM1-3) zu deaktivieren, - eine fahrerseitige Berührung des Lenkrads festzustellen, und - in Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads auch die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3) zu deaktivieren.
  2. Fahrsystem nach Anspruch 1, wobei - als erster Hands-Off-Sicherheitsmechanismus im Fahrsystem ein Sollsignal-Absicherungsblock (SM1) mit einer Absicherungsfunktion zur Absicherung des der Ansteuerung des Lenksystems zugrundeliegenden Sollsignals (K, K') im Hands-Off-Fahrbetrieb vorgesehen ist, welcher eingangsseitig ein abzusicherndes Sollsignal (K) entgegennimmt und ausgangsseitig ein mittels der Absicherungsfunktion abgesichertes Sollsignal (K') ausgibt, - der Sollsignal-Absicherungsblock (SM1) ferner ein Hands-On-Statussignal (S-HO) entgegennimmt, welches die über die Hands-On-Erkennungseinrichtung (HO) erkannte fahrerseitige Berührung des Lenkrads signalisiert, und - der Sollsignal-Absicherungsblock (SM1) in Reaktion auf Feststellen der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads anhand des geänderten Hands-On-Statussignals (S-HO) die Absicherungsfunktion deaktiviert, so dass das ausgangsseitig ausgegebene Sollsignal nicht mehr mittels der Absicherungsfunktion abgesichert ist.
  3. Fahrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Hands-Off-Sicherheitsmechanismus (SM1) eingerichtet ist, ein der Ansteuerung eines Lenksystems zugrundeliegendes Sollsignal (K, K') in Bezug auf den Lenkausschlag und/oder die Lenkdynamik abzusichern, insbesondere den Betrag des Sollsignals (K, K') und/oder die zeitliche Änderung des Sollsignals (K, K') zu begrenzen.
  4. Fahrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrsystem neben der Hands-Off-Fahrfunktion eine weitere Fahrerassistenzfunktion, insbesondere eine Hands-On-Fahrerassistenzfunktion mit Hands-On-Fahrbetrieb, umfasst, und das Fahrsystem eingerichtet ist, zur Aktivierung der weiteren Fahrerassistenzfunktion die Hands-Off-Fahrfunktion abzuschalten, wobei erst in Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3) deaktiviert werden.
  5. Fahrsystem nach Anspruch 4, wobei die weitere Fahrerassistenzfunktion im Vergleich zur Hands-Off-Fahrfunktion einen größeren maximalen Lenkausschlag und/oder eine höhere maximale Lenkdynamik erfordert.
  6. Fahrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrsystem eingerichtet ist, bei zunächst aktiver Hands-Off-Fahrfunktion in Reaktion auf einen Fehler im Lenksystem die Hands-Off-Fahrfunktion zu deaktivieren, ohne unmittelbar die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3) zu deaktivieren.
  7. Fahrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - ein Absicherungsblock (SM2) vorgesehen ist, welcher eingangsseitig ein eingangsseitiges Modus-Signal (RM) entgegennimmt und ausgangsseitig ein ausgangsseitiges Modus-Signal (RM') ausgibt, - das Lenksystem das ausgangsseitige Modus-Signal (RM') entgegennimmt und ein lenksystemseitiger Hands-Off-Sicherheitsmechanismus (SM3) im Fall des den Hands-Off-Modus signalisierenden ausgangsseitigen Modus-Signals (RM') eingeschaltet ist und im Fall des nicht den Hands-Off-Modus signalisierenden ausgangsseitigen Modus-Signal (RM') ausgeschaltet ist, - der Absicherungsblock (SM2) ferner ein Hands-On-Statussignal (S-HO) entgegennimmt, welches die fahrerseitige Berührung des Lenkrads signalisiert, und - der Absicherungsblock (SM2) eingerichtet ist, bei einem nicht den Hands-Off-Modus signalisierenden eingangsseitigen Modus-Signal (RM) das ausgangsseitige Modus-Signal (RM') erst in Reaktion auf Feststellen der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads anhand des geänderten Hands-On-Statussignals (S-HO) auf ein nicht den Hands-Off-Modus signalisierenden ausgangsseitiges Modus-Signal (RM') umzuschalten, wodurch der lenksystemseitige Hands-Off-Sicherheitsmechanismus (SM3) deaktivierbar ist.
  8. Fahrsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrsystem eingerichtet ist, vor Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion oder mit Deaktivierung der Hands-Off-Fahrfunktion den Fahrer darauf hinzuweisen, das Lenkrad wieder zu greifen.
  9. Verfahren zum automatisierten Fahren für ein Kraftahrzeug mit Lenkrad, wobei eine Hands-Off-Fahrfunktion im aktiven Zustand einen Hands-Off-Fahrbetrieb mit zumindest automatisierter Querführung ohne fahrerseitige Berührung des Lenkrads erlaubt, und im Rahmen der automatisierten Querführung ein ansteuerbares Lenksystem (EPS) in Abhängigkeit eines der Ansteuerung zugrundeliegenden Sollsignals (K, K') ansteuerbar ist, und das Verfahren die Schritte umfasst: - Betreiben der Hands-Off-Fahrfunktion mit ein oder mehreren aktiven Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3) zur Absicherung der automatisierten Querführung im Hands-Off-Fahrbetrieb, - Deaktivieren der Hands-Off-Fahrfunktion, ohne die ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3) zu deaktivieren, - Feststellen einer fahrerseitigen Berührung des Lenkrads, und - in Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Berührung des Lenkrads, Deaktivieren der ein oder mehreren Hands-Off-Sicherheitsmechanismen (SM1-3).
  10. Software mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, wenn die Software auf einer oder mehreren softwaregesteuerten Einrichtungen abläuft.
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