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Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Hands-off-Fahrunktion eines automatisierten Kraftfahrzeugs und eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, um das Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Ferner wird ein automatisiertes Kraftfahrzeug mit der Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Zusätzlich oder alternativ wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Automobilen, nimmt ein Automatisierungsgrad zu. Dabei werden mehr und mehr Fahraufgaben von dem Kraftfahrzeug selbst übernommen, d.h. die Kraftfahrzeuge weisen Fahrassistenzsysteme auf, welche ein zumindest teilautomatisiertes Fahren ermöglichen.
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Eine dieser Funktionen ist eine Übernahme der Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs ohne dass der Fahrer seine Hände am Lenkrad haben muss, d.h. eine Hands-off-Funktion. Diese Funktion ist derzeit nur in vorbestimmten Fahrsituationen aktivierbar, insbesondere auf Highways mit baulich getrennten Fahrtrichtungen, d.h. getrennten Fahrstreifen je Fahrtrichtung, wobei die Trennung durch eine Leitplanke erfolgt. Dies erlaubt heute das Aktivieren der automatisierten Fahrfunktion bis zu einem vorbestimmten Geschwindigkeitsgrenzwert, welcher derzeit bei 60 km/h liegt.
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Ein Nachteil oder eine Limitierung des Stands der Technik ist dabei die eingeschränkte Anzahl an Fahrsituationen, in denen die automatisierte Fahrfunktion aktivierbar ist.
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Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche jeweils geeignet sind, zumindest den oben genannten Nachteil des Standes der Technik zu überwinden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Neben- und Unteransprüche haben Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.
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Danach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hands-off-Fahrunktion eines automatisierten Kraftfahrzeugs gelöst.
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Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein nicht spurgebundenes Fahrzeug, wie ein Personenkraftwagen bzw. ein Automobil, handeln.
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Bei dem Verfahren kann es sich um ein computer-implementiertes Verfahren handeln, d.h. einer, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens können von einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden.
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Unter einer Hands-off-Fahrunktion kann eine Fahrfunktion bzw. ein aktivierbarer Zustand verstanden werden, in welchem das Kraftfahrzeug eine Querführung und/oder eine Längsführung des Kraftfahrzeugs automatisiert übernimmt, ohne dass ein Fahrer bzw. Nutzer des Kraftfahrzeugs seine Hände am Lenkrad haben muss.
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Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines ersten Spurmodels basierend auf Bilddaten einer am automatisierten Kraftfahrzeug installierten Kamera, deren Sichtfeld zumindest einen Teil einer Umgebung des automatisierten Kraftfahrzeugs abdeckt.
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Unter einem Spurmodell kann ein digitales Modell eines Teils des Umfelds des Kraftfahrzeugs verstanden werden, welches Informationen über eine Lage und/oder einen Verlauf einer oder mehrerer Fahrspuren im Umfeld des Kraftfahrzeugs aufweist. Das Spurmodell kann Teil eines Umfeldmodells sein, welches weitere Informationen über Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs aufweist.
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Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Trajektorie des automatisierten Kraftfahrzeugs basierend auf dem ersten Spurmodel, und ein automatisiertes Fahren entlang der bestimmten Trajektorie.
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Unter einer Trajektorie kann ein Pfad verstanden werden, welchem das Kraftfahrzeug automatisiert, d.h. durch eine Steuerung einer Quer- und/oder Längsführung des Kraftfahrzeugs, folgt. Neben Lageinformationen kann die Trajektorie eine zeitliche Komponente aufweisen, d.h. wann das Kraftfahrzeug wo sein soll. Dabei umfasst die Trajektorie, ggf. unter anderem, zukünftige Positionen des Kraftfahrzeugs.
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Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren ein Absichern des automatisierten Fahrens, des Spurmodels und/oder der bestimmten Trajektorie anhand weiterer Sensordaten umfasst.
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Das heißt, um die oben beschriebenen Nachteil des Stands der Technik zu überwinden, bei dem eine Aktivierung der Hands-off-Fahrfunktion ausschließlich bei baulicher Trennung der Fahrtrichtungen möglich ist, wird das automatisierte Fahren, das Spurmodel und/oder die bestimmte Trajektorie vom Kraftfahrzeug selbst abgesichert. Dies erfolgt auf Sensordaten zumindest eines Sensors, welcher von der Kamera, die die Bilddaten für das erste Spurmodel liefert, verschieden ist. Damit kann die physische Rückfallebene „Leitplanke“ in eine digitale Rückfallebene umgewandelt bzw. durch diese ersetzt werden, sodass die Hands-off-Fahrfunktion auch in Fahrsituationen betrieben werden kann, in denen keine bauliche Trennung der Fahrtrichtungen vorhanden ist, z.B. auf Highways mit Grünstreifen zwischen den Fahrtrichtungen.
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Nachfolgend werden Weiterbildungen des oben beschriebenen Verfahrens im Detail ausgeführt.
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Das Absichern des automatisierten Fahrens kann ein Erkennen eines Spurverlassens des automatisierten Kraftfahrzeugs basierend auf den weiteren Sensordaten aufweisen.
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Das Erkennen des Spurverlassens kann basierend auf Schwingungen in einem Fahrwerk des automatisierten Kraftfahrzeugs und/oder einer Innenraumakustik des automatisierten Kraftfahrzeugs erfolgen.
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Das Absichern des automatisierten Fahrens kann ein Überwachen einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs aufweisen.
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Das Absichern des ersten Spurmodels und/oder der bestimmten Trajektorie kann ein Bestimmen eines zweiten Spurmodels basierend auf den weiteren Sensordaten aufweisen.
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Das Absichern des Spurmodels und/oder der bestimmten Trajektorie kann eine Plausibilitätsprüfung aufweisen, bei der das erste Spurmodel anhand dem zweiten Spurmodel plausibilisiert wird.
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Das oben Beschriebene lässt sich mit anderen Worten und auf eine konkrete Ausgestaltung bezogen, die als für die vorliegende Offenbarung nicht limitierend beschrieben wird, wie folgt zusammenfassen: Im Bereich der Fahrerassistenz sind eine Spurverlassenswarnung, Spurhaltesysteme sowie automatisierte Fahrfunktion bekannt. Insbesondere bei einem Highway mit baulich getrennten Fahrtrichtungen (d.h. getrennte Fahrstreifen je Richtung, Trennung durch Grünstreifen und Leitplanke(n)) erlaubt heute eine automatisierte Fahrfunktion, der sog. Commute Pilot bis 60 km/h (CP60), ein Hands-off-Fahren. Als Rückfallebene dient derzeit ausschließlich eine Mittelleitplanke, die ein Abkommen auf die Gegenfahrbahn und eine dadurch bedingte etwaige Kollision mit dem Gegenverkehr verhindert. Dabei erfordert eine Streckenfreigabe des Highway Piloten für Abschnitte bei zwar baulich getrennten Fahrtrichtungen aber ohne Leitplanken (d.h. nur Grünstreifen), insbesondere als Schutz vor Einscheren in den Gegenverkehr, Zusatzmaßnahme zur sicheren Verhinderung des Einscherens in den Gegenverkehr (oder zur Detektion des Fahrbahnverlassens mit ggf. Nothalt). Dies erfordert eine robuste Sensierung und Detektion des Fahrbahnverlassens. Für eine Rückfallebene können grundsätzlich verschiedene Sensoriken betrachtet werden (insbesondere kamerabasierte Querführung, sowie Akustik und Beschleunigung/Bewegung). Fokus des neuen und offenbarungsgemäßen Konzepts ist dabei eine Kombination von korrelierten/komplementären Sensoren zur robusten Sensierung und Behandlung der Technologie(schwächen) zum Fahrbahnverlassen. Genutzt werden können Radbeschleunigung/Höhenstandssensorik, Lenkkräfte, Reibwert- /Raddrehzahlsensoren, Vertikalbeschleunigung, Querbeschleunigung/Gierrate i.S.v. Abgleich/Plausibilisierung zum Einspurmodell. Zusätzlich der alternativ können fahrakustische Abweichungen/Ereignisse und/oder optische Ansätze zur Erkennung von Nicht-Fahrbahn-Situationen genutzt werden. Denkbar ist insbesondere eine Detektion über Multi-Sensor-Fusion mit trainiertem Machine-Learning-Modell, wobei unter der Multi-Sensor-Fusion eine Kombination aus kamerabasierter Sensorik (für herkömmliche Spurhaltesysteme) mit Rückfall-/Ergänzungsebene aus einer Vertikaldynamik (Weg, Beschleunigung), aus einem 6DoF-Sensorcluster (engl. für sechs Freiheitsgrade: Beschleunigung in X, Y und Z sowie Gieren, Nicken, Neigen) und/oder eine Akustik verstanden werden kann.
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Ferner wird ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus- bzw. durchzuführen, bereitgestellt.
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Ein Programmcode des Computerprogramms kann in einem beliebigen Code vorliegen, insbesondere in einem Code, der für ein Steuern von Kraftfahrzeugen geeignet ist.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren Beschriebene gilt analog auch für das Computerprogramm und umgekehrt.
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Ferner wird eine Datenverarbeitungsvorrichtung, z.B. ein Steuergerät, für ein automatisiertes Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus- bzw. durchzuführen.
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Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann Teil eines Fahrassistenzsystems sein oder dieses darstellen. Bei der Datenverarbeitungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine elektronische Steuereinheit (engl. ECU = electronic control unit) handeln. Das elektronische Steuergerät kann eine intelligente prozessor-gesteuerte Einheit sein, die z.B. über ein Central Gateway (CGW) mit anderen Modulen kommunizieren kann und die ggf. über Feldbusse, wie den CAN-Bus, LIN-Bus, MOST-Bus und/oder FlexRay oder über Automotive-Ethernet, z.B. zusammen mit Telematiksteuergeräten das Fahrzeugbordnetz bilden kann. Denkbar ist, dass das Steuergerät für das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs relevante Funktionen, wie die Motorsteuerung, die Kraftübertragung, das Bremssystem und/oder das Reifendruck-Kontrollsystem, steuert. Außerdem können Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ein Parkassistent, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC, engl. adaptive cruise control), ein Spurhalteassistent, ein Spurwechselassistent, eine Verkehrszeichenerkennung, eine Lichtsignalerkennung, ein Anfahrassistent, ein Nachtsichtassistent und/oder ein Kreuzungsassistent, von dem Steuergerät gesteuert werden. Insbesondere kann die elektronische Steuereinheit ausgestaltet sein, um die Quer- und/oder Längsführung des Kraftfahrzeugs im Rahmen des oben beschriebenen Verfahrens zumindest teilweise und/oder zweitweise zu übernehmen.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für die Datenverarbeitungsvorrichtung und umgekehrt.
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Ferner wird ein automatisiertes Kraftfahrzeug, umfassend die oben beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung, bereitgestellt.
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Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, insbesondere ein Automobil, handeln. Das automatisierte Kraftfahrzeug kann ausgestaltet sein, um, insbesondere Mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung, eine Längsführung und/oder eine Querführung bei einem automatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise zu übernehmen. Das automatisierte Fahren kann so erfolgen, dass die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs (weitgehend) autonom erfolgt. Das automatisierte Fahren kann zumindest teilweise und/oder zeitweise durch die Datenverarbeitungsvorrichtung gesteuert werden.
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Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug der Autonomiestufe 2 bis 5 sein. Das heißt:
- Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug der Autonomiestufe 2 sein, d.h. so teilautomatisiert sein, dass Funktionen wie automatisches Einparken, Spurhalten bzw. Querführung, allgemeine Längsführung, Beschleunigen und/oder Abbremsen von Fahrerassistenzsystemen zumindest teiwelse übernommen werden können.
- Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug der Autonomiestufe 3 sein, d.h. so bedingungsautomatisiert, dass der Fahrer das System Fahrzeug nicht durchgehend überwachen muss. Das Kraftfahrzeug führt selbstständig Funktionen wie das Auslösen des Blinkers, Spurwechsel und/oder Spurhalten durch. Der Fahrer kann sich anderen Dingen zuwenden, wird aber bei Bedarf innerhalb einer Vorwarnzeit vom System aufgefordert die Führung zu übernehmen.
- Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug der Autonomiestufe 4 sein, d.h. so hochautomatisiert, dass die Führung des Fahrzeugs dauerhaft vom System Fahrzeug übernommen wird. Werden die Fahraufgaben vom System nicht mehr bewältigt, kann der Fahrer aufgefordert werden, die Führung zu übernehmen.
- Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug der Autonomiestufe 5 sein, d.h. so vollautomatisiert, dass der Fahrer zum Erfüllen der Fahraufgabe nicht erforderlich ist. Außer dem Festlegen des Ziels und dem Starten des Systems ist kein menschliches Eingreifen erforderlich. Das Kraftfahrzeug kann ohne Lenkrad und Pedale auskommen.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Ferner wird ein computerlesbares Medium, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, bereitgestellt. Das computerlesbare Medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
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Das heißt, es kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, das ein oben definiertes Computerprogramm umfasst. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein beliebiges digitales Datenspeichergerät handeln, wie zum Beispiel einen USB-Stick, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine SD-Karte oder eine SSD-Karte. Das Computerprogramm muss nicht zwingend auf einem solchen computerlesbarem Speichermedium gespeichert sein, um dem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt zu werden, sondern kann auch über das Internet oder anderweitig extern bezogen werden.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung, zum Computerprogramm und zum automatisierten Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das computerlesbare Medium und umgekehrt.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu 1 und 2 beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein automatisiertes Kraftfahrzeug, umfassend eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, um ein Verfahren zum Betreiben einer Hands-off-Fahrunktion eines automatisierten Kraftfahrzeugs auszuführen, und
- 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben der Hands-off-Fahrunktion des automatisierten Kraftfahrzeugs.
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Das in 1 dargestellte automatisierte Kraftfahrzeug 4 weist eine Kamera 1 und ein Sensorsystem 2 auf. Die Kamera 1 und das Sensorsystem 2 sind jeweils zu einer Datenverarbeitungsvorrichtung 3 des Kraftfahrzeugs 4 verbunden. Die Kamera 1 ist ausgestaltet bzw. eingerichtet, um Bilddaten aufzunehmen und zu der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 auszugeben, wobei das Sichtfeld der Kamera 1 zumindest einen Teil einer Umgebung des automatisierten Kraftfahrzeugs 4, der sich insbesondere vor und neben dem Kraftfahrzeug 4 befindet, abdeckt. Das Sensorsystem 2 ist ausgestaltet, um (niederfrequente) Schwingungen in einem (nicht dargestellten) Fahrwerk des automatisierten Kraftfahrzeugs 4, eine Innenraumakustik des Kraftfahrzeugs 4 (d.h. hochfrequente Schwingungen im Fahrzeuginnenraum), eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 4 (insbesondere 6DoF, wie oben beschrieben) und mittels einem Radar-, LiDAR und/oder Ultraschallsensor Sensordaten, die zu der Umgebung des Kraftfahrzeugs 4 korrespondieren, zu erfassen und als sog. weitere Sensordaten zu der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 auszugeben. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 ist ausgestaltet, um das nachfolgend auch mit Beug zu 2 beschriebene Verfahren zum Betreiben einer Hands-off-Fahrunktion des automatisierten Kraftfahrzeugs 4 basierend auf den empfangenen Bilddaten und den weiteren Sensordaten auszuführen.
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In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 ein erstes Spurmodel basierend auf Bilddaten der am automatisierten Kraftfahrzeug 4 installierten Kamera 1.
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In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens sichert die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 das erste Spurmodel anhand der weiteren, von dem Sensorsystem 2 empfangenen Sensordaten, insbesondere anhand der Sensordaten des Radar-, LiDAR und/oder Ultraschallsensors, ab. Dazu bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 basierend auf den weiteren Sensordaten ein zweites Spurmodel und vergleicht dieses zur Plausibilisierung mit dem ersten Spurmodel.
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In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 eine erste Trajektorie des automatisierten Kraftfahrzeugs 4 basierend auf dem ersten Spurmodel.
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In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens sichert die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 die erste Trajektorie ab. Dazu bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 basierend auf dem zweiten Spurmodel eine zweite Trajektorie und vergleicht diese zur Plausibilisierung mit der ersten Trajektorie.
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In einem fünften dritten Schritt S5 des Verfahrens erfolgt ein durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 gesteuertes automatisiertes Fahren entlang der abgesicherten ersten Trajektorie.
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In einem sechsten Schritt S6 des Verfahrens sichert die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 das automatisierte Fahren anhand der weiteren Sensordaten ab. Das Absichern des automatisierten Fahrens umfasst dabei ein Erkennen eines Spurverlassens des automatisierten Kraftfahrzeugs 4 basierend auf den weiteren Sensordaten, insbesondere basierend auf den Schwingungen in dem Fahrwerk des automatisierten Kraftfahrzeugs 4 und/oder der Innenraumakustik des automatisierten Kraftfahrzeugs 4, sowie ein Überwachen der Beschleunigung des automatisierten Kraftfahrzeugs 4.
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Insofern in zumindest einem der Absicherungsschritte, d.h. in den Schritten S2, S4 und S6, eine Abweichung von Soll zu Ist festgestellt wird, die einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, unterbindet die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 die Hands-off-Fahrunktion, d.h. es erfolgt kein automatisiertes Fahren wie mit Bezug zu dem fünften Schritt S5 beschrieben und/oder es werden Abhilfemaßnahmen, wie z.B. eine Notbremsung, eingeleitet.
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Ferner kann das Verfahren einen weiteren, initialen Schritt S0 aufweisen, welcher ein Feststellen des Vorliegens einer vorbestimmten Fahrsituation aufweist, in der die Hands-off-Fahrfunktion aktivierbar ist. Dabei kann auch festgestellt werden, ob in dieser festgestellten Fahrsituation ein Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens nötig ist. So ist denkbar, dass das Verfahren nur ausgeführt wird, wenn es die Fahrsituation erfordert, d.h. z.B., wenn keine Leitplanke(n) zwischen den Fahrspuren verschiedener Fahrtrichtungen vorhanden ist bzw. sind. Dadurch kann Rechenleistung in Fahrsituationen gespart werden, in denen das erste Spurmodel zum Betreiben der Hands-off-Fahrfunktion ausreichend Sicherheit bietet. Zum Bestimmen der aktuellen Fahrsituation können z.B. Kartendaten herangezogen werden. Auch der initiale Schritt S0 kann von der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 ausgeführt werden.
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Die oben beschriebenen Verfahrensschritte können müssen aber nicht in der oben beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Vielmehr können diese in auch in einer anderen Reihenfolge beschrieben werden ausgeführt werden und sich zumindest teilweise überschneiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kamera
- 2
- Sensorsystem
- 3
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 4
- Kraftfahrzeug
- S0 - S6
- Verfahrensschritte
