DE102022113333A1

DE102022113333A1 - Anpassungsgerät zur Ermöglichung des automatisierten Betriebes eines Fahrzeuges durch Umrüstung

Info

Publication number: DE102022113333A1
Application number: DE102022113333.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Goers; Daniel Hanslik; Ralph-Carsten Lülfing; Julian van Thiel; Oliver Wulf
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2023-11-30
Also published as: WO2023227300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anpassungsgerät zur Anpassung wenigstens einer für einen manuellen Betrieb eines Steuervorganges ausgelegten Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) an einen automatischen Betrieb, mit mindestens einem Eingangsanschluss (IT6) für eine automatische Eingabeeinheit (PU2) und mindestens einem Ausgangsanschluss (28) für mindestens eine Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) für den Steuervorgang. Das erfindungsgemäße Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) zeichnet sich dadurch aus, dass es mindestens einen Eingangsanschluss (27) für mindestens eine manuelle Eingabeeinheit (MC1, MC2) aufweist und, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) mindestens eine Emulationseinheit (EMU1) aufweist, die die über den mindestens einen Eingangsanschluss (IT6) für die automatische Eingabeeinheit (PU2) empfangenen Eingabedaten, in Eingabesignale in Form der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2) umsetzt und an den mindestens einen Ausgangsanschluss (28) für die mindestens eine Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) weiterleitet. Damit lassen sich Fahrzeuge (20) für den automatischen Betrieb umrüsten ohne Software-Änderungen bei den Steuergeräten (CU1, CU2, CU3) durchführen zu müssen.

Description

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Umrüstung von bestehenden Fahrzeugen zur Ermöglichung des automatisierten Betriebes.
Wie bekannt, sind von der SAE „Society of Automotive Engineering“ verschiedene Stufen für die automatischen Fahrfunktionen definiert worden. Auf Stufe 1 muss der Fahrer nach wie vor die Kontrolle haben, während auf Stufe 4 der Fahrer noch aufgefordert werden kann die Fahraufgabe zu übernehmen und auf Stufe 5 das Fahrzeug vollautonom fährt und der Fahrer sich anderen Dingen zuwenden kann.
Bei dem vollautomatischen Fahrbetrieb entsprechend SAE Level 4 oder Level 5 bestimmt eine Verarbeitungseinheit, die auch als „Virtual Driver“ bezeichnet wird, eine Trajektorie, auf der sich das Fahrzeug in dem folgenden Zeitraum fortbewegen soll. Der Zeitraum kann sich von wenigen ms bis mehrere Minuten erstrecken. Dazu kann die Verarbeitungseinheit über ein Bussystem mit einer Anzahl von Umgebungserfassungssensoren verbunden sein. Beispiele von Umgebungserfassungssensoren sind eine oder mehrere Kameras, ein oder mehrere LIDAR-Sensoren, ein oder mehrere Radar-Sensoren, und ein oder mehrere Nahbereichs-Abstandsensoren, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist. Die Kameras können üblichen Video-Kameras entsprechen oder einem Mix aus üblichen Video-Kameras, IR-Kameras und Stereo-Kameras. Der Nahbereichs-Abstandsensor kann z.B. ein Ultraschallsensor oder ein Shortrange-Radargerät sein. Als ein geeignetes Bussystem, dass für die Übertragung der Daten der Umgebungserfassungssensoren geeignet ist, wird als Beispiel das Automotive Ethernet-Bussystem in der Variante IEEE 100BaseT1 bzw. IEEE 1000Base-T1 genannt.
Die Verarbeitungseinheit mit der Funktion als „Virtual Driver“ steht außerdem mit den verschiedenen Steuerungssystemen des Fahrzeuges, wie Motorsteuergerät, Getriebesteuergerät, Bremsensteuergerät, Lenkungssteuergerät, Fahrwerkssteuergerät in Verbindung. Auch diese Aufzählung ist nicht abschließend gedacht, da in modernen Fahrzeugen eine Vielzahl von weiteren Steuergeräten zum Einsatz kommen.
Aus der DE102014000270A1 ist ein System und ein Verfahren für die Wahl der Betätigungsweise für eine Kupplung in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Kupplung ausgelegt ist, sowohl manuell als auch automatisch betätigt werden zu können. Eine automatische Steuereinheit enthält eine Meldeeinheit, eine Aufforderungseinheit eine Bestätigungseinheit und eine Ausführungseinheit die zusammenwirken, um eine Umschaltung von Automatik- zu Manuellbetrieb zu bewirken.
Aus der US10899381 B2 ist eine Lenkvorrichtung bekannt, um bei Bedarf einen sicheren Übergang von einem automatischen Fahrmodus in einen manuellen Fahrmodus durchzuführen. Für die Umschaltung wird eine Übergangsperiode eingestellt, während der eine Fahrbetriebszuverlässigkeit bestimmt wird, die anzeigt, ob es möglich ist, den Übergang durchzuführen oder nicht. Folglich kann der Übergang so gesteuert werden, dass der Übergang nicht sofort durchgeführt wird. Das ist vorteilhaft, wenn der Fahrer während des automatischen Fahrmodus nicht jederzeit bereit ist die Steuerung zu übernehmen.
Aus der WO2016100219A1 ist ein System und Verfahren zum Verbinden einer autonomen oder ferngesteuerten Drive-by-Wire-Steuerung mit Steuermodulen eines Fahrzeugs bekannt. Fahrzeugfunktionen einschließlich Lenken, Bremsen, Starten usw. sind drahtgebunden über ein Steuernetzwerk steuerbar. Als Schnittstelle zwischen dem entfernten/autonomen Controller und den Steuermodulen des Fahrzeugs wird eine CAN-Architektur verwendet. Eine CAN-Modul-Schnittstelle stellt die Kommunikation zwischen einem Fahrzeugsteuersystem und einem überwachenden, entfernten, autonomen oder Drive-by-Wire-Controller bereit. Die Schnittstelle erlaubt der Überwachungssteuerung, den Fahrzeugbetrieb innerhalb vorbestimmter Grenzen und unter Verwendung von Steueralgorithmen zu steuern.
Das mit Abstand am häufigsten angewendete Kommunikationsprotokoll, das in Fahrzeugen zur Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuergeräten eingesetzt wird, ist das CAN-Bus-Kommunikationsprotokoll. Der CAN-Bus, entsprechend Controller Area Network, findet schon seit 1991 Verbreitung in Fahrzeugen. Das CAN-Bus-Kommunikationsprotokoll wurde 1994 standardisiert, und die ISO-Norm hat die Nummer ISO 11898. Später wurden weitere Varianten dieses Bussystems standardisiert. Zur Vernetzung von verschiedenen Steuergeräten wird heute der CAN-Bus in der Variante gem. SAE-Standard J1939 eingesetzt. Diese Variante wird auch als „Fahrzeug-Bus“ bezeichnet.
Ein Problem besteht aber darin, dass Serienprodukte für den Fahrzeugbereich typischerweise für einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren entwickelt werden. Besonders für Hersteller von Nutzfahrzeugen gilt, dass dort langfristige Produktgenerationen eingesetzt werden. Die Produktzyklen können hier schon mal mehr als 15 Jahre betreffen.
Zukünftig wird es völlig neu entwickelte Fahrzeugelektronik-Architekturen geben, die auch die Verarbeitungseinheit mit der Funktion als „Virtual Driver“ bereits enthalten. In einer Übergangsphase wird es für bestimmte Szenarien des automatischen Betriebes auch Nachrüstlösungen geben, mit denen Fahrzeuge einer bestehenden Fahrzeugelektronik-Architektur für den automatischen Betrieb umgerüstet werden können. Als Beispiele solcher Szenarien, wird an den Einsatz von automatisierten Fahrzeugen abseits von öffentlichen Straßen gedacht. Als Beispiele von derartigen Einsatzfällen werden abgetrennte Bereiche, z.B. Betriebshöfe von Firmen, Logistikzentren, Busdepots, Häfen, auch Flughäfen gedacht. Dort sind ggfs. verschiedene Fahrzeuge, meist Nutzfahrzeuge unterwegs, die verschiedene Transportvorgänge oder auch Wartungsfahrten durchführen. Da diese Transportvorgänge oft an dieselben Transportwege gebunden sind, können diese Fahrten, auch die Wartungsfahrten, relativ leicht automatisiert werden. Dazu gezählt werden auch Transportfahrten im landwirtschaftlichen Bereich auf landwirtschaftlichen Nutzflächen und im Bereich von Abbaugebieten, wo Minenfahrzeuge wiederkehrend auf den gleichen Transportwegen unterwegs sind, um den Abraum oder das Fördergut oder andere Dinge zu transportieren.
Diesbezüglich besteht das Problem gegenüber den bekannten Lösungen darin, eine bestehende Fahrzeugelektronik-Architektur automatisierungsfähig zu machen, ohne an den beteiligten Steuergeräten des Basisfahrzeugs erforderliche Software-Änderungen durchführen zu müssen. Zwar sind auch heute schon einige Steuergeräte so ausgelegt, dass bei ihnen Software-Updates durchgeführt werden können, dies verursacht aber jeweils einen Aufwand. Die Software-Updates müssen jedes Mal getestet und zertifiziert werden, um sicher zu gehen, dass von ihnen in keinem Betriebszustand ein Schaden ausgehen kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Umrüstlösung zur Verfügung zu stellen, die ohne derartige Software-Änderungen bei den bestehenden Steuergeräten auskommt.
Diese Aufgabe wird durch ein Anpassungsgerät zur Anpassung wenigstens einer für einen manuellen Betrieb eines Steuervorganges ausgelegten Steuereinheit an einen automatischen Betrieb gemäß Anspruch 1, und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 14 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.
Grundsätzlich gibt es eine Vielzahl von Bedienelementen (HMIs) bzw. Aktuatoren, die mittels eines derartigen Anpassungsgerätes automatisierungsfähig gemacht werden können.
Eine Auswahl der möglichen Bedienelemente wird besonders hervorgehoben. Das sind die Bedienelemente Beschleunigungspedal (Gaspedal), Gangwahlhebel bzw. Betriebsmode-Schalter eines Automatikgetriebes, Bremspedal, Parkbremshebel/-schalter, Lichtwahlhebel/-schalter, Scheibenwischerhebel/-schalter, Fensterheber/-schalter, Türbedienungshebel/- schalter, Luftfederungsbedienungshebel/-schalter, und weitere Bedienungshebel/-schalter für die Aufliegerstützen, Sattelkupplungen, Liftachsen, für die Verstellung der Umfeldsensorik, etc.
In einer Ausprägung betrifft die Erfindung ein Anpassungsgerät zur Anpassung wenigstens einer für einen manuellen Betrieb eines Steuervorganges ausgelegten Steuereinheit an einen automatischen Betrieb, mit mindestens einem Eingangsanschluss für eine automatische Eingabeeinheit und mindestens einem Ausgangsanschluss für mindestens eine Steuereinheit. Dabei besteht eine Besonderheit des Anpassungsgerätes darin, dass es mindestens einen Eingangsanschluss für mindestens eine manuelle Eingabeeinheit aufweist und, dass das Anpassungsgerät mindestens eine Emulationseinheit aufweist, die die über den mindestens einen Eingangsanschluss für die automatische Eingabeeinheit empfangenen Eingabedaten, in Eingabesignale in Form der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit umsetzt und an den mindestens einen Ausgangsanschluss für die mindestens eine Steuereinheit weiterleitet. Dadurch besteht die Möglichkeit des Ersatzes der von der manuellen Bedieneinheit stammenden Eingabedaten/-signale, indem nicht diese an den mindestens einen Ausgangsanschluss weitergeleitet werden, sondern die von der Emulationseinheit erzeugten Eingabedaten/-signale. Die Emulationseinheit setzt dabei Steuerdaten um, die ihr von der automatischen Eingabeeinheit vorgegeben werden. Die Umsetzung erfolgt so, dass von der Emulationseinheit Eingabedaten/-signale emuliert werden, die wie Eingabedaten/-signale von der manuellen Eingabeeinheit erscheinen. Diese werden von dem angeschlossenen Steuergerät als manuelle Eingabedaten/-signale angesehen und verstanden. Eine Software-Anpassung ist nicht erforderlich, damit diese emulierten Eingabedaten/-signale von dem Steuergerät korrekt verarbeitet werden können. So kann ein Basisfahrzeug sehr schnell für den automatischen Betrieb umgerüstet werden. Insbesondere entfallen aufwendige Anpassungen/Umstellungen an der Software der beteiligten Steuergeräte.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Emulationseinheit so ausgelegt ist, dass sie über den mindestens einen Eingangsanschluss für die automatische Eingabeeinheit auch einen Umschaltbefehl empfängt, und die mindestens eine Emulationseinheit so ausgelegt ist, dass sie den Umschaltbefehl so umsetzt, dass daraufhin statt der manuellen Eingabesignale von der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit die über den mindestens einen Eingangsanschluss für die automatische Eingabeeinheit empfangenen Eingabesignale umgesetzt werden, und an den mindestens einen Ausgangsanschluss für die Steuereinheit weitergeleitet werden. Dies ermöglicht eine fernsteuerbare Umschaltung zwischen Automatikbetrieb und Manual-Betrieb.
Für den Manual-Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Emulationseinheit so ausgelegt ist, dass sie im Manual-Betrieb die manuellen Eingabesignale von der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit so umsetzt, dass die über den mindestens einen Eingangsanschluss für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit empfangenen Eingabesignale ohne Manipulation an den mindestens einen Ausgangsanschluss für die mindestens eine Steuereinheit weitergeleitet werden. Dies stell sicher, dass der Manual-Betrieb unbeeinflusst von dem Anpassungsgerät bleibt.
In einer anderen Variante der Erfindung weist das Anpassungsgerät mindestens eine Umschalteinheit auf, an deren Eingänge die emulierten Eingabesignale und die Original-Eingabesignale der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit geführt sind und deren mindestens einer Ausgang mit dem mindestens einem Ausgangsanschluss für die wenigstens eine Steuereinheit für den Steuervorgang verbunden ist. Dabei weist die Umschalteinheit weiterhin einen Steuereingang für ein Umschaltsignal auf und ist weiterhin so ausgelegt, dass bei Wegfall des Umschaltsignals der mindestens eine Ausgangsanschluss elektrisch von dem mindestens einen Ausgangsanschluss der Emulationseinheit für die emulierten Signale auf den mindestens einen anderen Eingangsanschluss für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit umschaltet. Diese Variante der Auslegung des Anpassungsgerätes hat den besonderen Vorteil, dass Anpassungsgerät im manuellen Betrieb elektrisch passiv (spannungsfrei) geschaltet werden kann und damit der originale Fahrzeugzustand wiederhergestellt ist. So können sogar Störungen, die durch den Weiterbetrieb des Anpassungsgerätes verursacht werden könnten, vermieden werden. Tritt während des Automatikbetriebs ein Fehler auf, kann schnell auf den elektrisch passiven Zustand umgeschaltet werden und so ein sicherer Zustand hergestellt werden. Außerdem ermöglicht diese Lösung für bestimmte Ausführungsformen eine potenziell vereinfachte Realisierung des Anpassungsgerätes, da die Sicherheitsüberwachung und Abschaltung durch eine andere Komponente (von außen) erfolgen kann. In einer Variante wird das Umschaltsignal von der automatischen Eingabeeinheit geliefert. In einer anderen Variante ist eine manuelle Schalteinheit vorgesehen mit der das Umschaltsignal an- und abgeschaltet werden kann. Die erste Variante ist für die Fernsteuerung von Vorteil, während die zweite Variante insbesondere für den Testbetrieb vorteilhaft ist, bei dem noch eine Person im Fahrzeug den Automatikbetrieb überwacht.
Diesbezüglich ist es weiterhin vorteilhaft, dass das Anpassungsgerät so ausgelegt ist, dass der Wegfall des Umschaltsignales bei Verlust der Versorgungsspannung an dem Anpassungsgerät automatisch erfolgt. Ein wichtiges Sicherheitskonzept sieht einen Not-Aus-Schalter für den Automatik-Betrieb vor. Ist ein Not-Aus-Schalter vorhanden, kann damit im Fehlerfall die Stromversorgung für die Automatik-Betrieb-Zusatzgeräte abgeschaltet werden. Damit wird auch das Anpassungsgerät nicht mehr mit Energie versorgt. Hier ist es dann vorteilhaft, wenn damit auch das Umschaltsignal wegfällt, wodurch der Zustand für den manuellen Betrieb wieder hergestellt wird.
Die Umschalteinheit kann jede Art einer physikalischen Umschalteinheit sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform für die Umschalteinheit besteht darin, dass die Umschalteinheit in der Form eines Relais realisiert ist, mit dem bei Anliegen des Umschaltsignales die emulierten Signale von dem mindestens einen Ausgangsanschluss der Emulationseinheit auf den mindestens einen Ausgangsanschluss durchgeleitet werden. Ein klassisches Relais ist ein elektromagnetischer Schalter, der diese Anforderung erfüllt. Damit das Relais anzieht, ist es erforderlich, dass das Umschaltsignal einen Stromfluss durch die Spule des Relais bewirkt. Dafür ist lediglich eine kleine elektrische Leistung erforderlich. Bei Abschaltung des Umschaltsignales fällt der Spulenstrom weg und das Relais wird durch Federkraft in die Ruhestellung versetzt, bei der der Hauptstromkreis des Relais unterbrochen wird. Die Versorgung der Zusatzgeräte mit Energie wird dadurch unterbrochen. Es gibt aber auch andere Relais, die zu diesem Zweck eingesetzt werden können. Als weiteres Beispiel werden elektronische Relais genannt (Halbleiter-Relais), die mit Halbleiter-Bausteinen das Gleiche bewirken und ohne Spule und ohne bewegte Kontakte auskommen.
Zum Anschluss der automatischen Eingabeeinheit ist es vorteilhaft, dass der Eingangsanschluss für die automatische Eingabeeinheit ein Kommunikationsbusanschluss für ein drahtgebundenes Fahrzeug-Bussystem ist. Darüber können dann Steuerungsdaten nach einem standardisierten Übertragungsprotokoll übertragen werden. Dafür sind fertige Protokoll-Stapel verfügbar, so dass der Aufwand für die Implementierung gering ausfällt.
Ein besonders vorteilhaftes und weit verbreitetes drahtgebundenes Fahrzeug-Bussystem ist das CAN-Bussystem, entsprechend Controller Area Network, das insbesondere in der Variante nach dem SAE J1939 Standard sehr geeignet ist, um Steuerungsdaten für den Automatikbetrieb zu übertragen.
Besondere vorteilhafte Ausführungsformen des Anpassungsgerätes bestehen darin, dass der mindestens eine Eingangsanschluss für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit ein PWM-Eingangsanschluss, entsprechend Pulse Width Modulation, ein Schaltsignal-Eingangsanschluss, oder ein Anschluss für einen drahtgebundenen Kommunikationsbus, insbesondere CAN-Bus, entsprechend Controller Area Network, LIN-Bus, entsprechend Local Interconnect Network oder PSI5-Bus, entsprechend Peripheral Sensor Interface 5, ist. Damit sind die typischen Eingabesignal-Typen von manuellen Eingabeeinheiten abgedeckt.
Eine erweiterte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Emulationseinheit wenigstens ein erstes Rückführungsregister aufweist, mit dem die an dem mindestens einen Eingangsanschluss für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit ankommenden Signale einlesbar sind, um an die automatische Eingabeeinheit zurückgeführt werden zu können. Dies dient Kontrollzwecken.
Diesbezüglich ist es ebenfalls vorteilhaft, dass die Emulationseinheit wenigstens ein zweites Rückführungsregister aufweist, mit dem die an dem mindestens einen Ausgangsanschluss über die Umschalteinheit weitergeleiteten Signale einlesbar sind, um an die automatische Eingabeeinheit zurückgeführt werden zu können. Eine Weiterleitung dieser Daten an die Automatikeinheit bzw. noch weiter an eine externe Kontrollstelle wird damit möglich. Durch Vergleich der übermittelten Daten ist es möglich schnell zu erkennen, ob der gewünschte Automatik- oder Manual-Betrieb tatsächlich durchgeführt wird. Falls nicht, kann eine schnelle Abschaltung oder ein anderer Eingriff erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht noch darin, dass das Anpassungsgerät wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss für die Stromversorgung der wenigstens einen manuellen Eingabeeinheit aufweist und wenigstens einen weiteren Ausgangsanschluss, zu dem die Stromversorgungsleitungen von dem wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss geführt sind, wobei an den wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss Stromversorgungsleitungen von der Steuereinheit anschließbar sind und, wobei die Stromversorgungsleitungen der wenigstens einen manuellen Eingabeeinheit an den wenigstens einen weiteren Ausgangsanschluss anschließbar sind. Diese Lösung ist praktisch, denn bei den Basisfahrzeugen sind die manuellen Eingabeeinheiten typischerweise von den Steuergeräten versorgt, an die sie angeschlossen sind. In einer Weiterbildung können die Anschlüsse für die Stromversorgung in der gleichen Steckverbindungseinheit integriert sein, in der auch die Kontakte für die Signale der manuellen Eingabeeinheit bzw. der Ausgangssignale enthalten sind.
Es können mehrere Anpassungsgeräte für mehrere manuelle Eingabeeinheiten in einem kombinierten Anpassungsgerät integriert werden. Eine besonders bevorzugte Kombination besteht darin, dass das Anpassungsgerät einen ersten Eingangsanschluss für eine automatische Eingabeeinheit aufweist, ein zweiter Eingangsanschluss für den Anschluss eines Beschleunigungspedals vorgesehen ist und ein weiterer Eingangsanschluss für den Anschluss eines Betriebsmode-Schalters für ein Automatikgetriebe vorgesehen ist und, dass das Anpassungsgerät einen Ausgangsanschluss für den Anschluss an ein Motorsteuergerät und einen weiteren Ausgangsanschluss für den Anschluss eines Getriebesteuergerätes aufweist.
Bei einer noch weiter gehenden Integration könnten zusätzlich auch noch die Anschlüsse für einen Parkbremshebel/-schalter, ein Parkbrems-Steuergerät, und/oder einen Bedienhebel/-schalter für die Höhenverstellung eines Luftfedersystems und ein Luftfedersystem-Steuergerät vorgesehen werden. Es macht zum Beispiel Sinn, alle Komponenten, die die Längsdynamik des Fahrzeuges regeln in einem kombinierten Anpassungsgerät zu integrieren.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung besteht in einem Fahrzeug mit einer Antriebseinheit und wenigstens einer manuellen Eingabeeinheit, das ein Anpassungsgerät gemäß der Erfindung aufweist.
Für ein solches Fahrzeug ist es vorteilhaft, dass der Steuereingang für das Umschaltsignal für die wenigstens eine Umschalteinheit des Anpassungsgerätes an einen Ausgang der automatischen Eingabeeinheit und/oder an eine gesonderte manuelle Schalteinheit geführt ist. Dies ermöglicht einerseits den Fernzugriff und andererseits die Kontrolle durch eine Bedienperson.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Zugfahrzeug und ein abholbereites Anhängerfahrzeug in der Art eines Sattelaufliegers,
2 ein erstes Blockschaltbild für die elektronische Ausstattung eines Zugfahrzeuges;
3 ein Blockschaltbild für ein erstes Ausführungsbeispiel eines Anpassungsgerätes gemäß der Erfindung; und
4 ein Blockschaltbild für ein zweites Ausführungsbeispiel eines Anpassungsgerätes gemäß der Erfindung.

Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.
1 zeigt ein Zugfahrzeug 20 bei der Ausrichtung zu einem abholbereiten Anhängerfahrzeug 10, das auf Stützen 12 steht. Unter dem Begriff Anhängerfahrzeug 10 wird hier ein Anhängerfahrzeug verstanden, das mit einem Ankoppelsystem für ein Zugfahrzeug 20 ausgestattet ist. Es handelt sich vorwiegend um Nutzfahrzeug-Anhänger. Diese sind oft als Sattelauflieger-Fahrzeug mit einem Ankoppelsystem ausgestattet, bei dem ein sogenannter Königszapfen des Anhängerfahrzeuges 10 in eine Sattelplatte 22 des Zugfahrzeuges geführt wird, bis zum Einrasten, wodurch eine drehbare Verbindung zwischen Zugfahrzeug 20 und Anhängerfahrzeug 10 entsteht. Es kann sich aber auch um andere Anhängerfahrzeuge handeln, beispielsweise Anhängerfahrzeuge, die in der Landwirtschaft benutzt werden, oder Anhängerfahrzeuge, die an Baufahrzeuge angehängt werden. Auch größere Wohnwagen, sowie Freizeit- und Sportanhänger, kommen in Betracht.
Bei dem Zugfahrzeug 20 kann es sich um ein typisches Zugfahrzeug 20 handeln. Es handelt sich vorwiegend um ein Nutzfahrzeug. Auch hier gilt, dass auch andere Zugfahrzeuge in Betracht kommen. Als weitere Beispiele werden genannt, Zugfahrzeuge, die in der Landwirtschaft benutzt werden, oder Baufahrzeuge oder Campingfahrzeuge. Schließlich wird erwähnt, dass die Auflistung keine abschließende Auflistung darstellt. So kommen ebenfalls Personenkraftwagen als Zugfahrzeuge zum Einsatz, die ebenfalls mit dem Gegenstand der Erfindung ausgerüstet werden können. Auch der Begriff Zugfahrzeug wird hier nur beispielhaft verwendet. Die Erfindung kann auch in anderen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, die nicht als Zugfahrzeuge benutzt werden. Dazu gehören auch Busse und Bau- und Erntemaschinen, sowie, Roboter, Flugzeuge und Drohnen. Besonders hervorgehoben werden Muldenkipper, die im Tagebau oder auf Großbaustellen eingesetzt werden.
Das Zugfahrzeug 20 ist mit einer Antriebseinheit 24 ausgestattet, die in der dargestellten Form einer Brennkraftmaschine entspricht. Selbstverständlich können auch andere Arten von Antriebseinheiten in dem Zugfahrzeug integriert sein. Als weitere Beispiele werden Elektromotoren und Brennstoffzellen genannt. Bei den Rädern des Zugfahrzeuges 20 sind noch die Betriebsbremsen 26 hervorgehoben.
2 zeigt die Struktur einer beispielhaften Fahrzeugelektronik-Architektur des Zugfahrzeuges 20. Es sind die elektronischen Steuergeräte eines Antriebsstrangs PT gezeigt und die elektronischen Steuergeräte und Komponenten eines Automatisierungsstrangs AT.
Es können auch noch weitere elektronische Komponenten an den Antriebsstrang PT angeschlossen sein, die in der 2 nicht dargestellt sind, z.B. ein so genanntes Body-Control-Modul. Dieses dient dazu die verschiedenen Einstellungen von vom Fahrer bedienbaren Komponenten zu empfangen und umzusetzen. Hier werden als Beispiele die Scheibenwischer, die Scheibenwaschanlage, die Türschlösser, die verschiedenen Lampen und Blinklampen, die Fensterheber, die Motoren zur Sitzverstellung, die Klimaanlage, etc. genannt.
Zum Antriebstrang PT gehören verschiedene elektronische Steuergeräte. Der Block CU1 bezeichnet eine elektronische Motorsteuerung. Der Block CU2 bezeichnet ein Automatikgetriebe-Steuergerät. Der Block CU3 bezeichnet ein elektronisches Bremsen-Steuergerät EBS, entsprechend „Electronic Braking System“. Mit der Bezugszahl 26 ist jeweils eine Betriebsbremse pro Rad bezeichnet. Jede Betriebsbremse 26 kann von dem elektronischen Bremsen-Steuergerät CU3 separat betätigt werden. Dazu sind die entsprechenden Bremsleitungen 25 an das elektronische Bremsen-Steuergerät CU3 angeschlossen. Für Nutzfahrzeuge im Schwerlastbereich typisch kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel noch ein elektronisches Steuergerät der Retardereinheit (Dauerbremse) vorgesehen sein (nicht dargestellt). Diese dient zum Unterstützen eines Bremsvorgangs und kann ein Überhitzen der Reibbremsen 26 an den Rädern verhindern.
Die Steuergeräte CU1 bis CU3 sind über den Fahrzeug-Bus B1 nach SAE J1939 Standard vernetzt. Dazu sind sie mit den entsprechenden CAN-Busschnittstellen IT1 versehen.
An das Motorsteuergerät CU1 ist noch eine manuelle Bedieneinheit MC1 angeschlossen, die bei manuellem Betrieb vom Fahrer bedient wird. Sie ist bei Verbrennungsmotoren das Gaspedal oder bei Elektromotoren das Beschleunigungspedal. An das Getriebesteuergerät CU2 ist noch eine manuelle Bedieneinheit MC2 angeschlossen, die bei manuellem Betrieb vom Fahrer bedient wird. Es handelt sich um einen Betriebsmode-Schalter, der oft in Form eines Bedienhebels gestaltet ist. Damit können die verschiedenen Betriebsmodi eines Automatikgetriebes wie P für Parkmode, N für Leerlaufmode, D für Vorwärtsfahrt und R für Rückwärtsfahrt eingestellt werden. Bei einer Erweiterung können sogar mehrere Stufen für eine oder mehrere der verschiedenen Betriebsmodi eingestellt werden. Falls das Automatikgetriebe auch in einen manuellen Mode umgeschaltet werden kann, kann mit dem Bedienhebel auch zwischen den Gängen umgeschaltet werden. In einigen Ausführungsformen werden neben dem Bedienhebel auch sogenannte Schaltpaddles vorgesehen, mit denen auf einer Seite runtergeschaltet und auf der anderen Seite hochgeschaltet werden kann. Diese werden typischerweise Links und Rechts am Lenkrad angeordnet, so dass sie vom Fahrer bequem bedient werden können. Es ist in der Zeichnung angedeutet, dass an das Bremsensteuergerät CU3 noch ein Bremspedal angeschlossen ist, was in der Zeichnung aus Platzgründen nicht mehr im Einzelnen dargestellt ist.
An das Bremsensteuergerät CU3 ist noch ein weiterer Kommunikations-Bus B2 angeschlossen. Dieser ist mit einer Anschlussbuchse T1 verbunden. Diese dient bei Ankopplung eines Anhänger-Fahrzeuges 10 zur Aufnahme des entsprechenden Steckers des Kommunikationsbusses des Anhänger-Fahrzeuges 10. Das elektronische Steuergerät CU3 ist dafür mit der Kommunikationsschnittstelle IT2 versehen. Auch der Bus B2 kann als CAN-Bus realisiert werden, so dass auch die Kommunikationsschnittstelle IT2 als CAN-Bus-Schnittstelle ausgelegt sein kann.
Damit das Fahrzeug überhaupt automatisiert betrieben werden kann, ist es weiterhin erforderlich, dass es mit einer aktiven Lenkung ausgestattet ist. Dies kann durch Umrüstung erfolgen, wenn das Fahrzeug noch nicht mit aktiver Lenkung ausgestattet ist. Es gibt allerdings schon Fahrzeuge, z.B. Landmaschinen-Fahrzeuge, die mit einer Drive-by-Wire-Lenkung bereits ausgestattet sind, die meist auch manuell per Lenkrad betrieben werden kann, oft auch zusätzlich mit Hilfe eines Joysticks. Dieser kann dann ebenfalls an ein Anpassungsgerät angeschlossen werden, um das Fahrzeug für den Automatischen Betrieb umzurüsten. Die aktive Lenkung kann ebenfalls an das Fahrzeug-Bussystem B1 angeschlossen sein (nicht dargestellt).
In Fahrzeugen sind noch vielfältige weitere Bedienelemente mit zugehörigen weiteren Steuergeräten vorhanden, wobei mehrere Bedienelemente an ein gemeinsames Steuergerät angeschlossen sein können. Als weitere Beispiele werden genannt, ein Parkbremshebel, der an ein gesondertes Parkbremssteuergerät angeschlossen ist, Schalter für die Bedienung weiterer Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise Luftfederung, Aufliegerstützen, automatisierte Sattelkupplungen etc.). Daneben werden die bekannten Bedienelemente Lichtwahlhebel/schalter, Schalter für die Türensteuerung (Schließmechanismus), Schalter für die Fensterheber, Schalter für die Sitzverstellung, Bedienhebel für die Scheibenwaschanlage, etc. genannt. Diese werden typischerweise an ein Karosseriesteuergerät angeschlossen, mit dem diese Funktionen gesteuert und überwacht werden. Das Karosseriesteuergerät ist im internationalen Sprachgebrauch unter dem Begriff „Body Control Module“ BCM bekannt.
Die heutigen Bedienelemente geben an ihren Anschlüssen nicht mehr nur bestimmte Analog-Signale aus. Moderne Bedienelemente sind mit Kommunikationsschnittstelle ausgestattet, die die erfassten Daten digital nach einem Kommunikationsprotokoll ausgeben. Als besonders geeignete Kommunikationsschnittstellen werden die Schnittstellen für die Kommunikationsbusse LIN-Bus, CAN-Bus und PSI5-Bus genannt. Für den Anschluss eines Gaspedals an ein Motorsteuergerät wird von manchen Herstellern ein sogenannter PWM-Eingang vorgesehen. Das Gaspedal hat dementsprechend einen PWM-Ausgang und liefert ein PWM-Signal, entsprechend „Pulse Width Modulation“. Dieses Signal ist relativ störunanfällig und kann über längere Strecken ohne Verfälschung übertragen werden. Bei manchen Anwendungsfällen werden sogar zwei PWM-Signale über zwei getrennte Leitungen zu diesem Zweck übertragen.
Das Bezugszeichen AT markiert einen Automatisierungsstrang in der 2. Darin sind die Komponenten enthalten, die benötigt werden, um das für manuelle Steuerung ausgelegte Fahrzeug 20 anzupassen für den automatischen Betrieb. Dabei wird unter automatischen Betrieb ein Grad der Automatisierung nach SAE Level 4 und 5 verstanden. Die Komponenten des Automatisierungsstrangs AT sind dabei nicht Teil der Serienausstattung des Fahrzeuges 20, sondern werden bei einem Umrüstvorgang des Fahrzeuges 20 gesondert eingebaut.
Mit Bezugszeichen PU1 ist eine Verarbeitungseinheit bezeichnet, die die automatische Fahrfunktion zur Verfügung stellt. Dazu gehört die Umgebungserfassung und die Trajektorienplanung. Zur Umgebungserfassung werden verschiedene Umgebungssensoren vorgesehen, die an die Verarbeitungseinheit PU1 angeschlossen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die drei Umgebungserfassungssensoren Radar SU1, Kamera SU2 und Lidar SU3 vorgesehen. Es können zusätzlich weitere Umgebungserfassungssensoren vorgesehen werden. Z.B. sind typischerweise mehrere Kameras für eine Rundum-Umgebungserfassung verbaut. Daneben sind oft auch Abstandssensoren vorgesehen, die den Nahbereich um das Fahrzeug herum überwachen, wie z.B. eine Anzahl von Ultraschallsensoren. Die drei Umgebungserfassungssensoren SU1 bis SU3 sind jeweils mit einer Kommunikationsbus-Schnittstelle IT3 versehen. Diese sind alle an einen Kommunikationsbus B3 angeschlossen, der auch an die Kommunikationsbus-Schnittstelle IT3 der Verarbeitungseinheit PU1 angeschlossen ist. Es kann zu diesem Zweck ein für die fahrzeuginterne Kommunikation ausgelegtes Bussystem eingesetzt werden. Typischerweise werden serielle Bussysteme zu diesem Zweck eingesetzt, da bei ihnen der Verkabelungsaufwand am Geringsten ist. Als mögliche Beispiele werden genannt ein CAN-Bussystem, entsprechend Controller Area Network. Weiterhin wurde ein erweiterter CAN-Bus spezifiziert unter der Bezeichnung CAN-FD Bus, wobei FD für „Flexible Data Rate“ steht. Diese Spezifikation definiert einen erweiterten Datenrahmen mit höherer Transportkapazität, bei dem das Nutzdatenfeld vergrößert ist. Die Busarchitektur ist in 2 für den Bus B3 so dargestellt, dass eine gemeinsame Busleitung verwendet wird. Jedes an diesen Bus B3 angeschlossene Gerät ist mit einer Kommunikationsschnittstelle IT3 ausgestattet. Wenn das Bussystem den CAN-Bus betrifft, wird dementsprechend eine Kommunikationsschnittstelle IT3 für den CAN-Bus eingesetzt. Als weiteres Bussystem kommt ein Flexray-Bus in Betracht. Bei Verwendung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für den Anschluss der Umgebungserfassungssensoren kommt der Einsatz von Ethernet-Kommunikation in Betracht.
Der Radarsensor SU1 und der Lidar-Sensor SU3 dient hauptsächlich dazu Abstände und Relativgeschwindigkeiten zu erfassten Objekten zu erfassen. Die Kamera SU1 kann helfen die Objekte in der Umgebung genauer zu bestimmen. Dies kann auch helfen zu erkennen, ob die gemessen Abstandswerte zuverlässig sind. Wenn eine Stereokamera eingesetzt wird, kann diese auch zur Abstandsbestimmung eingesetzt werden. Dann bietet sich auch die Möglichkeit der Erhöhung der Genauigkeit für die Abstandsmessung. Die Verarbeitungseinheit PU1 kann zu diesem Zweck eine Recheneinheit beinhalten, die eine Sensorfusion mit den Abstandswerten, die der Radar-Sensor SU1 liefert und den Abstandswerten, die der Lidar-Sensor SU3 und die Stereokamera SU1 liefert, durchführt.
Die Verarbeitungseinheit PU1 sendet die für den entsprechenden Zeitraum vorausberechnete Trajektorie an die weitere Verarbeitungseinheit PU2 über den Kommunikationsbus B5. Dazu sind die Verarbeitungseinheiten PU1 und PU2 mit der Kommunikationsschnittstelle IT5 ausgestattet. Die zweite Verarbeitungseinheit PU2 ist dafür vorgesehen, die vorgegebene Trajektorie in entsprechende Ansteuerbefehle für die verschiedenen Steuereinheiten im Fahrzeug 20 umzusetzen und das Fahrzeug 20 so zu steuern, dass das Fahrzeug 20 auf der vorgegebenen Trajektorie fährt. Diese Ansteuerbefehle werden über den Bus B6 an die verschiedenen Steuereinheiten CU1 bis CU3 übertragen. Diese Verarbeitungseinheit PU2 kann deshalb als „Virtual Driving Coordinator“ bezeichnet werden. Dieser Verarbeitungseinheit PU2 kommt für das „autonome Fahren“ besondere Bedeutung zu, denn die Einheit muss über genaue Kenntnis, der von den elektronischen Steuervorrichtungen zu erwartenden Steuerbefehlen und deren Auswirkungen verfügen.
Für die Kommunikation nach außen ist die Verarbeitungseinheit PU1 mit dem On-Board-Kommunikationsgerät KU1 verbunden. Dafür ist die Kommunikationsschnittstelle IT4 vorgesehen. Bei dem On-Board-Kommunikationsgerät KU1 kann es sich um ein Mobilfunkmodem für ein öffentliches Mobilfunknetz oder um ein WLAN-Modem handeln. Darüber läuft die Kommunikation zu Geräten, die an das Internet oder ein anderes öffentliches Kommunikationsnetz angebunden sind. Ebenfalls wird darüber der Datenverkehr zu anderen Fahrzeugen, auch V2V-Kommunikation genannt, entsprechend vehicle-to-vehicle, oder zu Infrastrukturgeräten, die stationär sind, entsprechend V2X-Kommunikation abgewickelt. Heute werden vorwiegend On-Board-Kommunikationsgeräte für die Mobilfunknetze 4G, entsprechend Long Term Evolution LTE und 5G verwendet. Für die Kommunikation zu anderen Fahrzeugen kann zu diesem Zweck die sogenannte „Sidelink“-Kommunikationsfähigkeit des LTE-Modems eingesetzt werden oder die sogenannte „PC5“-Kommunikationsfähigkeit des 5G-Modems. Auch über ein WLAN-Modul kann die V2X-Kommunikation, entsprechend vehicle-toeverything abgewickelt werden. Teil des On-Board-Kommunikationsgerät KU1 ist auch eine GNSS-Empfangseinheit für Satelliten-Navigationssignale, entsprechend Global Navigation Satellite System. Diese erfasst mit entsprechender Genauigkeit die Position des Fahrzeuges 20.
Um nun das Fahrzeug 20 ohne Software-Änderungen bei den Steuergeräten CU1 bis CU3 für den automatischen Betrieb anzupassen, werden Anpassungsgeräte ADD1, ADD2 vorgesehen, die einerseits an die jeweilige manuelle Bedieneinheit MC1, MC2 angeschlossen werden und andererseits an das jeweilige Steuergerät CU1, CU2, CU3. Dazu weisen die Anpassungsgeräte ADD1, ADD2 einen Eingangsanschluss 27 und einen Ausgangsanschluss 28 auf. Der Eingangsanschluss 27 ist an die jeweilige manuelle Bedieneinheit MC1, MC2 angeschlossen, der Ausgangsanschluss 28 ist an das jeweilige Steuergerät CU1, CU2, CU3 angeschlossen. Die entsprechende manuelle Bedieneinheit ist mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss 29 versehen, der wie zuvor beschrieben auch als Kommunikationsschnittstelle ausgeführt sein kann. Bei den Steuergeräten sind entsprechende Eingangsanschlüsse 27 vorgesehen, an die die manuellen Eingabeeinheiten MC1, MC2 auch direkt angeschlossen werden könnten. Die Anpassungsgeräte ADD1, ADD2 werden also mit den gleichen Anschlüssen versehen und können so zwischen die jeweilige manuelle Bedieneinheit MC1, MC2 und das jeweilige Steuergerät CU1, CU2, CU3 zwischengeschaltet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden drei Anpassungsgeräte für die drei manuelle Bedieneinheiten Gaspedal MC1, Betriebsmode-Schalter MC2 und Bremspedal vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform können zwei oder mehr Ein-/Ausgänge in einem gemeinsamen Anpassungsgerät integriert sein. Dann werden zwei oder drei manuelle Bedieneinheiten durch ein Anpassungsgerät verarbeitet.
Die 3 zeigt eine erste Variante eines Anpassungsgerätes ADD1. Dieses dient zur Anpassung an die manuelle Bedieneinheit MC1, d.h. das Gaspedal. Bei dieser Variante liefert das Gaspedal zwei PWM-Signale, die beide an den Eingangsanschluss 27 des Anpassungsgerätes ADD1 geführt sind. Im Prinzip gibt es aber auch Gaspedale, die nur ein PWM-Signal ausgeben.
Charakterisierend für das Anpassungsgeräte ADD1 ist, dass es zwischen einem manuellen Betrieb und einem automatisierten Betrieb umschaltet. Im manuellen Betrieb werden die originalen/unveränderten Signale von der manuellen Bedieneinheit MC1 an das Motorsteuergerät CU1 weitergeleitet. Im automatisierten Betrieb werden mindestens einige Signal-Anteile durch das Anpassungsgerät ADD1 verändert. Der typische Anwendungsfall ist allerdings, dass die von der manuellen Bedieneinheit MC1 stammenden Signale durch neu generierte Signale ersetzt werden. Dazu ist in dem Anpassungsgerät ADD1 eine Emulationseinheit EMU1 vorgesehen, die eine Signalgeneratoreinheit G1 und eine Schnittstelle IT6 für die von der Verarbeitungseinheit PU2 gelieferten Steuerungsdaten beinhaltet. Der Signalgenerator G1 ist mit einer Logik versehen, die einen Umschaltbefehl, der ebenfalls in den Steuerungsdaten enthalten ist, erkennt. Solange der Umschaltbefehl noch nicht erkannt wurde, wird der Manual-Betrieb fortgeführt. Dabei werden die am Eingangsanschluss 27 anstehenden PWM-Signale eingelesen und an den Signalgenerator G1 weitergeleitet. Dieser erzeugt mit diesen Daten die gleichen PWM-Signale ohne Modifikation, so dass diese unverändert an den Ausgangsanschluss 28 ausgegeben werden. Wird jetzt in den Steuerungsdaten, die über den Kommunikationsbus B6 übertragen werden, ein Umschaltbefehl erkannt, so werden die am Eingangsanschluss 27 anstehenden PWM-Signale nicht mehr eingelesen, sondern es werden die über den Kommunikationsbus B6 übertragenen Steuerungsdaten umgesetzt und es werden damit zwei andere PWM-Signale emuliert. Das Motorsteuergerät CU1 nimmt diese emulierten PWM-Signale genauso an, als würden sie von der manuellen Bedieneinheit MC1 stammen, nur, dass sie eben von der Verarbeitungseinheit PU2 stammen, die das durchführt, was ihr von der Verarbeitungseinheit PU1 mit Übermittlung der abzufahrenden Trajektorie vorgegeben wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Anpassungsgerät ADD1 als permanentes Gateway realisiert sein, das sowohl im manuellen als auch automatisierten Betrieb die Kommunikation mit dem Aktuator-Steuergerät übernimmt und „nur“ per Software zwischen den zwei Quellen umschaltet.
Die unterhalb des Signalgenerators G1 dargestellten Leitungen entsprechen Stromversorgungsleitungen, über die das Motorsteuergerät CU1 die manuelle Bedieneinheit MC1 versorgt. Es gibt also auch einen Eingangsanschluss für Stromversorgungsleitungen an dem Anpassungsgerät ADD1 der auch zusammen mit dem Ausgangsanschluss 28 in einer Steckverbindung integriert sein kann. Ebenso gibt es einen Ausgangsanschluss für die Stromversorgungsleitungen, der auch zusammen mit dem Eingangsanschluss 27 in einer Steckverbindung integriert sein kann.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten wie die Verarbeitungseinheit PU2 die automatische Steuerung vornimmt. In einer Variante fordert die Verarbeitungseinheit PU2 ein Soll-Motormoment zur Realisierung der Trajektorie an. Der Signalgenerator G1 berechnet aus dem Soll-Motormoment die entsprechende Gaspedal-Stellung und wählt das passende PWM-Signal aus, das dann emuliert wird. Dazu berechnet der Signalgenerator G1 die Stützwerte zur Erzeugung des auszugebenden passenden PWM-Signales. Diese werden in üblicher Weise an einen DA-Wandler weitergeleitet, der sie in analoge Spannungen umsetzt. Dieses analoge Signal kann dann noch in üblicherweise gefiltert und geglättet werden.
Bei einer anderen Variante liefert bereits die Verarbeitungseinheit PU2 die Information über das gewünschte PWM-Signal, das emuliert werden soll. Die Umrechnung zwischen Soll-Motormoment und Gaspedal-Stellung bzw. passenden PWM-Signal kann dann entfallen.
Bei der Umsetzung von Bremsbefehlen ist keine Erzeugung von PWM-Signalen erforderlich. Der Signalgenerator G1 braucht für diesen Anwendungsfall lediglich so ausgelegt werden, dass er im Automatikbetrieb den vom Bremspedal kommenden Befehl ignoriert und stattdessen den von der Verarbeitungseinheit PU2 empfangenen Bremsbefehl weiterleitet an das Bremssteuergerät CU3. Bei Manual-Betrieb muss der Signalgenerator G1 so ausgelegt sein, dass er den von Bremspedal stammenden Bremsbefehl an das Bremssteuergerät CU3 weiterleitet.
Dies gilt auch für die Umsetzung der Schaltbefehle des Betriebsmode-Schalters MC2 in entsprechender Weise.
Die 4 zeigt noch eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Anpassungsgerätes ADD1. Der Hauptunterschied besteht darin, dass eine Umschaltung von Automatik-Betrieb auf Manual-Betrieb per Hardware erfolgt. Dafür werden Sicherheitsrelais RL1 und RL2 vorgesehen, an deren Eingänge die emulierten Signale für Automatik-Betrieb und die Original-Signale von der manuellen Bedieneinheit für Manual-Betrieb geführt sind. Die Sicherheitsrelais werden über ein Schaltsignal über eine Steuerleitung SC umgeschaltet. Dieses wird von der Verarbeitungseinheit PU2 geliefert. Alternativ kann dieses Schaltsignal auch von einem Schalter geliefert werden, der manuell betätigt werden muss (nicht dargestellt). Dieser Schalter kann in der Form eines Notaus-Schalters gestaltet sein, mit dem eine Bedienperson, die noch insbesondere bei dem Testbetrieb mitfährt, schnell in den Manual-Betrieb umschalten kann, falls durch den automatischen Fahrer ein gefährlicher Zustand herbeigeführt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Bypass-Gerät im manuellen Betrieb elektrisch passiv (spannungsfrei) geschaltet werden kann und quasi der originale manuelle Fahrzeugzustand wiederhergestellt wird. Im Fehlerfall kann also auf den elektrisch passiven Zustand umgeschaltet werden und so ein sicherer Zustand hergestellt werden. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel weist das Anpassungsgerät ADD1 den Signalgenerator G1 und die Kommunikations-Schnittstelle IT6 auf. Zusätzlich sind vier Rückführungsregister R1 bis R4 vorgesehen. Die beiden Rückführungsregister R1 und R2 dienen dazu die an dem Eingangsanschluss 27 anliegenden und von dem Signalgenerator eingelesenen PWM-Signale aufzunehmen. Dadurch werden sie zwischengespeichert und können an die Verarbeitungseinheit PU2 zurückgemeldet werden. Dies dient Kontrollzwecken. Die beiden weiteren Rückführungsregister R3 und R4 dienen dazu die über den Ausgangsanschluss 28 ausgegebenen Signale zu erfassen und zwischenzuspeichern. Auch diese können damit zu Kontrollzwecken über den Kommunikationsbus B5 an die Verarbeitungseinheit PU2 zurückgemeldet werden.
Diese Lösung ermöglicht für bestimmte Ausführungsformen eine potenziell vereinfachte Realisierung des Anpassungsgerätes, da die Sicherheitsüberwachung und Abschaltung des Anpassungsgerätes durch eine andere Komponente (von außen) erfolgen kann. Besonders bevorzugt erfolgt die Spannungsversorgung des Anpassungsgerätes ADD1 über eine Sicherheitseinrichtung, die den sicheren Zustand des Fahrzeugs plausibilisiert und überwacht und im Fehlerfall die Automatisierung und/oder das Anpassungsgerät deaktiviert. Die Sicherheitseinrichtung kann dabei bevorzugt auch in der Verarbeitungseinheit PU2 integriert sein.
Alle hierin erwähnten Beispiele wie auch bedingte Formulierungen sind ohne Einschränkung auf solche speziell angeführten Beispiele zu verstehen. So wird es zum Beispiel von Fachleuten anerkannt, dass das hier dargestellte Blockdiagramm eine konzeptionelle Ansicht einer beispielhaften Schaltungsanordnung darstellt. In ähnlicher Weise ist zu erkennen, dass ein dargestelltes Flussdiagramm, Zustandsübergangsdiagramm, Pseudocode und dergleichen verschiedene Varianten zur Darstellung von Prozessen darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbaren Medien gespeichert und somit von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können.
Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform, die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein oder ein Teil, der über das Betriebssystem ausgeführt wird.
Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.
Bezugszeichenliste

10: Anhängerfahrzeug
12: Stütze
20: Zugfahrzeug
22: Ankoppelelement
24: Antriebseinheit
25: Bremsleitung
26: Betriebsbremse
27: Eingangsanschluss für manuelle Bedieneinheit
28: Ausgangsanschluss
29: Eingangsanschluss Stromversorgung
30: Ausgangsanschluss Stromversorgung
A1: Antenne
ADD1: 1. Anpassgerät
ADD2: 2. Anpassgerät
B1: Fahrzeug-Kommunikationsbus erster Teil
B2: 2. Kommunikationsbus
B3: 3. Kommunikationsbus
B4: 4. Kommunikationsbus
B5: 5. Kommunikationsbus
B6: 6. Kommunikationsbus
BS: Bremssystem
EMU1: Emulationseinheit
IT1 - IT6: Kommunikationsschnittstellen für die Kommunikationsbusse
KU1: On-Board Kommunikationsmodul
CU1: elektronisches Motor-Steuergerät
CU2: elektronisches Getriebe-Steuergerät
CU3: elektronisches Bremsen-Steuergerät
G1: Signalgenerator / -umsetzer
MC1: manuelles Bedienelement („Fahrpedal“)
MC2: manuelles Bedienelement („Fahrtenschalter“)
PT: Antriebsstrang
PU1: elektronische Verarbeitungseinheit („virtueller Fahrer“)
PU2: elektronische Verarbeitungseinheit („Steuerungs-Plattform“)
R1 - R4: verschiedene Ein- / Ausgangsregister
RL1: erstes Relais
RL2: zweites Relais
SC: Steuerleitung für ein Umschaltsignal
SU1: Radar-Sensor
SU2: Kamera-Sensor
SU3: Lidar-Sensor
T1: Anschlussbuchse für Anhängerbussystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014000270 A1 [0005]
US 10899381 B2 [0006]
WO 2016100219 A1 [0007]

Claims

Anpassungsgerät zur Anpassung wenigstens einer für einen manuellen Betrieb eines Steuervorganges ausgelegten Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) an einen automatischen Betrieb, mit mindestens einem Eingangsanschluss (IT6) für eine automatische Eingabeeinheit (PU2) und mindestens einem Ausgangsanschluss (28) für die mindestens eine Steuereinheit (CU1, CU2, CU3), dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) mindestens einen Eingangsanschluss (27) für mindestens eine manuelle Eingabeeinheit (MC1, MC2) aufweist und, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) mindestens eine Emulationseinheit (EMU1) aufweist, die die über den mindestens einen Eingangsanschluss (IT6) für die automatische Eingabeeinheit (PU2) empfangenen Eingabedaten, in Eingabesignale in Form der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2) umsetzt und an den mindestens einen Ausgangsanschluss (28) für die mindestens eine Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) weiterleitet.
Anpassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulationseinheit (EMU1) so ausgelegt ist, dass sie über den mindestens einen Eingangsanschluss (IT6) für die automatische Eingabeeinheit (PU2) auch einen Umschaltbefehl empfängt, dass die mindestens eine Emulationseinheit (EMU1) so ausgelegt ist, dass sie den Umschaltbefehl so umsetzt, dass daraufhin statt der manuellen Eingabesignale von der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2), die über den mindestens einen Eingangsanschluss (IT6) für die automatische Eingabeeinheit (PU2) empfangenen Eingabesignale umgesetzt werden, und an den mindestens einen Ausgangsanschluss (28) für die Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) weitergeleitet werden.
Anpassungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Emulationseinheit (EMU1) so ausgelegt ist, dass sie im Manual-Betrieb die manuellen Eingabesignale von der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2), so umsetzt, dass die über den mindestens einen Eingangsanschluss (27) für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit (MC1, MC2) empfangenen Eingabesignale ohne Manipulation an den mindestens einen Ausgangsanschluss (28) für die mindestens eine Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) weitergeleitet werden.
Anpassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) mindestens eine Umschalteinheit (RL1, RL2) aufweist, an deren Eingänge die emulierten Eingabesignale und die Original-Eingabesignale der mindestens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2) geführt sind und deren mindestens einer Ausgang mit dem mindestens einem Ausgangsanschluss (28) für die wenigstens eine Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) für den Steuervorgang verbunden ist, wobei die Umschalteinheit (RL1, RL2) weiterhin einen Steuereingang für ein Umschaltsignal aufweist, und weiterhin so ausgelegt ist, dass bei Wegfall des Umschaltsignals der mindestens eine Ausgangsanschluss (28) elektrisch von dem mindestens einen Ausgangsanschluss der Emulationseinheit (EMU1) für die emulierten Signale auf den mindestens einen anderen Eingangsanschluss (27) für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit (MC1, MC2) umschaltet.
Anpassungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) so ausgelegt ist, dass der Wegfall des Umschaltsignales bei Verlust der Versorgungsspannung an dem Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) automatisch erfolgt.
Anpassungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (RL1, RL2) in der Form eines Relais realisiert ist, mit dem bei Anliegen des Umschaltsignales die emulierten Signale von dem mindestens einen Ausgangsanschluss der Emulationseinheit (EMU1) auf den mindestens einen Ausgangsanschluss (28) durchgeleitet werden.
Anpassungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss (IT6) für die automatische Eingabeeinheit (PU2) ein Kommunikationsbusanschluss für ein drahtgebundenes Fahrzeug-Bussystem (B6) ist.
Anpassungsgerät nach Anspruch 7, wobei das drahtgebundene Fahrzeug-Bussystem (B6) einem CAN-Bussystem entspricht, entsprechend Controller Area Network, insbesondere in der Variante nach dem SAE J1939 Standard.
Anpassungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Eingangsanschluss (27) für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit (MC1, MC2) ein PWM-Eingangsanschluss, entsprechend Pulse Width Modulation, ein Schaltsignal-Eingangsanschluss, oder ein Anschluss für einen drahtgebundenen Kommunikationsbus, insbesondere CAN-Bus, entsprechend Controller Area Network, LIN-Bus, entsprechend Local Interconnect Network oder PSI5-Bus, entsprechend Peripheral Sensor Interface 5, ist.
Anpassungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulationseinheit (EMU1) wenigstens ein erstes Rückführungsregister (R1, R2) aufweist, mit dem die an dem mindestens einen Eingangsanschluss (27) für die mindestens eine manuelle Eingabeeinheit (MC1, MC2) ankommenden Signale einlesbar sind, um an die automatische Eingabeeinheit (ADOPT) zurückgeführt zu werden.
Anpassungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulationseinheit (EMU1) wenigstens ein zweites Rückführungsregister (R3, R4) aufweist, mit dem die an dem mindestens einen Ausgangsanschluss (28) über die Umschalteinheit (RL1, RL2) weitergeleiteten Signale einlesbar sind, um an die automatische Eingabeeinheit (ADOPT) zurückgeführt zu werden.
Anpassungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss (29) für die Stromversorgung der wenigstens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2) aufweist und wenigstens einen weiteren Ausgangsanschluss (30), zu dem die Stromversorgungsleitungen von dem wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss (29) geführt sind, wobei an den wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss (29) Stromversorgungsleitungen von der Steuereinheit (CU1, CU2, CU3) anschließbar sind und, wobei die Stromversorgungsleitungen der wenigstens einen manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2) an den wenigstens einen weiteren Ausgangsanschluss (30) anschließbar sind.
Anpassungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) einen ersten Eingangsanschluss (IT6) für eine automatische Eingabeeinheit (PU2) aufweist, ein zweiter Eingangsanschluss (27) für den Anschluss eines Beschleunigungspedals (MC1) vorgesehen ist und ein weiterer Eingangsanschluss (27) für den Anschluss eines Betriebsmode-Schalters (MC2) für ein Automatikgetriebe vorgesehen ist und, dass das Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) einen Ausgangsanschluss (28) für den Anschluss an ein Motorsteuergerät (CU1) und einen weiteren Ausgangsanschluss (28) für den Anschluss eines Getriebesteuergerätes (CU2) aufweist.
Fahrzeug mit wenigstens einer Steuereinheit (CU1) für einen Antrieb (24), einer automatischen Eingabeeinheit (ADOPT) und wenigstens einer manuellen Eingabeeinheit (MC1, MC2), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (20) ein Anpassungsgerät (ADD1, ADD2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang für das Umschaltsignal für die wenigstens eine Umschalteinheit (RL1, RL2) des Anpassungsgerätes (ADD1, ADD2) an einen Ausgang der automatischen Eingabeeinheit (PU2) und/oder an eine manuelle Schalteinheit geführt ist.