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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer mehrere Komponenten umfassenden Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur, eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2018 205 872 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Zwillings eines physikalischen Objekts.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2012 222 562 A1 offenbart ein System für bewirtschaftete Parkflächen zur Überführung eines Fahrzeugs von einer Startposition in eine Zielposition.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Prüfen einer mehrere Komponenten umfassenden Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Prüfen einer mehrere Komponenten umfassenden Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
- Empfangen von Zustandssignalen, welche einen Zustand der Wirkkette repräsentieren,
- Erstellen zumindest eines digitalen Zwillings der Komponenten der Wirkkette basierend auf den Zustandssignalen,
- Prüfen der Wirkkette unter Verwendung des zumindest einen digitalen Zwillings, ob die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs geeignet ist,
- Bestimmen, ob die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs geeignet ist basierend auf dem Prüfen.
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Nach einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem dritten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem vierten Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem dritten Aspekt gespeichert ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst wird, dass die Wirkkette nicht direkt geprüft wird, sondern vielmehr ein digitales Abbild, der zumindest eine digitale Zwilling der Komponenten der Wirkkette, geprüft wird. Es findet also keine Prüfung der realen Wirkkette, sondern der virtuellen Wirkkette statt. Somit kann zum Beispiel die Wirkkette, also insbesondere eine oder mehrere Komponenten der Wirkkette, auch dann geprüft werden, wenn zum Beispiel keine Kommunikationsverbindung zwischen der prüfenden Instanz und der Wirkkette oder der Komponente der Wirkkette vorhanden ist. Auch wird durch das Prüfen der virtuellen Wirkkette der technische Vorteil bewirkt, dass, auch selbst wenn eine Kommunikationsverbindung zwischen prüfender Instanz und Wirkkette oder Komponente möglich ist oder eine solche vorhanden ist, eine solche gar nicht notwendig ist. Somit wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Wirkkette effizient geprüft werden kann.
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Somit wird also insbesondere ein Konzept bereitgestellt, welches ein effizientes Prüfen einer mehrere Komponenten umfassenden Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur ermöglicht.
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Für die Formulierung „infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs“ wird im Englischen häufig die Formulierung „Infrastructure-Assisted Driving“ verwendet.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Erstellen des zumindest einen digitalen Zwillings umfasst, dass für eine Komponente ein eigener digitaler Zwilling erstellt und/oder ein digitaler Zwilling für mehrere Komponenten gemeinsam erstellt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der zumindest eine digitale Zwilling effizient erstellt werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Prüfen umfasst, dass geprüft wird, ob die Wirkkette als Ganzes und/oder eine oder mehrere Komponenten ein vorbestimmtes Sicherheitsintegritätsniveau, insbesondere ein ASIL und/oder ein SIL, erfüllen.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Prüfen effizient durchgeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass Wettersignale empfangen werden, welche ein Wetter der Infrastruktur repräsentieren, wobei das Prüfen der Wirkkette basierend auf den Wettersignalen durchgeführt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Prüfen effizient durchgeführt werden kann. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass die Realität möglichst getreu virtuell abgebildet werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein digitaler Wetterzwilling des Wetters basierend auf den Wettersignalen erstellt wird, wobei das Prüfen der Wirkkette basierend auf dem digitalen Wetterzwilling durchgeführt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Prüfen effizient durchgeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wetter in einen bereits erstellten digitalen Zwilling der Komponenten der Wirkkette integriert wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Prüfen effizient durchgeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass Kartensignale empfangen werden, welche eine digitale Karte der Infrastruktur repräsentieren, wobei das Prüfen der Wirkkette basierend auf der digitalen Karte durchgeführt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Realität, in welcher sich das Kraftfahrzeug befindet, möglichst getreu virtuell abgebildet werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein digitaler Kartenzwilling basierend auf den Kartensignalen erstellt wird, wobei das Prüfen der Wirkkette basierend auf dem digitalen Kartenzwilling durchgeführt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Prüfen effizient durchgeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die digitale Karte in einen bereits erstellten digitalen Zwilling der Komponenten der Wirkkette integriert wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Prüfen effizient durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mehreren Komponenten jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Komponenten sind: Umfeldsensor, Kommunikationseinrichtung, Kraftfahrzeug, Steuergerät des Kraftfahrzeugs, Aktor des Kraftfahrzeugs, Lichtsignalanlage der Infrastruktur, elektronisches Verkehrsschild der Infrastruktur, infrastrukturseitiger Computer zum Berechnen von Infrastrukturassistenzdaten, basierend auf welchen das Kraftfahrzeug zumindest teilautomatisiert geführt werden kann, Lichtsignalanlage der Infrastruktur, Schranke der Infrastruktur.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Komponenten geprüft werden können.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Zustand einen oder mehrere der folgenden Zustandsparameter umfasst: Art einer Komponente, Eigenschaft einer Komponente, insbesondere welches Sicherheitsintegritätsniveau, insbesondere ASIL und/oder SIL, diese erfüllt, Auslastung einer Komponente, insbesondere Speicher, Rechenzeit, Wartungsdaten einer Komponente, welche insbesondere einen Zeitpunkt einer letzten Wartung angeben, Betriebsdaten der Komponente, welche insbesondere angeben, ob die Komponente in Betrieb oder nicht ist, Historiendaten der Komponente, welche eine Historie der Komponente beschreiben, Prädiktionsdaten einer Komponente, welche einen prädizierten Zustand der Komponente beschreiben.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Zustand effizient beschrieben werden kann.
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Eine Historie der Komponente umfasst zum Beispiel folgendes: Angabe über einen oder mehrere Ausfälle der Komponente und/oder Angabe über eine oder mehrere durchgeführte Wartungen der Komponente und/oder über eine oder mehrere geplante Wartungen der Komponente und/oder Alter der Komponente und/oder Fehlerdaten der Komponente.
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Eine Komponente der Wirkkette ist zum Beispiel einer der folgenden Komponenten: Umfeldsensor, Steuergerät des Kraftfahrzeugs, Hauptsteuergerät des Kraftfahrzeugs, Kommunikationsschnittstelle des Kraftfahrzeugs, Kommunikationsschnittstelle der Infrastruktur, Computer, welcher eingerichtet ist, Infrastrukturassistenzdaten zum infrastrukturgestützten zumindest teilautomatisierten Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur zu ermitteln, Cloud-Infrastruktur, in welcher eine oder mehrere Komponenten der Infrastruktur implementiert sind.
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Eine Komponente im Sinne der Beschreibung ist, sofern nicht anderweitig spezifiziert, zum Beispiel eine infrastrukturseitige Komponente oder eine kraftfahrzeugseitige Komponente.
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Eine Komponente der Wirkkette ist zum Beispiel das Kraftfahrzeug.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Infrastruktur ein oder mehrere der folgenden Infrastrukturelemente aufweist: Parkplatz, Tunnel, Autobahnauffahrt, Autobahnabfahrt, Knotenpunkt, insbesondere Kreisverkehr, Kreuzung, Einmündung, T-Kreuzung, Zebrastreifen, Baustelle, Brücke, Unterführung, Mautstelle, Parkgarage.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders wichtige Wirkketten hinsichtlich eines zumindest teilautomatisierten Führens eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer bestimmten Infrastruktur geprüft werden.
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Ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen des Kraftfahrzeugs umfasst zum Beispiel ein infrastrukturgestütztes Assistieren des Kraftfahrzeugs bei einer zumindest teilautomatisiert geführten Fahrt innerhalb der Infrastruktur, beispielsweise innerhalb eines Parkplatzes.
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Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug innerhalb des Parkplatzes einen AVP-Vorgang durchführt.
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Die Abkürzung „AVP“ steht für „Automated Valet Parking“ und kann ins Deutsche mit „automatischer Parkservice“ übersetzt werden. Ein AVP-Vorgang umfasst zum Beispiel ein zumindest hochautomatisiertes Führen des Kraftfahrzeugs von einer Abgabeposition zu einer Parkposition und zum Beispiel ein zumindest hochautomatisiertes Führen des Kraftfahrzeugs von einer Parkposition zu einer Abholposition. An der Abgabeposition gibt ein Fahrer des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug für einen AVP-Vorgang ab. An einer Abholposition wird das Kraftfahrzeug nach einem Ende des AVP-Vorgangs abgeholt.
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Somit kann ein Kraftfahrzeug im Sinne der Beschreibung beispielsweise auch als ein AVP-Kraftfahrzeug bezeichnet werden, insofern es beispielsweise eingerichtet ist, einen AVP-Vorgang durchzuführen.
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Zum Beispiel ist vorgesehen, dass der AVP-Vorgang einen AVP-Vorgang gemäß AVP-Typ 1, 2 und/oder 3 umfasst, wobei AVP-Typ 1 ein kraftfahrzeugzentrierter AVP-Vorgang ist, wobei AVP-Typ 2 ein infrastrukturzentrierter AVP-Vorgang ist und wobei AVP-Typ 3 ein kraftfahrzeug-infrastruktur-geteilter AVP-Vorgang ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der AVP-Vorgang effizient durchgeführt werden kann.
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AVP-Typ 1 kennzeichnet einen kraftfahrzeugzentrierten AVP-Vorgang. Die Hauptverantwortung für den AVP-Vorgang liegt beim Kraftfahrzeug.
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AVP-Typ 2 kennzeichnet einen infrastrukturzentrierten AVP-Vorgang. Die Hauptverantwortung für den AVP-Vorgang liegt bei der Infrastruktur, also beim AVP-System.
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AVP-Typ 3 kennzeichnet einen kraftfahrzeug-infrastruktur-geteilten AVP-Vorgang. Hier wird eine Hauptverantwortung für den AVP-Vorgang zwischen dem Kraftfahrzeug und dem AVP-System geteilt.
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Ein AVP-Vorgang umfasst die folgenden Vorgänge oder Funktionen:
- 1. Bestimmen einer Zielposition, welche innerhalb des Parkplatzes liegt, für das Kraftfahrzeug.
- 2. Planen einer Route von einer Startposition, welche vom Parkplatz umfasst ist, zu der Zielposition.
- 3. Detektieren eines Objekts und/oder eines Ereignisses sowie ein entsprechendes Reagieren auf ein detektiertes Objekt und/oder ein detektiertes Ereignis.
- 4. Lokalisieren des Kraftfahrzeugs innerhalb des Parkplatzes.
- 5. Berechnen einer Soll-Trajektorie für das Kraftfahrzeug basierend auf der geplanten Route.
- 6. Steuern einer Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs basierend auf der berechneten Soll-Trajektorie.
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Eine Zuordnung, welche dieser Vorgänge oder Funktionen je nach AVP-Typ vom Kraftfahrzeug oder von einem infrastrukturseitigen AVP-System, welches zum Beispiel das System nach dem zweiten Aspekt umfassen kann, durchgeführt werden, gibt die folgende Tabelle an, wobei „I“ für „Infrastruktur“ steht, also für das AVP-System, und „K“ für „Kraftfahrzeug, sodass „I“ angibt, dass der Vorgang durch das AVP-System durchgeführt wird, und „K“ angibt, dass der Vorgang durch das Kraftfahrzeug durchgeführt wird:
| Funktionen | AVP-Typ 1 | AVP-Typ 2 | AVP-Typ 3 |
| Bestimmen einer Zielposition, welche innerhalb des Parkplatzes liegt, für das Kraftfahrzeug. | I & K | I | I |
| Planen einer Route von einer Startposition, welche vom Parkplatz umfasst ist, zu der Zielposition. | K | I | I |
| Detektieren eines Objekts und/oder eines Ereignisses sowie ein entsprechendes Reagieren auf ein detektiertes Objekt und/oder ein detektiertes Ereignis. | K (& optional I) | I | I & K |
| Lokalisieren des Kraftfahrzeugs innerhalb des Parkplatzes. | K | I | K |
| Berechnen einer Soll-Trajektorie für das Kraftfahrzeug basierend auf der geplanten Route. | K | I | K |
| Steuern einer Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs basierend auf der berechneten Soll-Trajektorie. | K | K | K |
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In der vorstehenden Tabelle wird also für jede Funktion spezifisch für jeden AVP-Typ angegeben, ob die Funktion durch die Infrastruktur, also durch ein infrastrukturseitiges AVP-System, oder durch das Kraftfahrzeug, also zum Beispiel durch ein kraftfahrzeugseitiges AVP-System, durchgeführt wird. In einigen Fällen kann vorgesehen sein, dass die Funktion durch sowohl das infrastrukturseitige AVP-System als auch durch das Kraftfahrzeug, also durch das kraftfahrzeugseitige AVP-System, ausgeführt wird.
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Hinsichtlich der Objekt- und Ereignisdetektion für den AVP-Typ 1 kann optional vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Kraftfahrzeug auch das AVP-System der Infrastruktur diese Funktion ausführt.
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Die hier beschriebenen AVP-Typen 1, 2 und 3 werden weiter ausführlich in der ISO 23374 beschrieben.
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Die Formulierung „zumindest teilautomatisiertes Führen“ umfasst einen oder mehrere der folgenden Fälle: assistiertes Führen, teilautomatisiertes Führen, hochautomatisiertes Führen, vollautomatisiertes Führen. Die Formulierung „zumindest teilautomatisiert“ umfasst also einen oder mehrere der folgenden Formulierungen: assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert, vollautomatisiert.
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Assistiertes Führen bedeutet, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs dauerhaft entweder die Quer- oder die Längsführung des Kraftfahrzeugs ausführt. Die jeweils andere Fahraufgabe (also ein Steuern der Längs- oder der Querführung des Kraftfahrzeugs) wird automatisch durchgeführt. Das heißt also, dass bei einem assistierten Führen des Kraftfahrzeugs entweder die Quer- oder die Längsführung automatisch gesteuert wird.
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Teilautomatisiertes Führen bedeutet, dass in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) und/oder für einen gewissen Zeitraum eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss aber das automatische Steuern der Längs- und Querführung dauerhaft überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Der Fahrer muss jederzeit zur vollständigen Übernahme der Kraftfahrzeugführung bereit sein.
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Hochautomatisiertes Führen bedeutet, dass für einen gewissen Zeitraum in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht dauerhaft überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Bei Bedarf wird automatisch eine Übernahmeaufforderung an den Fahrer zur Übernahme des Steuerns der Längs- und Querführung ausgegeben, insbesondere mit einer ausreichenden Zeitreserve ausgegeben. Der Fahrer muss also potenziell in der Lage sein, das Steuern der Längs- und Querführung zu übernehmen. Grenzen des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung werden automatisch erkannt. Bei einem hochautomatisierten Führen ist es nicht möglich, in jeder Ausgangssituation automatisch einen risikominimalen Zustand herbeizuführen.
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Vollautomatisiertes Führen bedeutet, dass in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Vor einem Beenden des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung erfolgt automatisch eine Aufforderung an den Fahrer zur Übernahme der Fahraufgabe (Steuern der Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs), insbesondere mit einer ausreichenden Zeitreserve. Sofern der Fahrer nicht die Fahraufgabe übernimmt, wird automatisch in einen risikominimalen Zustand zurückgeführt. Grenzen des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung werden automatisch erkannt. In allen Situationen ist es möglich, automatisch in einen risikominimalen Systemzustand zurückzuführen.
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Ein Umfeldsensor im Sinne der Beschreibung ist zum Beispiel einer der folgenden Umfeldsensoren: Radarsensor, Bildsensor, insbesondere Bildsensor einer Videokamera, Ultraschallsensor, LiDAR-Sensor, Magnetfeldsensor und Infrarotsensor.
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Die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele können jeweils in beliebiger Form untereinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist.
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Ein digitaler Zwilling ist zum Beispiel ein virtuelles Abbild der Komponente und/oder von mehreren Komponenten und/oder vom Wetter und/oder von der digitalen Karte Umfelds des Kraftfahrzeugs und des Kraftfahrzeugs selbst.
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Das Wetter hat zum Beispiel einen Einfluss auf eine Beschaffenheit einer Straße der Infrastruktur. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass eine Straße der Infrastruktur, insbesondere ein Teil der Straße, und/oder eine Straßenbeschaffenheit der Straße, insbesondere eines Teils der Straße, durch einen eigenen digitalen Zwilling repräsentiert werden, insbesondere jeweils durch einen eigenen digitalen Zwilling repräsentiert werden, und/oder in einen bereits erstellten digitalen Zwilling mit integriert werden, insbesondere im digitalen Zwilling der Infrastruktur.
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Allgemein gilt insbesondere, dass ein digitaler Zwilling insbesondere eine digitale Repräsentanz eines materiellen und/oder immateriellen Objekts (oder Objekten, zum Beispiel die Komponenten, das Wetter und die digitale Karte) und/oder Prozesses (oder Prozessen) aus der realen Welt in der digitalen Welt ist.
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„Sicher“ bedeutet im Sinne der Beschreibung insbesondere „safe“ und „secure“. Diese beiden englischen Begriffe werden zwar ins Deutsche üblicherweise mit „sicher“ übersetzt, dennoch haben diese im Englischen eine teilweise unterschiedliche Bedeutung.
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Der Begriff „safe“ ist insbesondere auf das Thema Unfall und Unfallvermeidung gerichtet. „Safe“ bedeutet somit insbesondere, dass durch Maßnahmen die korrekte Funktion der Wirkkette sichergestellt ist und ein korrekter Ablauf eines infrastrukturgestützten zumindest teilautomatisierten Führens eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur sichergestellt ist.
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Der Begriff „secure“ ist insbesondere auf das Thema Computerschutz und Hackerschutz gerichtet, also insbesondere: Wie sicher ist die Wirkkette und ihre Komponenten vor unbefugten Zugriffen und vor Datenmanipulationen durch Dritte, so genannte „Hacker“, gesichert? Eine Wirkkette, welche „secure“ ist, weist also insbesondere einen angemessenen und ausreichenden Computerschutz und Hackerschutz auf.
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Durch das Prüfen, ob die infrastrukturseitige Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Fahren geeignet ist, kann somit insbesondere der technische Vorteil bewirkt werden, dass effizient sichergestellt werden kann, ob die Wirkkette sicher im Sinne der Beschreibung ist, also insbesondere sicher im Sinne der englischen Begriffe „safe“ und „secure“.
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Das Prüfen umfasst zum Beispiel, dass geprüft wird, ob eine oder mehrere Sicherheitsbedingungen erfüllt sind.
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Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die eine oder die mehreren Sicherheitsbedingungen jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Sicherheitsbedingungen sind: Vorliegen eines vorbestimmten Mindest-ASIL und/oder Mindest-SIL bei zumindest einer der Komponenten der Wirkkette, Vorliegen einer Redundanz bei zumindest einer der Komponenten, Vorliegen einer Diversität bei zumindest einer der Komponenten, Vorliegen zumindest eines Plans, welcher Maßnahmen zur Reduktion von Fehlern und/oder Maßnahmen bei Ausfällen zumindest einer der Komponenten der Wirkkette und/oder welcher Maßnahmen zur Fehleranalyse und/oder welcher Maßnahmen bei Fehlinterpretationen umfasst, Vorliegen eines oder mehrerer Fallback-Szenarien.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Sicherheitsbedingungen vorgesehen sind.
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Die Abkürzung „ASIL“ steht für die englischen Begriffe „Automotive Safety Integrity Level“, was ins Deutsche mit „Automotive Sicherheitsintegritätslevel“ übersetzt werden kann. „Automotive Safety Integrity Level“ ist eine Schlüsselkomponente des Standards ISO 26262. ASIL unterscheidet zwischen vier verschiedenen ASIL-Risikostufen, die mit ASIL-A, ASIL-B, ASIL-C und ASIL-D gekennzeichnet sind.
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Die Abkürzung „SIL“ steht für die englischen Begriffe „Safety Integrity Level“, was ins Deutsche mit „Sicherheitsintegritätslevel“ übersetzt werden kann. „Safety Integrity Level“ ist eine Schlüsselkomponente des Standards IEC EN 61508. SIL unterscheidet zwischen vier verschiedenen SIL-Risikostufen, die mit SIL-1, SIL-2, SIL-3 und SIL-4 gekennzeichnet sind.
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Ein infrastrukturgestütztes Assistieren des Kraftfahrzeugs bedeutet insbesondere, dass dem Kraftfahrzeug Infrastrukturassistenzdaten zur Verfügung gestellt werden. Das Kraftfahrzeug kann basierend auf den Infrastrukturassistenzdaten zum Beispiel Handlungsanweisungen ableiten. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel basierend auf den Infrastrukturassistenzdaten selbst entscheiden, was zu tun ist.
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Infrastrukturassistenzdaten umfassen zum Beispiel ein oder mehrere der folgenden Elemente an Daten: Steuerbefehl zum zumindest teilautomatisierten Steuern einer Quer- und/oder Längsführung des Kraftfahrzeugs, Fernsteuerbefehl zum zumindest teilautomatisierten Fernsteuern einer Quer- und/oder Längsführung des Kraftfahrzeugs, Freigabebefehl zur Freigabe einer zumindest teilautomatisierten, insbesondere vollautomatisierten, Fahrt des Kraftfahrzeugs für eine bestimmte Zeit in einem bestimmten Bereich der Infrastruktur, Solltrajektorie für das Kraftfahrzeug, Zielposition innerhalb der Infrastruktur, Umgebungsdaten, welche eine Umgebung des Kraftfahrzeugs repräsentieren, Vorgabe, was das Kraftfahrzeug tun soll. Die Vorgabe gibt zum Beispiel vor, ob das Kraftfahrzeug zum Beispiel fahren darf oder zum Beispiel anhalten muss.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zeitlich nach dem Empfangen von Zustandssignalen, welche einen Zustand der Wirkkette repräsentieren, zeitlich spätere Zustandssignale zu einem späteren Zeitpunkt empfangen werden, welche einen Zustand der Wirkkette zu einem späteren Zeitpunkt repräsentieren, wobei der zumindest eine erstellte digitale Zwilling basierend auf den zeitlich späteren Zustandssignalen aktualisiert wird, wobei die Wirkkette unter Verwendung des zumindest einen aktualisierten digitalen Zwillings geprüft wird, ob die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs geeignet ist, wobei basierend auf dem erneuten Prüfen erneut bestimmt wird, ob die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs (403) innerhalb der Infrastruktur geeignet ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Wirkkette basierend auf einem aktualisierten Zwilling geprüft werden kann. Der zumindest eine digitale Zwilling wird also zum Beispiel regelmäßig aktualisiert basierend auf aktuellen Zustandssignalen, welche einen aktuellen Zustand der Wirkkette repräsentieren, sodass das Prüfen und das Bestimmen entsprechend regelmäßig durchgeführt werden.
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Zum Beispiel ist vorgesehen, dass das erneute Prüfen umfasst, dass geprüft wird, ob die Wirkkette als Ganzes und/oder eine oder mehrere Komponenten ein vorbestimmtes Sicherheitsintegritätsniveau, insbesondere ein ASIL und/oder ein SIL, erfüllen.
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Ausführungen, die im Zusammenhang mit dem erstmaligen Prüfen und Bestimmen gemacht sind, gelten analog für einen oder mehrere spätere Prüfschritte und Bestimmenschritte und umgekehrt.
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Die Begriffe „assistieren“ und „unterstützen“ können synonym verwendet werden.
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Die Abkürzung „zumindest ein(e)“ bedeutet „ein(e) oder mehrere“.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt,
- 2 eine Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt,
- 3 ein maschinenlesbares Speichermedium nach dem vierten Aspekt und
- 4 bis 8 jeweils digitale Zwillinge.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Prüfen einer mehrere Komponenten umfassenden Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur, umfassend die folgenden Schritte:
- Empfangen 101 von Zustandssignalen, welche einen Zustand der Wirkkette repräsentieren,
- Erstellen 103 zumindest eines digitalen Zwillings der Komponenten der Wirkkette basierend auf den Zustandssignalen,
- Prüfen 105 der Wirkkette unter Verwendung des zumindest einen digitalen Zwillings, ob die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs geeignet ist,
- Bestimmen 107, ob die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb der Infrastruktur geeignet ist basierend auf dem Prüfen.
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Zum Beispiel wird bestimmt, dass die Wirkkette ungeeignet für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs ist, wenn das Prüfen ergeben hat, dass die Wirkkette nicht geeignet ist. Zum Beispiel wird bestimmt, dass die Wirkkette geeignet ist, wenn das Prüfen ergeben hat, dass die Wirkkette geeignet ist.
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2 zeigt eine Vorrichtung 201, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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3 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 301, auf dem ein Computerprogramm 303 gespeichert ist. Das Computerprogramm 303 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms 303 durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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4 zeigt eine Infrastruktur 401, innerhalb welcher ein Kraftfahrzeug 403 zumindest teilautomatisiert fährt. Das Kraftfahrzeug 403 fährt auf einer Straße 404, welche Teil der Infrastruktur 401 ist.
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Innerhalb der Infrastruktur 401 sind mehrere Komponenten 405, 406, 407, 409, 411 und 413 einer Wirkkette 414 für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur angeordnet.
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Im Einzelnen ist die Komponente 405 ein Computer, welcher eingerichtet ist, Infrastrukturassistenzdaten für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs 403 innerhalb der Infrastruktur 401 zu ermitteln, und ist die Komponente 406 ein elektronisches Verkehrsschild und ist und ist die Komponente 407 eine Videokamera umfassend einen nicht gezeigten Bildsensor und ist die Komponente 409 eine weitere Videokamera umfassend einen weiteren nicht-gezeigten Bildsensor und ist die Komponente 411 eine Cloud-Infrastruktur, innerhalb welcher mehrere Komponenten 413 der Wirkkette 414 implementiert sind. Bei diesen weiteren Komponenten 413 kann es sich zum Beispiel um einen Computer, einen Server, eine Datenbank und/oder eine Kommunikationsschnittstelle handeln.
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Das Kraftfahrzeug 403 umfasst ebenfalls Komponenten 415 der Wirkkette 414. Diese Komponenten 415 umfassen zum Beispiel ein Steuergerät, ein Hauptsteuergerät, eine Kommunikationsschnittstelle und/oder Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs 403.
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Dies bedeutet, dass die Wirkkette 414 teilweise in der Infrastruktur 401 und teilweise im Kraftfahrzeug 403 implementiert ist. Dies gilt allgemein, also auch losgelöst von dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel.
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Es wird nun ein digitaler Zwilling 417 des Kraftfahrzeugs 403 erstellt und es wird ein digitaler Zwilling 419 der Infrastruktur 401 erstellt, wobei die Infrastruktur 401 in den Figuren symbolisch durch die Videokamera 407 dargestellt ist.
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Es ist zum Beispiel vorgesehen, dass Daten aus der realen Welt in den jeweiligen digitalen Zwilling 417, 419 integriert werden, also als Eingangsdaten. Und es ist zum Beispiel vorgesehen, dass Daten aus dem jeweiligen digitalen Zwilling 417, 419 zurück in die reale Welt fließen. Dieser Austausch zwischen realer Welt und virtueller Welt ist symbolisch durch einen Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 420 gekennzeichnet.
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Weiter sind in 4 mehrere wellenförmige und bogenförmige Symbole mit dem Bezugszeichen 421 gekennzeichnet, was symbolisch eine Kommunikation zwischen Kraftfahrzeug 403 und Infrastruktur 401 darstellen soll. Auch diese Kommunikation, also die Kommunikationsverbindung, ist Teil der Wirkkette 414.
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Gemäß 4 ist vorgesehen, dass diese Kommunikationsverbindung 421 im digitalen Zwilling 419 der Infrastruktur 401 mitintegriert wird.
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5 zeigt eine Ausführungsform, gemäß welcher diese Kommunikationsverbindung als eigener digitaler Zwilling 501 in der virtuellen Welt abgebildet wird. Die Kommunikationsverbindung ist hier durch ein Symbol mit dem Bezugszeichen 503 gekennzeichnet, welches eine Antenne symbolisieren soll.
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Obwohl nicht gezeigt, kann auch ein Datenaustausch zwischen dem digitalen Zwilling 501 und realer Welt stattfinden.
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6 zeigt einen digitalen Zwilling 601, welcher das Kraftfahrzeug 403 und die Infrastruktur 401 abbildet.
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Weiter sind in 6 zwei weitere digitale Zwillinge 603 und 605 dargestellt, wobei der digitale Zwilling 603 das Kraftfahrzeug 403 abbildet und wobei der digitale Zwilling 605 die Infrastruktur 401, symbolisch dargestellt durch die Videokamera 407, abbildet.
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Es kann also vorgesehen sein, dass für jede Komponente der Wirkkette ein eigener digitaler Zwilling erstellt wird, und es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass mehrere Komponenten der Wirkkette in einem digitalen Zwilling gemeinsam zusammengefasst werden oder von diesem abgebildet werden.
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7 zeigt mehrere digitale Zwillinge: einen ersten digitalen Zwilling 701, einen zweiten digitalen Zwilling 703, einen dritten digitalen Zwilling 705, einen vierten digitalen Zwilling 707 und einen fünften digitalen Zwilling 709. Diese fünf digitalen Zwillinge 701, 703, 705, 707, 709 können miteinander interagieren, also miteinander auch kommunizieren, was symbolisch durch einen Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 711 dargestellt ist.
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Der erste digitale Zwilling 701 bildet die Infrastruktur ab, der zweite digitale Zwilling 703 bildet das Kraftfahrzeug ab, der dritte digitale Zwilling 705 ist ein digitaler Kartenzwilling. Der vierte digitale Zwilling 707 ist ein digitaler Wetterzwilling. Der fünfte digitale Zwilling 709 ist ein weiterer digitaler Zwilling, beispielsweise ein digitaler Zwilling einer Straße der Infrastruktur einschließlich einer Beschaffenheit der Straße.
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8 zeigt einen digitalen Zwilling 801, welcher das Kraftfahrzeug abbildet. Der digitale Zwilling 801 bildet zum Beispiel Komponenten des Kraftfahrzeugs ab. Diese Komponenten weisen folgende Bezugszeichen auf: 803, 805, 807, 809, 811.
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Die Komponente 803 ist zum Beispiel ein Hauptsteuergerät des Kraftfahrzeugs. Die Komponente 805 ist zum Beispiel ein Fusionsmodul des Kraftfahrzeugs, in welchem eine Datenfusion von Umfeldsensordaten von Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Die Komponenten 809, welche vom Fusionsmodul 805 umfasst sind, sind zum Beispiel: Prozessor, Speicher, Schnittstelle zu weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs.
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Die Komponente 807 ist zum Beispiel eine Kommunikationsschnittstelle des Kraftfahrzeugs. Komponenten 811 der Kommunikationsschnittstelle umfassen zum Beispiel eine Antenne und/oder ein Softwaremodell, basierend auf welchem kommuniziert werden kann.
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Das Kraftfahrzeug kommuniziert über eine Kommunikationsverbindung 813 mit einer nicht-gezeigten Infrastruktur. Diese Kommunikationsverbindung 813 kann zum Beispiel Teil einer Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen sein.
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Es ist vorgesehen, dass die Zustandssignale, welche den einen Zustand der Wirkkette präsentieren, zum Beispiel Informationen über das Fusionsmodul umfassen. Solche Informationen umfassen zum Beispiel: eine Speicherauslastung, eine Rechenzeit, ein Sicherheitsintegritätsniveau, welches das Fusionsmodul aufweist, seit wann das Fusionsmodul in Betrieb ist.
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Somit ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass das Fusionsmodul 805 effizient virtuell durch einen digitalen Zwilling abgebildet werden kann oder repräsentiert werden kann.
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Zusammenfassend basiert das hier beschriebene Konzept insbesondere darauf, dass die Wirkkette für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur nicht real, sondern in der virtuellen Welt geprüft wird. Durch das Prüfen kann sichergestellt werden, dass die Bedingungen, die für ein infrastrukturgestütztes zumindest teilautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs innerhalb einer Infrastruktur vorliegen müssen, erfüllt sind.
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Es ist vorgesehen, dass die Komponenten der Wirkkette mit ihren aktuellen Eigenschaften als ein oder als mehrere digitale Zwillinge abgebildet oder gespeichert werden, beispielsweise in einer oder in mehreren Datenbanken gespeichert werden.
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Dies bedeutet, dass eine oder mehrere digitale Zwillinge existieren, welche ein virtuelles Abbild der Wirkkette sind.
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Es ist zum Beispiel vorgesehen, dass die digitalen Zwillinge kontinuierlich aktualisiert werden.
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Zum Beispiel wird sichergestellt, dass für den aktuellen Zeitpunkt, also zum Beispiel für ein aktuelles Planen eines infrastrukturgestützten zumindest teilautomatisierten Führens eines Kraftfahrzeugs innerhalb der Infrastruktur, und/oder für die Zukunft, dass dieses Führen sicher im Sinne der Beschreibung ausgeführt oder durchgeführt werden kann.
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Der oder die digitalen Zwillinge bilden dabei insbesondere aktuell einen Systemzustand, welcher zum Beispiel definiert und aktuell ist, der Wirkkette, insbesondere der gesamten Wirkkette mit allen zugehörigen Komponenten und deren Eigenschaften und Zuständen ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018205872 A1 [0002]
- DE 102012222562 A1 [0003]
