Verfahren zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs und automatisiert fahrendes Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs und ein automatisiert fahrendes Kraftfahrzeug.

Beim automatisierten Fahren auf einem SAE Level 4 ist der Fahrer als Rückfallebene im Fahrzeug nicht vorhanden, d.h. das Gesamtsystem muss so fehlertolerant ausgelegt sein, dass das Fahrzeug immer gefährdungsfrei bewegt wird bzw. in einen sicheren Zustand überführt werden kann (z.B. anhalten auf dem Seitenstreifen). Abhängig von der maximalen Geschwindigkeit ergibt sich dadurch also eine minimale Zeit/Strecke nach dem Auftreten eines Fehlers, in der das Gesamtsystem weiterhin funktionsfähig sein muss (fail operational).

Ein möglicher Ansatz besteht in der redundanten Datenübertragung unter Ausschluss von Common Causes, d.h. zwei parallele Sender, Kommunikationsbusse und Empfänger, deren Übertragung nicht durch dieselbe Fehlerursache unterbrochen werden kann. Als Common Causes können EMV, Temperatur, Wasser, mechanische Beschädigungen oder systematische Hardware-Fehler angenommen werden, was dazu führt, dass man die parallelen Busse räumlich getrennt, auf unterschiedlichen Höhen, durch unterschiedliche Medien nach unterschiedlichen Übertragungsprinzipien und unterschiedlichen Technologien implementieren muss. Dieser Ansatz ist sehr aufwendig und komplex.

Aus der US 2019/0168805 A1 ist ein automatisiert fahrendes Kraftfahrzeug bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass eine zentrale Steuereinheit aktuelle Lenksteuerbefehle und zukünftige Lenksteuerbefehle an ein Lenkungssteuergerät übermittelt, wobei im Fehlerfall ein oder mehrere zukünftige Lenksteuerbefehle ausgeführt werden.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, um bei geringer Komplexität das Kraftfahrzeug sicher zu betreiben. Ein weiteres technisches Problem ist die Schaffung eines geeigneten automatisiert fahrenden Kraftfahrzeugs. Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein automatisiert fahrendes Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Verfahren zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs erfolgt mittels mindestens eines Steuergeräts zum Berechnen einer Trajektorie, wobei für die Trajektorie Steuerbefehle für Aktoren zur Einstellung einer Längs- und Querführung des Kraftfahrzeugs berechnet werden und von den Aktoren umgesetzt werden. Die Aktoren sind beispielsweise eine Antriebsaktorik, eine Bremsaktorik und eine Lenkaktorik. Die Steuerbefehle werden zu festgelegten Zeitpunkten aktualisiert. Beispielsweise erhält ein Lenkungssteuergerät alle 10 ms einen aktualisierten Lenksteuerbefehl. Weiter wird zu jedem Zeitpunkt eine aktuelle Notfalltrajektorie berechnet, um das Kraftfahrzeug in einen Fahrzeugstillstand zu überführen, wobei für die Notfalltrajektorie ein Satz von Steuerbefehlen für Aktoren zur Einstellung mindestens der Querführung berechnet wird, die bei Ausfall der Steuerbefehle für die Trajektorie automatisch für die Notfalltrajektorie von den Aktoren umgesetzt werden. Somit kann bei Ausfall der Datenkommunikation stets das Kraftfahrzeug sicher zum Stillstand gebracht werden. Der Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie wird dabei stets parallel mit den Steuerbefehlen für die Trajektorie übertragen, sodass stets eine aktuelle Notfalltrajektorie abgefahren werden kann.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie nur Lenksteuerbefehle enthält. In diesem Fall werden in einem Steuergerät für die Bremskraft feste vorgegebene Steuerbefehle im Notfall abgearbeitet, wobei beispielsweise eine konstante Verzögerung eingestellt wird. Diese konstante Verzögerung muss dabei nicht die maximal mögliche Verzögerung sein. Vielmehr kann eine feste Komfort-Verzögerung gewählt werden (z.B. 3,9 m/s ² ). Diese wird dann auch bei der Berechnung der Notfalltrajektorie zugrunde gelegt. Bei einer angenommenen maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit von 70 km/h kommt dann das Kraftfahrzeug nach 50 m bzw. nach 5 s zum Stillstand. Der Vorteil ist, dass die Anzahl der zu übertragenen Steuerbefehle reduziert ist, was die Datenübertragung vereinfacht. Es ist aber möglich, Steuerbefehle für die Bremsaktorik oder gar die Antriebsaktorik zu berechnen und in dem Satz von Steuerbefehlen zu übertragen.

In einer Ausführungsform ist der Satz von Steuerbefehlen eine feste vorgegebene Anzahl von Steuerbefehlen und/oder den Steuerbefehlen im Satz von Steuerbefehlen ist ein fest vorgegebener Zeitpunkt zugeordnet. Dies soll kurz anhand eines Zahlenbeispiels erläutert werden. Wie zuvor ausgeführt, kommt ei Kraftfahrzeug bei 70 km/h und einer Verzögerung von 3,9 m/s ² nach 50 m bzw. 5 s zum Stillstand. Möchte man nun alle 0,5 s einen Lenksteuerbefehl anpassen, so benötigt man 10 Steuerbefehle für die gesamte Notfalltrajektorie. Fährt das Kraftfahrzeug aber mit einer geringen Geschwindigkeit, so kommt es früher zum Stillstand. Hier gibt es jetzt die Möglichkeit, die Notfalltrajektorie feinstufiger zu planen und die 10 Steuerbefehle auf z.B. 4 s aufzuteilen. Es ist aber auch möglich, die Zeitpunkte (z.B. 0,5 s) beizubehalten. Soll dann auch die Anzahl konstant bleiben, so werden als letzte Steuerbefehle Nullen übertragen (da das Kraftfahrzeug schon steht). Man kann aber auch die Zeitpunkte konstant halten (z.B. alle 0,5 s) und nur die notwendigen Steuerbefehle übertragen (z.B. 8 statt 10).

In einer weiteren Ausführungsform werden die Steuerbefehle für die Trajektorie und der Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie über separate Bussysteme übertragen. Neben der Ausfallsicherheit kann so auch die Buslast besser aufgeteilt werden.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Steuerbefehle für die Trajektorie in einem ersten Steuergerät und der Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie in einem zweiten Steuergerät berechnet. Hierdurch kann die Rechenlast besser verteilt werden. Dabei können sich erstes und zweites Steuergerät auch gegenseitig überwachen.

In einer alternativen Ausführungsform werden hingegen die Steuerbefehle für die Trajektorie und der Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie in einem gemeinsamen Steuergerät berechnet, was ein Steuergerät einspart.

In einer weiteren Ausführungsform sind den Aktoren jeweils zwei Steuergeräte zugeordnet, wobei sich die beiden Steuergeräte gegenseitig überwachen, wobei jeweils nur ein Steuergerät Steuerbefehle an den zugeordneten Aktor übermittelt. Dabei können die beiden Steuergeräte als Master und Slave arbeiten.

Dabei kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass jeweils ein Steuergerät nur die Steuerbefehle für die Trajektorie an den Aktor überträgt und das andere Steuergerät nur die Steuerbefehle für die Notfalltrajektorie.

Das automatisiert fahrende Kraftfahrzeug umfasst mindestens ein Steuergerät zum Berechnen einer Trajektorie, wobei das mindestens eine Steuergerät oder ein weiteres Steuergerät derart ausgebildet ist, für die Trajektorie Steuerbefehle für Aktoren zur Einstellung einer Längs- und Querführung des Kraftfahrzeugs zu berechnen, die von den Aktoren umgesetzt werden. Dabei werden die Steuerbefehle zu festgelegten Zeitpunkten aktualisiert. Weiter ist mindestens ein Steuergerät derart ausgebildet, zu jedem festgelegten Zeitpunkt eine aktuelle Notfalltrajektorie zu berechnen, um das Fahrzeug in einen Fahrzeugstillstand zu überführen, wobei für die Notfalltrajektorie ein Satz von Steuerbefehlen für Aktoren zur Einstellung mindestens der Querführung berechnet wird, die bei Ausfall der Steuerbefehle für die Trajektorie automatisch von den Aktoren umgesetzt werden.

Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltung wird vollinhaltlich auf die verfahrensmäßigen Ausführungen Bezug genommen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 eine schematische Schaltungsanordnung einer zweiten Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung eines automatisiert fahrenden Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst ein erstes zentrales Steuergerät 1. Das zentrale Steuergerät 1 ist über ein Bussystem 2 mit verschiedenen Steuergeräten verbunden, die verschiedene Aktoren zur Einstellung einer Längs- und Querdynamik des Kraftfahrzeugs umfassen. Dabei weisen die Steuergeräte zwei Lenkungssteuergeräte 3, 4, zwei Bremssteuergeräte 5, 6 und zwei Antriebssteuergeräte 7, 8 auf. Die beiden Lenkungssteuergeräte 3, 4 steuern eine Lenkaktorik 9 an. Die beiden Bremssteuergeräte 5, 6 steuern eine Bremsaktorik 10 und die beiden Antriebssteuergeräte 7, 8 steuern eine Antriebsaktorik 11 an. Dabei sei angemerkt, dass auch ein Antriebssteuergerät 7, 8 entfallen kann. Dabei ist weiter dargestellt, dass die jeweils beiden Steuergeräte für eine Aktorik miteinander verbunden sind, um sich so gegenseitig zu überwachen. Weiter weist mindestens eines der Lenkungssteuergeräte 3, 4 einen Speicher 12 für einen Satz von Steuerbefehlen für eine Notfalltrajektorie auf.

Das zentrale Steuergerät 1 erhält Daten D einer nicht dargestellten Umfeldsensorik, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V und gegebenenfalls einen Reibwert p einer Straßenoberfläche. Zusätzlich können dem Steuergerät 1 noch Daten von einer Verkehrsinfrastruktur oder von anderen Verkehrsteilnehmern zugeführt werden. Aus all den Daten berechnet das Steuergerät 1 eine Trajektorie, die das Kraftfahrzeug abfahren soll. Weiter ermittelt dann das Steuergerät 1 Steuerbefehle für die Aktoren 9-11 , damit diese die Längs- und Querdynamik so einstellen, dass die berechnete Trajektorie abgefahren wird. Diese Steuerbefehle werden über das Bussystem 2 an die Steuergeräte der Aktoren übertragen. Dabei werden die Steuerbefehle zu festgelegten Zeitpunkten (z.B. alle 10 ms) übertragen. Parallel berechnet das Steuergerät 1 eine Notfalltrajektorie, um von der aktuellen Position sicher in einen Fahrzeugstillstand zu kommen. Für diese Notfalltrajektorie wird ein Satz von Steuerbefehlen mindestens für die Lenkaktorik 9 berechnet. Dieser Satz von Steuerbefehlen wird ebenfalls über das Bussystem 2 übertragen. Die Steuergeräte empfangen die Steuerbefehle und jeweils mindestens ein Steuergerät steuert seine zugeordnete Aktorik mit dem übermittelten Steuerbefehl an. Mindestens ein Lenkungssteuergerät 3, 4 speichert darüber hinaus die Steuerbefehle des Satzes für die Notfalltrajektorie ab. Im Normalbetrieb kommt dann zum nächsten festgelegten Zeitpunkt ein neuer Satz von Steuerbefehlen für eine Notfalltrajektorie und die alten Daten werden überschrieben. Kommt es dann aufgrund irgendeines Fehlers dazu, dass kein Lenkungssteuergerät 3, 4 aktuelle Steuerbefehle für die Trajektorie erhält, so werden durch ein Lenkungssteuergerät 3, 4 die Steuerbefehle der Notfalltrajektorie abgearbeitet, die zuletzt empfangen wurden. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur eines der beiden Lenkungssteuergeräte 3, 4 die Steuerbefehle der Notfalltrajektorie an die Lenkaktorik 9 übermitteln kann. Es sind aber auch Ausführungen möglich, wobei beide Lenkungssteuergeräte 3, 4 den Satz von Steuerbefehlen abspeichern und im Notfall abarbeiten können.

In mindestens einen Bremssteuergerät sind Bremssteuerbefehle für die Notfalltrajektorie fest abgelegt, beispielsweise das Kraftfahrzeug mit einer konstanten Verzögerung abzubremsen. Dabei stehen die Bremssteuergeräte 5, 6 und die Lenkungssteuergeräte 3, 4 im Austausch, wobei die zugehörige Datenverbindung aus Übersichtsgründen nicht dargestellt ist. Dabei tauschen sich die Steuergeräte aus, ob diese aktuelle Steuerbefehle für die Trajektorie erhalten haben. Haben beispielsweise beide Bremssteuergeräte keine Steuerbefehle erhalten oder beide Lenkungssteuergeräte, so muss die Notfalltrajektorie abgefahren werden, indem ein Lenkungssteuergerät 3, 4 den letzten Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie an die Lenkaktorik 9 übermittelt und mindestens ein Bremssteuergerät die konstante Verzögerung an die Bremsaktorik 10 übermittelt. Weiter wird vorzugsweise mindestens ein Antriebssteuergerät 7, 8 über das Abfahren der Notfalltrajektorie informiert, sodass kein zusätzliches Antriebsmoment mehr erzeugt wird. Vorzugsweise arbeiten dabei die beiden Lenkungssteuergeräte 3, 4 und die beiden Bremssteuergeräte 5, 6 als Master und Slave. Dabei sei noch einmal angemerkt, dass der zeitliche Abstand zwischen zwei Steuerbefehlen der Notfalltrajektorie größer sein kann und vorzugsweise ist als der zeitliche Abstand zwischen zwei Steuerbefehlen für die Trajektorie.

In der Fig. 2 ist eine alternative Schaltungsanordnung dargestellt. Ein erster Unterschied ist, dass neben dem zentralen Steuergerät 1 ein zweites Steuergerät 13 existiert, dass die Notfalltrajektorie und den Satz von Steuerbefehlen berechnet. Das zentrale, erste Steuergerät 1 und das zweite Steuergerät 13 können dabei als Master und Slave arbeiten. Hierzu sind die beiden Steuergeräte 1, 13 über eine Datenverbindung 14 miteinander verbunden. Weiter ist das erste Steuergerät 1 mit einem ersten Bussystem 2 und das zweite Steuergerät 13 mit einem zweiten Bussystem 15 verbunden. Dabei ist weiter dargestellt, dass jeweils nur ein Steuergerät mit einem Bussystem verbunden ist. Dies ist aber nicht zwingend. So kann auch jedes Steuergerät mit beiden Bussystemen 2, 15 verbunden sein. Weiter kann auch vorgesehen sein, dass das zentrale Steuergerät 1 und das zweite Steuergerät 13 ihre berechneten Steuerbefehle austauschen, wobei dann beide Steuergeräte 1 , 13 sowohl die Steuerbefehle für die Trajektorie als auch den Satz von Steuerbefehlen für die Notfalltrajektorie über die Bussysteme 2, 15 übertragen. Die Anzahl der Steuerbefehle in einem Satz für die Notfalltrajektorie liegt vorzugsweise zwischen 5 bis 50 und weiter vorzugsweise zwischen 10 bis 20.

Bezugszeichenhste

1 Steuergerät

2 Bussystem

3, 4 Lenkungssteuergerät

5, 6 Bremssteuergerät

7, 8 Antriebssteuergerät

9 Lenkaktorik

10 Bremsaktorik

11 Antriebsaktorik

12 Speicher

13 Steuergerät

14 Datenverbindung

15 Bussystem

D Daten

V Fahrzeuggeschwindigkeit

M Reibwert