Verfahren und Vorrichtung zum assistierten, teilautomatisierten, hochautomatisierten, vollautomatisierten oder fahrerlosen Fahren eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatisierten oder fahrerlosen Fahren eines Kraftfahrzeuges. Hierbei werden die Einstufungen des Verbands der deutschen Automobilindustrie (VDA) zum automatisierten Fahren (Stufe 1 - assistiert, Stufe 2 - teilautomatisiert, Stufe 3 - hochautomatisiert, Stufe 4 - vollautomatisiert und Stufe 5 - fahrerlos) zugrunde gelegt. Alle o.a. Stufen der Automatisierung werden im Folgenden zusammenfassend als„automatisiertes Fahren" bezeichnet.

Es sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die automatisiert fahren. Bei den Kraftfahrzeugen kann es sich dabei um Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW) oder Busse handeln.

Gemeinsam ist den meisten vorgeschlagenen Ausführungsformen, dass diese mindestens ein Steuergerät aufweisen, das für die Navigations- und Trajektorienplanung zuständig ist. Dies kann ein zentrales Steuergerät sein oder aber die Funktionalität ist auf mehrere Steuergeräte verteilt. Weiter weisen derartige Kraftfahrzeuge Teilsysteme auf, die fahrdynamische

Anforderungen des Steuergerätes umsetzen oder Umfelddaten liefern. Dabei ist beispielsweise ein Teilsystem ein Betriebsbremssystem, ein Teilsystem ein Feststellbremssystem, ein

Teilsystem ein Lenksystem, ein Teilsystem ein Antriebssystem und ein Teilsystem eine

Umfeldsensorik zur Erfassung von Fahrspuren, Hindernissen und anderen Kraftfahrzeugen. Das Steuergerät erzeugt dann in Abhängigkeit der geplanten Trajektorie Steuersignale für die Teilsysteme, die dann von diesen umgesetzt werden. Diese Teilsysteme sind derart

ausgebildet, dass ein Einzelfehler nicht zum Totalausfall des Teilsystems führen kann. Dies kann über Redundanzen oder Rückfallebenen erfolgen. Bei letzteren wird häufig die nicht volle Leistungsfähigkeit im Fehlerfall zur Verfügung gestellt, jedoch ausreichende Leistungsfähigkeit, um das Kraftfahrzeug noch an einem sicheren Ort zum Stillstand zu bringen.

Aus der WO 2010/04861 1 A1 ist eine solche Vorrichtung zum automatisierten Fahren bekannt, wobei die Teilsysteme redundant ausgebildet sind und im Fehlerfall ein Not-Stopp durchgeführt wird. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs derart zu verbessern, dass die Verfügbarkeit der Funktion verbessert wird. Ein weiteres Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung zum automatisierten Fahren, die ebenfalls die Verfügbarkeit der Funktion verbessert.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung 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 Steuergerätes zur Navigations- und Trajektorienplanung einer automatisierten Fahrt des Kraftfahrzeugs und mehreren Teilsystemen, wobei die Teilsysteme fahrdynamische

Anforderungen des Steuergerätes umsetzen oder Umfelddaten liefern. Die Teilsysteme sind beispielsweise ein Betriebsbremssystem, ein Feststellbremssystem, ein Lenkungssystem oder ein Antriebssystem sowie eine Sensorik zur Erfassung von Fahrspuren, Hindernissen und anderen Fahrzeugen. Dabei ist mindestens einem Teilsystem eine Überwachungsfunktion zugeordnet, mittels derer die Funktionalität des Teilsystems ermittelt wird. Die

Überwachungsfunktion kann dabei Bestandteil des Teilsystems sein oder ein externer

Beobachter. Beispielsweise wird das Bremssystem in bestimmten Situationen aktiviert und der Bremsdruck gemessen (z.B. beim Stillstand an einer roten Ampel). Die Überwachungsfunktion übermittelt dem Steuergerät eine aktuell mögliche Leistungsfähigkeit. Die aktuell mögliche Leistungsfähigkeit kann qualitativ oder quantitativ übermittelt werden. Qualitativ besteht die Nachricht beispielsweise nur aus der Information, dass die Leistungsfähigkeit eingeschränkt ist, während bei der quantitativen Übermittlung eine konkrete Zahl oder Zahlenbereich angegeben wird, beispielsweise wie groß die maximal mögliche Bremsverzögerung derzeit ist. Die Angabe der aktuell möglichen maximalen Leistungsfähigkeit kann auch einen Zeitraum umfassen, innerhalb dessen die Leistungsfähigkeit noch gegeben ist. Das Steuergerät passt dann in Abhängigkeit der übermittelten Leistungsfähigkeit die Navigations- und Trajektorienplanung derart an, dass trotz einer reduzierten Leistungsfähigkeit die automatisierte Fahrt fortgesetzt werden kann. Dabei stellt die Trajektorienplanung die kurzfristige zukünftige Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs innerhalb der möglichen Fahrspuren dar, wohingegen die

Navigationsplanung die längerfristige Fahrtroute (Befahre die Autobahn von A nach B) darstellt. Die Anpassung kann dabei in beiden Planungen erfolgen, kann aber je nach übermittelter Leistungsfähigkeit auf eine Planung beschränkt sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass alle Teilsysteme eine Überwachungsfunktion aufweisen und ihre Leistungsfähigkeit an das Steuergerät übermitteln. Dabei kann vorgesehen sein, dass einzelne Teilsysteme die

Leistungsfähigkeit quantitativ und andere nur qualitativ übermitteln.

In einer Ausführungsform berechnet das Steuergerät zusätzlich Stabilisierungsfunktionen (wie z.B. ESP-Eingriffe), wobei bei einer reduzierten Leistungsfähigkeit mindestens eines

Teilsystems die Navigations- und Trajektorienplanung derart angepasst wird, dass

Stabilisierungsfunktionen nicht durchgeführt werden müssen. Dies kann z.B. durch eine bewusst defensive Fahrweise erreicht werden.

In einer Ausführungsform werden bei reduzierter Leistungsfähigkeit mindestens eines

Teilsystems Straßenabschnitte mit vorbestimmten Eigenschaften bei der Navigationsplanung nicht mehr berücksichtigt. So kann beispielsweise bei einer reduzierten Leistungsfähigkeit des Betriebsbremssystems vorgesehen sein, dass Straßen mit einem Gefälle größer einem

Grenzwert für das Gefälle nicht mehr befahren werden. Sind solche Straßen in der

Navigationsplanung enthalten gewesen, so berechnet das Steuergerät eine Alternativ-Route unter Ausschluss derartiger Straßen. Bei einer reduzierten Leistungsfähigkeit des Lenksystems können beispielsweise kurvenreiche Straßen ausgenommen werden. Der Grundgedanke ist dabei, gezielte Straßenabschnitte bei der Navigationsplanung zu verwenden, die mit der reduzierten Leistungsfähigkeit sicher befahren werden können, sodass trotz der reduzierten Leistungsfähigkeit die automatisierte Fahrt fortgesetzt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder ein einzuhaltender Sicherheitsabstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug erhöht. Beide Maßnahmen bewirken, dass trotz einer reduzierten Leistungsfähigkeit der

Betriebsbremseinrichtung die Fahrt fortgesetzt werden kann. Beide Maßnahmen stellen dabei Änderungen der Trajektorienplanung dar.

In einer weiteren Ausführungsform werden im Umfeld des Kraftfahrzeuges befindliche weitere Kraftfahrzeuge über eine Car2Car-Schnittstelle über die reduzierte Leistungsfähigkeit und/oder eine angepasste Fahrweise informiert. Dadurch kann sich das Umfeld auf die angepasste Fahrweise einstellen und beispielsweise auch Anpassungen bezüglich Geschwindigkeit und Sicherheitsabstand vornehmen bzw. allgemein die Trajektorienplanung anpassen.

In einer weiteren Ausführungsform bereitet das Steuergerät bei einer übermittelten reduzierten Leistungsfähigkeit eines Teilsystems mindestens ein weiteres System oder Teilsystem derart vor, dass dieses mindestens partiell das Teilsystem mit der reduzierten Leistungsfähigkeit unterstützt. So kann beispielsweise ein Retarder oder eine Abgasbremse auf den Einsatz vorbereitet werden, indem beispielsweise Gang und/oder Geschwindigkeit in Bereiche besserer Wirkungsgrade für diese Systeme geändert werden. Derartige Bremssysteme kommen insbesondere bei modernen LKWs zum Einsatz. Ein weiteres System ist beispielsweise ein Hybridantriebssystem, das bei reduzierter Leistungsfähigkeit auf ein erhöhtes rekuperatives Bremsen eingestellt wird. Bei einer reduzierten Leistungsfähigkeit des Lenkungssystems können Lenkeingriffe auch durch unsymmetrische Bremseingriffe umgesetzt werden, wozu vorher gegebenenfalls die Geschwindigkeit derart anzupassen ist, dass die Betriebsbremse hierfür zur Verfügung steht.

In einer weiteren Ausführungsform ermittelt die Navigationsplanung in Abhängigkeit der reduzierten Leistungsfähigkeit einen geeigneten Haltepunkt für das Kraftfahrzeug,

beispielsweise eine noch erreichbare Werkstatt, einen geeigneten Parkplatz oder die nächste Nothaltebucht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum automatisierten Fahren eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Steuergerät 2, verschiedene Teilsysteme 3-7, eine Car2Car- Schnittstelle 8 sowie weitere Systeme 9-1 1 . Das Steuergerät 2 ist für die Navigations- und Trajektorienplanung sowie Stabilisierungsfunktionen der automatisierten Fahrt zuständig. Dabei kann das Steuergerät 2 ein einzelnes zentrales Steuergerät sein oder aber auf mehrere Steuergeräte aufgeteilt sein. Das Steuergerät 2 ist bidirektional mit den Teilsystemen 3-7 verbunden. Die Teilsysteme 3-7 stellen dabei die Sensorik (z.B. Kamera, Radar, Ultraschall, Lidar etc.) und Aktorik der Vorrichtung 1 dar. So ist beispielsweise das Teilsystem 3 mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung des Umfeldes des Kraftfahrzeugs, das Teilsystem 4 ein Betriebsbremssystem, das Teilsystem 4a das Feststellbremssystem, das Teilsystem 5 ein Lenkungssystem, das Teilsystem 6 ein Antriebssystem und das Teilsystem 7 ein

Getriebesystem. Die Teilsysteme 3-7 setzen dabei Soll-Vorgaben um, die das Steuergerät 2 aufgrund der Navigations- und Trajektorienplanung sowie der Stabilisierungsfunktionen vorgibt. Im Vorfeld übermitteln dabei die Teilsysteme 3-7 ihre Leistungsfähigkeit an das Steuergerät 2. Hierzu verfügen die Teilsysteme 3-7 über Überwachungsfunktionen, mittels derer die verfügbare Leistungsfähigkeit qualitativ oder quantitativ ermittelt werden kann. Dabei kann diese Angabe beispielsweise darin bestehen, welche maximale Soll-Vorgabe das Teilsystem 3- 7 überhaupt umsetzen kann. Beim Betriebsbremssystem kann dies beispielsweise ein Wert für eine maximale Verzögerung sein. Die Angabe kann aber auch darin bestehen, dass eine Teilfunktion nicht zur Verfügung steht (z.B. 4. Gang zur Zeit nicht verfügbar) oder dass eine bestimmte Soll-Vorgabe nur zeitlich begrenzt und/oder für eine begrenzte Anzahl von Aktionen zur Verfügung steht. Somit kann das Steuergerät 2 die Soll-Vorgaben an die Teilsysteme 3-7 an die verfügbare Leistungsfähigkeit der Teilsysteme 3-7 anpassen. Über die Car2Car-Schnittstelle

8 kann dabei das Steuergerät 2 andere Kraftfahrzeuge im Umfeld über seine angepasste Fahrweise informieren. Des Weiteren können über die Car2Car-Schnittstelle 8 auch

Informationen von anderen Fahrzeugen empfangen werden (beispielsweise dass diese auch aufgrund einer reduzierten Leistungsfähigkeit ihr Fahrverhalten angepasst haben) und bei der Navigations- und Trajektorienplanung im Steuergerät 2 berücksichtigt werden. Das Steuergerät 2 ist dabei über ein Bussystem 12 mit der Car2Car-Schnittstelle 8 verbunden, über das das Steuergerät 2 weitere Informationen von anderen Steuergeräten und Sensoriken erhalten kann. Die weiteren Systeme 9-1 1 sind beispielsweise ein Retarder, eine Abgasbremse und eine Elektromaschine bzw. ein Hybridsteuergerät. Schließlich gibt das Steuergerät 2 auch vorab Ansteuersignale S für weitere Systeme wie beispielsweise Fahrtrichtungsanzeiger aus.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung 1 soll kurz anhand eines Szenariums erläutert werden. Dabei sei angenommen, dass das Betriebsbremssystem eine reduzierte Leistungsfähigkeit an das Steuergerät 2 gemeldet hat, wohingegen alle anderen Teilsysteme volle Leistungsfähigkeit aufweisen. Das Steuergerät 2 reagiert auf die reduzierte Leistungsfähigkeit, indem die

Geschwindigkeit als Sollvorgabe an das Teilsystem 6 reduziert wird. Zusätzlich passt das Steuergerät 2 bei seiner Trajektorienplanung den Sicherheitsabstand zu einem

vorausfahrenden Kraftfahrzeug an. Das Getriebesystem wird mittels einer angepassten

Sollvorgabe derart eingestellt, dass mindestens eines der Systeme 9-1 1 im Bedarfsfall in einem Arbeitspunkt mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden kann, um zusätzliche Bremsleistung zur Verfügung zu stellen. Hierdurch kann trotz reduzierter Leistungsfähigkeit oder sogar Teilausfall eines Teilsystems 3-7 die automatisierte Fahrt zumindest bis zum Erreichen eines sicheren Abstellplatzes fortgesetzt werden.