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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft die Assistenz- und Kommunikationstechnik für
Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kommunikationseinrichtung
eines Teilnehmers zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation, ein Fahrerassistenzsystem
mit einer Kommunikationseinrichtung, ein Fahrzeug mit einer Kommunikationseinrichtung,
ein Verfahren zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation, ein Programmelement und
ein computerlesbares Medium.
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Technologischer Hintergrund
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Bei
der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und der Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation,
im Folgenden Fahrzeug-zu-X-Kommunikation (C2X Kommunikation) genannt,
kommunizieren Fahrzeuge und/oder Infrastruktureinrichtungen mit benachbarten
Fahrzeugen. Diese C2X-Systeme können demnach als intelligente
Transportsysteme (Intelligent Transport Systems, ITS) in ein Kommunikationsnetz
eingebettet sein. Eine mögliche Architektur für
ITS könnte zukünftig von der ETSI standardisiert werden.
Eine solche Architektur könnte auf Arbeiten in Forschungsprogrammen,
wie dem deutschen C2X-Testfeld simTD oder den europäischen
Projekten Safespot, CVIS, Coopers und Pre-Drive basieren.
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Eine
Herausforderung bei der C2X-Kommunikation besteht darin, eine ausreichende
Datensicherheit sowie eine effektive Datennutzung bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine effektive Datennutzung bei
der C2X-Kommunikation bereitzustellen.
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Es
sind eine Kommunikationseinrichtung eines Teilnehmers zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation, ein
Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug mit einer solchen
Kommunikationseinrichtung, ein Fahrzeug mit einer Kommunikationseinrichtung,
ein Verfahren zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation zwischen Fahrzeugen,
ein Programmelement und ein computerlesbares Medium gemäß den
Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen
gleichermaßen die Kommunikationseinrichtung, das Fahrerassistenzsystem, das
Fahrzeug, das Verfahren, das Programmelement und das computerlesbare
Medium. In anderen Worten lassen sich Merkmale, die im Folgenden
beispielsweise im Hinblick auf die Kommunikationseinrichtung beschrieben
werden, auch als Verfahrensschritte implementieren, und umgekehrt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine Kommunikationseinrichtung eines Teilnehmers
für die Fahrzeug-zu-X-Kommunikation angegeben. Die Kommunikationseinrichtung
weist eine Kommunikationseinheit und eine Datenvorverarbeitungseinheit auf.
Die Kommunikationseinheit ist zum Empfang von Daten von einem benachbarten
Kommunikationsteilnehmer ausgeführt. Die Datenvorverarbeitungseinheit
ist zur Vorverarbeitung der empfangenen Daten und zur Weitergabe
der vorverarbeiteten Daten an eine Anwendung des Teilnehmers ausgeführt.
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In
anderen Worten findet innerhalb der Kommunikationseinrichtung eine
Datenvorverarbeitung statt, bevor die (vorverarbeiteten) Daten dann
an eine weiterführende Anwendung (beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem
oder ein Infotainment System) weitergereicht werden. Auf diese Weise
kann beispielsweise eine frühzeitige Datenreduktion durchgeführt
werden. Beispielsweise wird jede entsprechende Anwendung nicht immer
mit allen Daten beliefert, die über den Funkkanal hereinkommen,
sondern nur mit einer bestimmten Auswahl der empfangenen Daten.
Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass nicht jede Anwendung auch gleichzeitig
mit allen Daten umgehen können muss und sämtliche
der empfangenen Daten prüfen muss. Diese Prüfung
und die Datenauswahl kann vorgeschaltet in der Datenvorverarbeitungseinheit
stattfinden.
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Bei
C2X-Kommunikation können sehr großen Datenmengen
anfallen, beispielsweise im Bereich von 12 MBit an Rohdaten über IEEE
802.11p. Diese Daten können durch die Vorverarbeitung
in eine für ein Sicherheitssystem oder für Mobilitätssysteme
des Teilnehmers handhabbare Menge reduziert werden (indem beispielsweise
ungeeignete Daten an dieses System nicht weitergeleitet werden).
Weiterhin kann durch die Vorverarbeitung vor allem bei Sicherheitssystemen
ein Vertrauenslevel bzw. ein Sicherheitslevel der Daten eingehalten
werden.
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Dies
erfolgt beispielsweise durch eine Datenplausibilisierung/-korrektur/-validierung
in der Datenvorverarbeitungseinheit.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kommunikationssystem mit einer
Vielzahl der oben und im Folgenden beschriebenen Kommunikationseinrichtungen
angegeben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrerassistenzsystem für
ein Fahrzeug angegeben, welches eine oben und im Folgenden beschriebene
Kommunikationseinrichtung aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer oben und
im Folgenden beschriebenen Kommunikationseinrichtung angegeben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation
angegeben, bei dem Daten von einem benachbarten Kommunikationsteilnehmer
empfangen werden und diese Daten dann vorverarbeitet werden. Daraufhin
wird zumindest ein Teil der vorverarbeiteten Daten an eine Anwendung
des Teilnehmers weitergegeben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Programmelement angegeben,
das, wenn es auf einem Prozessor einer Kommunikationseinrichtung
ausgeführt wird, die Kommunikationseinrichtung anleitet,
die oben und im Folgenden beschriebenen Schritte durchzuführen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein computerlesbares Medium angegeben, auf
dem ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf einem
Prozessor einer Kommunikationseinrichtung ausgeführt wird,
die Kommunikationseinrichtung anleitet, die oben und im Folgenden beschriebenen
Schritte durchzuführen.
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Es
kann als ein Kern der Erfindung aufgefasst werden, dass die empfangenen
Daten nicht in ihrer rohen Form den Anwendungen zur Verfügung gestellt
werden. Vielmehr findet eine Vorverarbeitung der empfangenen Daten
statt. Ein Ziel dieser Vorverarbeitung kann es sein, relevante Objekte
und Situationen bzw. Ereignisse aus dem Datenstrom zu extrahieren
und den Anwendungen zur weiteren Analyse zur Verfügung
zu stellen.
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Zusätzlich
bietet es sich an, an dieser Stelle bereits eine Plausibilisierung
der Daten durchzuführen und gegebenenfalls die Qualität
der Informationen zu verbessern. Zusätzlich kann vorgesehen
sein, die Daten mit nützlichen Zusatzinformationen anzureichen,
zum Beispiel den Abstand des Senders zum eigenen Fahrzeug oder ein
wahrscheinlicher Begegnungszeitpunkt zwischen dem Fahrzeug und einem benachbarten
Fahrzeug. Auch ist es möglich, eine Koordinatentransformation
durchzuführen, um die Positionsinformationen vom absoluten
GPS-Koordinatensystem in ein relatives Koordinatensystem zu überführen.
Die Positionen können beispielsweise anschließend
in beiden Koordinatensystemen präsentiert werden, da für
Verkehrsanwendungen gegebenenfalls die absolute Position interessanter
ist, um eine Zuordnung zu einer Kartenposition zu ermöglichen.
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Ein
weiterer Kern der Erfindung kann darin gesehen werden, dass für
die Vorverarbeitung der Daten ein mehrstufiges Verfahren angewendet
wird. Hierzu werden die Daten in vier (oder mehr) Klassen eingeteilt,
zum Beispiel Infotainment-Daten (grüne Klasse), Mobilitätsdaten
(gelbe Klasse), Fahrerassistenzdaten (orange Klasse) und Sicherheitsdaten
(rote Klasse).
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Im
Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
verschiedene Komponenten eines ITS-Kommunikationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 zeigt
eine Kommunikationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 zeigt
eine Architektur einer ITS-Station.
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4 zeigt
die Klassifikation von C2X-Daten.
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5 zeigt
ein ITS-System in einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die
Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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In
der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen
oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt
verschiedene Komponenten eines ITS-Kommunikationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Bei der ersten Komponente 101 handelt es
sich um ein Mobiltelefon eines ersten Kommunikationsteilnehmers.
Bei der zweiten Komponente 102 handelt es sich um eine Zentrale
mit einem zentralen Server, einem Router und einem Gateway.
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Bei
der dritten Komponente 103 handelt es sich um eine Kommunikationseinrichtung,
die in einem Fahrzeug installiert ist. Bei der vierten Komponente 104 handelt
es sich um eine Infrastruktureinrichtung, die beispielsweise am
Straßenrand oder an einer Brücke installiert ist.
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Sämtliche
Komponenten 101–104 weisen eine oben
und im Folgenden beschriebene Kommunikationseinrichtung zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation
auf. Die Aufteilung kann dem aktuellen Stand der Standardisierung
der ETSI entsprechen.
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2 zeigt
eine Kommunikationseinrichtung 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, die beispielsweise in
einem Fahrzeug installiert ist. Die Kommunikationseinrichtung 100 weist
eine Kommunikationseinheit 101 (fest installiert oder z.
B. in Form eines mit der Datenvorverarbeitungseinheit 105 und/oder
der Steuereinheit 110 verbundenen Mobiltelefons), eine
Datenvorverarbeitungseinheit 105 und eine Steuereinheit 110 auf.
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Die
Kommunikationseinheit 101 ist kabelgebunden und/oder kabellos
an die Datenvorverarbeitungseinheit 105 angeschlossen.
In der Datenvorverarbeitungseinheit werden die empfangenen Daten vorverarbeitet
und dann an die Steuereinheit 110 oder direkt an eine entsprechende
Anwendung (beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem 109)
weitergegeben.
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An
die Steuereinheit 110 und/oder an die Datenvorverarbeitungseinheit 105 sind
eine Fahrzeugsensorik 106, eine Umfeldsensorik 111,
eine Satellitennavigationseinheit 107 (zur Positionsbestimmung),
eine Navigationseinheit 108 sowie ein Fahrerassistenzsystem 109 angeschlossen.
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Es
ist zu beachten, dass die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten
im Fahrzeug (beispielsweise zwischen einzelnen in der 2 dargestellten
Komponenten) kabelgebunden und (in bestimmten Ausführungsbeispielen)
alternativ oder zusätzlich kabellos erfolgen kann.
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Bei
dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug,
wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug,
ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug, oder
beispielsweise um ein Fahrrad.
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Weiterhin
sei darauf hingewiesen, dass im Kontext der vorliegenden Erfindung
GPS stellvertretend für sämtliche globale Navigationssatellitensysteme
(GNSS) steht, wie zum Beispiel GPS, Galileo, GLONASS (Russland),
COMPASS (China), IRNSS (Indien).
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An
dieser Stelle sei weiterhin darauf hingewiesen, dass die Positionsbestimmung
des Fahrzeugs auch über eine Zellpositionierung erfolgen kann.
Dies bietet sich insbesondere bei der Verwendung von GSM- oder UMTS-Netzen
an.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem
Teilnehmer, dem die Kommunikationseinrichtung 100 zugeordnet
ist, um ein Fahrzeug, eine Infrastruktureinrichtung oder ein Mobilfunkgerät.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die
Vorverarbeitung der empfangenen Daten eine Datenreduktion.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die
Vorverarbeitung der empfangenen Daten eine Datenplausibilisierung und/oder
eine Datenkorrektur.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die
Vorverarbeitung der empfangenen Daten eine Datenqualitätsverbesserung.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenvorverarbeitungseinheit 105 zur
Vorverarbeitung der empfangenen Daten auf Basis von Informationen
einer Fahrzeugsensorik 106 und/oder einer Positionsbestimmungseinheit 107 ausgeführt.
Auch können Daten einer Umfeldsensorik 111 hinzugezogen
werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenvorverarbeitungseinheit zur
Vorverarbeitung der empfangenen Daten vor der Zuführung
der Daten an eine lokale dynamische Karte des Teilnehmers ausgeführt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenvorverarbeitungseinheit als
separates Steuergerät 105 ausgeführt.
Die Datenvorverarbeitungseinheit 105 kann aber auch in der
Steuereinheit 110 integriert sein.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenvorverarbeitungseinheit zur
Weitergabe der vorverarbeiteten Daten in zwei verschiedenen Formaten
ausgeführt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenvorverarbeitungseinheit 105 zur
Identifikation von verschiedenen Datenklassen (der empfangenen Daten)
und zur mehrstufigen Datenvorverarbeitung in Abhängigkeit
der identifizierten Datenklasse ausgeführt.
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Für
die Datenreduktion lassen sich beispielsweise folgende Methoden
einsetzen:
- – Objekte, die zu weit
vom eigenen Fahrzeug entfernt sind, werden nicht berücksichtigt
oder nur dann berücksichtigt, wenn sie eine spezielle Situation
signalisieren (zum Beispiel Rettungswagen). Die relevante Entfernung
zu dem Objekt wird dabei durch die eigene Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung
und, falls sinnvoll, die Art der empfangenen Meldung festgelegt.
Als Parameter kann beispielsweise die Zeit bis zum wahrscheinlichen
Erreichen des Fahrzeugs, Objekts oder der Situation verwendet werden.
- – Viele örtliche nahe Objekte mit gleichem
grundsätzlichem Verhalten werden zu einer Situation zusammengefasst.
Beispielsweise kann es sich um einen Stau (aus vielen Fahrzeugen,
die stehen) oder stockendem Verkehr handeln. Auch können
Fahrzeugkolonnen identifiziert werden, die eine bestimmte Kolonnendurchschnittsgeschwindigkeit
auf einer stark befahrenen Straße (anstelle von Einzelfahrzeugen)
aufweisen. Auch können Baustellen, usw. identifiziert werden.
Diese Situationsanalyse kann sich bei Bedarf auf die Situationen
beschränken, die von den nachfolgenden Applikationen weiterverarbeitet
werden. Für die Situationsanalyse kann die Historie der
zu einzelnen Fahrzeugen zugeordneten Informationen genutzt werden.
- – Nur Objekte im eigenen „Bewegungsschlauch” bzw.
Fahrschlauch werden berücksichtigt. Auch ist es möglich,
nur solche Objekte zu berücksichtigen, die in einer vorgegebenen
Zeit dem „Bewegungsschlauch” nahe kommen oder
ihn kreuzen. In die Ermittlung des Bewegungsschlauchs kann dabei
auch die geplante Route eingehen, so dass Informationen auf dieser
Route beachtet werden.
- – Verschiedene Objektinformationen werden zu einer
Aussage (Information) kombiniert (zum Beispiel liegengebliebenes
Fahrzeug aus der Geschwindigkeit, den Warnblinkern, etc., oder Notbremsung
aus hohem Druck im Bremszylinder, Bremsleuchte an und starker Verzögerung,
etc.). Nur diese Aussage wird dann der Anwendung zur Verfügung
gestellt.
- – Teile der übermittelten Informationen werden verworfen,
falls diese Teile aktuell nicht relevant sind und/oder sich nicht
signifikant geändert haben.
- – Die Auflösung der Daten wird reduziert,
wenn die höhere Auflösung nicht relevant ist (zum
Beispiel für die Position bei weiter entfernten Objekten).
- – In Hochlastsituationen werden beispielsweise nur
die kritischen Nachrichten berücksichtigt. Von diesen kritischen
Nachrichten werden nur die nach den oben beschriebenen Kriterien
relevanten Nachrichten weitergegeben.
- – Applikationsspezifische Filter können eingesetzt werden,
so dass zum Beispiel einer nachgeschalteten Applikation (zum Beispiel
Fahrerassistenzsystem) für Blaulichtfahrzeugwarnung nur
Nachrichten von Blaulichtfahrzeugen weitergeleitet werden, wohingegen
in einer anderen Applikation für Stauendewarnung nur die
entsprechend relevanten Informationen weitergeleitet werden.
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Zur
Plausibilisierung und Korrektur der Daten können die folgenden
Verfahren angewendet werden (wobei es sich auch hier nur um Beispiele und
keine abschließende Auflistung handelt):
- – Die
Position des benachbarten Kommunikationsteilnehmers kann in Relation
zur eigenen Position gesetzt werden. Ergeben sich dabei Abstände,
die verhältnismäßig groß sind,
so kann von einem Fehler ausgegangen werden. Vor allem dann, wenn
dieser Abstand nicht zu der Anzahl der Kommunikations-Hops und/oder
der Kommunikationsreichweite passt.
Ein Hop bezeichnet hierbei
die einmalige erneute Aussendung einer Botschaft als Broadcast und damit
die Weiterleitung an andere Objekte (Kommunikationsteilnehmer) außerhalb
der Reichweite des ursprünglichen Senders.
- – Empfangsfehler bzw. Datenfehler können zum Beispiel
modellgestützt korrigiert werden. So kann die Ausrichtung
eines Fahrzeugs aus der Geschwindigkeit und seiner bisherigen Bewegung, etc.
abgeleitet werden. In anderen Worten wird die Historie mitberücksichtigt.
Zustandsgrößen wie Geschwindigkeit, Beschleunigungen,
usw. können sich nur mit bestimmten (sinnvollen) Änderungsraten
verändern.
- – Fahrdynamische Größen inklusive
der Position verschiedener Fahrzeuge können miteinander verglichen
werden und dadurch gegenseitig plausibilisiert werden.
- – Aktionsinformationen (beispielsweise Bremsdruck,
Lenkradwinkel, ...) können mit Reaktionsgrößen
(beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung, Position, ...)
verglichen werden. Dieser Vergleich basiert beispielsweise auf einem bestimmten
Modell und diese Größen können dadurch
gegenseitig plausibilisiert werden.
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Eine
Qualitätsverbesserung kann erzielt werden, indem beispielsweise:
- – die Position der Objekte über
die Zeit gefiltert wird, zum Beispiel mit statistischen Methoden. Dadurch
kann der typische Fehler von GPS über die Zeit verkleinert
werden.
- – die Position der unterschiedlichen Objekte zueinander
geprüft und ebenfalls über die Zeit korrigiert
werden.
- – die empfangene Position mit der Empfangsfeldstärke
korreliert wird.
- – Fahrzeugmodelle bzw. dynamische Modelle eingesetzt
werden, um die Positionen des eigenen Fahrzeugs und der Objekte
im Umfeld zu schätzen und damit fortzuschreiben, um zum
Beispiel eine höhere zeitliche Auflösung zu erhalten.
Dies lässt sich gut mit der Filterung verbinden. Zusätzlich
kann hier auch sogenanntes Dead-Reckoning eingesetzt werden.
- – Verzögerungen (konstant und variabel) zwischen
realer Position und übermittelter GPS-Position können
kompensiert werden. Hierbei können adaptive Verfahren eingesetzt
werden oder eine Identifikation (regelungstechnische Begriffsbedeutung)
der Verzögerung durchgeführt werden. Diese Kompensation
kann sehr gut mit der Filterung und der Fortschreibung kombiniert
werden.
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Die
beschriebenen Verfahren basieren beispielsweise lediglich auf den
Kommunikationsdaten und den Informationen zur Fahrzeugdynamik und GPS-Position
des eigenen Kommunikationsteilnehmers (des eigenen Fahrzeugs). Umfeldsensordaten und
Kartendaten sind hierbei nicht berücksichtigt. Eine solche
Berücksichtigung kann in einem zusätzlichen Schritt
erfolgen (beispielsweise durch eine sogenannte Sensordatenfusion).
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Werden
die Daten zyklisch in festen Zeitabständen weitergereicht,
so kann die Reihenfolge der Botschaften zusätzlich nach
Relevanz sortiert werden. Beispielsweise können Botschaften
mit hoher Relevanz den Anwendungen zuerst übergeben werden.
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Damit
die Datenvorverarbeitung möglichst gut auf die entsprechenden
Anwendungen abgestimmt ist, können die Parameter der Datenvorverarbeitung,
wie zum Beispiel die Zeit bis zum Erreichen des Objekts, durch die
Anwendungen parametriert und gestaltet werden. Ebenso ist es möglich,
dass gewisse Elemente der Datenvorverarbeitung in Abhängigkeit
der tatsächlich verwendeten Anwendungen aktiviert oder
deaktiviert werden.
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Die
beschriebene Datenvorverarbeitung lässt sich beispielsweise
vor der lokalen dynamischen Karte (LDM) der ETSI-Architektur im
Facilities Layer integrieren. Aus baulichen bzw. Positionierungsgründen
ist es auch möglich, die Datenvorverarbeitung nach dem
Facilities Layer stattfinden zu lassen.
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Auch
ist es möglich, dass die Datenvorverarbeitung so gestaltet
ist, dass sie auf einem separaten Steuergerät implementiert
ist.
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Der
ETSI-Nomenklatur folgend ist die beschriebene Datenvorverarbeitung
für sämtliche ITS-Stationen einsetzbar, also sowohl
für die Vehicle Station, als auch für die Personal,
Central oder Roadside Station. Für jede dieser verschiedenen
Stationen ist die Datenvorverarbeitung entsprechend angepasst, da
jeweils unterschiedliche Anwendungsklassen für jede dieser
Stationen typisch sind. Diese Anpassung kann automatisch (beispielsweise
bei Einbau der Kommunikationseinheit in das Fahrzeug/die Infrastruktur)
oder durch eine externe Triggerung (beispielsweise durch nachträgliches
Aufspielen einer entsprechenden Software) erfolgen.
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Als
Schnittstelle zur nächsten Verarbeitungsschicht kann eine
ereignisgesteuerte Datenübertragung verwendet werden. Das
heißt es werden nur dann Daten übermittelt, wenn
vorher definierte Ereignisse stattgefunden haben. Diese Art der
Datenübermittlung bietet sich an, wenn nur Anwendungen
vorliegen, die auf spezielle Ereignisse reagieren, zum Beispiel
Rettungswagen oder liegengebliebene Fahrzeuge. Sind jedoch Anwendungen
vorhanden, die das Umfeld komplett analysieren und daraus ihre Schlüsse
ziehen oder findet eine Sensorfusion mit Umfeldsensoren statt, so
bietet es sich an, die Daten kontinuierlich zu versenden.
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In
Abhängigkeit der Anwendungen und den von den Anwendungen
geforderten Reaktionszeiten ist die maximale Verzögerung
(Delay) durch die Datenvorverarbeitung zu bestimmen. Vor allem bei
Filterungen, etc. kann durch eine etwas größere
Verzögerung eine bessere Güte der dann übermittelten
Daten erreicht werden. Diese Verzögerung ist aber bei sicherheitskritischen
Informationen und Anwendungen häufig nicht tolerierbar.
Gegebenenfalls kann das System so ausgeführt sein, zwei
oder mehr Repräsentationen der Daten zur Verfügung
zu stellen, mit unterschiedlichen Verzögerungen, usw. Diese
unterschiedlichen Repräsentationen können dabei
reine Software sein (also unterschiedliche API-Aufruf oder unterschiedliche
Speicherbereiche bei gemeinsamen Speicherbereichen) oder aber wirklich
getrennte Signalausgänge aus der Datenvorverarbeitung.
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Da
jeder Dateneingang von außen ein potentielles Sicherheitsrisiko
(Security Risk) darstellt, kann in der Datenvorverarbeitung auch
eine Firewall bzw. ein Schutz vor Viren (um auf Analogien aus der
Computerwelt zurückzugreifen) integriert sein. So können die
Eingangsdaten nach einer formalen Überprüfung, die
die Einhaltung von grundlegenden Regeln, wie Datenmenge, Wertebereich,
usw. auf gewisse Muster analysiert werden. Hierbei kann es sich
um einen sogenannten Behavioral Filter handeln. Diese Sicherheitsschicht
kann rein auf inhaltliche Attacken achten. Kryptographische Verfahren
müssen hier nicht durchgeführt werden. Diese können
in der vorherigen Verarbeitungsschicht erfolgen.
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Durch
den Einsatz der beschrieben Datenvorverarbeitung bei C2X ist weniger
Rechenleistung und Speicher für die eigentlichen Anwendungen
notwendig, da diese nur noch die relevanten Objekte und Situationen
betrachten müssen.
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3 zeigt
eine mögliche Architektur einer ITS-Station, beispielsweise
nach aktuellem Stand der Standardisierung bei ETSI. Es ist eine
Managementeinheit 301 vorgesehen. Weiterhin weist die ITS-Station
Anwendungen 302 (beispielsweise zur Straßensicherheit,
Verkehrseffizienz, usw.), Facilities 303, eine Netzwerk-
und Transporteinheit 304 sowie eine Zugriffseinheit 305 auf.
Darüber hinaus ist eine Sicherheitseinheit 306 vorgesehen.
Sämtliche Einheiten können direkt mit der Managementeinheit 301 kommunizieren.
Die Einheiten 302–305 können
jeweils mit der Managementeinheit 301 und mit der Sicherheitseinheit 306 sowie
untereinander kommunizieren.
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Die
Zugriffseinheit 305 (Kommunikationsmodul 101 der 2)
kann mit externen Einheiten drahtlos kommunizieren.
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Werden
die empfangenen Daten bei der Datenvorverarbeitung in mehrere Klassen
eingeteilt, so können diese Klassen den jeweils typischen
Anwendungen entsprechen, für welche diese Daten interessant
sind. Die Bereichsgrenzen sind dabei flexibel und situationsabhängig.
Die Einteilung der Daten in diese Klassen erfolgt nach unterschiedlichen
Kriterien, wobei die Klassen unterschiedlich stark geprüft und
vorverarbeitet werden können. So wird die grüne Klasse
der Infotainment-Daten nur sehr wenig vorverarbeitet, wohingegen
die Sicherheitsdaten sehr stark vorverarbeitet (also geprüft,
validiert, usw.) werden.
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Durch
diese unterschiedliche Verteilung von Rechenzeit auf die unterschiedlichen
Bereiche kann bei vorgegebener Gesamtrechenzeit sichergestellt werden,
dass sicherheitskritische Informationen die entsprechende Beachtung
und damit Rechenzeit zugesprochen bekommen.
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Die
Sortierung in die Klassen kann dabei nach einem einfachen Schema
erfolgen:
- – Anhand einfacher Kriterien
wird die erste Klasse (grün) vom Rest getrennt.
- – Im nächsten Schritt werden zusätzliche
Kriterien verwendet, um die nächste Klasse (gelb) vom verbleibenden
Rest zu trennen.
- – So geht es weiter, bis schließlich alle
Objekte einer Klasse zugeordnet sind.
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Zusätzlich
können auf diese Weise Zusatz(meta)daten generiert werden,
die nicht direkt übertragen wurden, aber aufgrund der Beziehung
der Daten zueinander oder der Historie der Daten ermittelt werden
können. Weiterhin werden Daten zusammengefasst, also zum
Beispiel mehrere Fahrzeuge zu der Information „Stau”.
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Um
sicherzustellen, dass sicherheitskritischen Objekten auch auf jeden
Fall genug Aufmerksamkeit (also beispielsweise Rechenzeit) geschenkt wird,
kann das oben gezeigte Schema auch leicht abgewandelt werden:
- – Im letzten Verarbeitungsschritt
werden die sicherheitskritischen Objekte (Klassen rot und orange)
zuerst bearbeitet, die schon im vorhergehenden Verarbeitungsschritt
sicherheitskritisch waren.
- – Anschließend wird mit einfachen Verfahren (zum
Beispiel Abstand zum eigenen Fahrzeug, Time to Collision, usw.)
nach potentiellen weiteren sicherheitskritischen Objekten (Klassen
rot und orange) gesucht.
- – Diese Objekte werden nun komplett vorverarbeitet
(also validiert, geprüft, Zusatzdaten generiert, usw.).
- – Anschließend erfolgt die Sortierung nach
dem obigen ersten Schema.
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Zusätzlich
kann vorgesehen sein, die Bereiche grün und gelb mit Hardware
und/oder Software zu bearbeiten, die nicht nach Sicherheitsstandard ausgelegt
ist. Die zusätzlichen Vorverarbeitungsschritte für
die Klassen orange und vor allem rot werden hingegen mit Software
und/oder Hardware durchgeführt, die Sicherheitsstandards
(ASIL-Bewertung) entsprechen.
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Es
bietet sich an, für die Vorverarbeitung nach Sicherheitsstandards
auf bekannte Hardware und/oder Software zurückzugreifen,
also zum Beispiel auf Prozessoren und Betriebssysteme bzw. Softwaremodule
für ESP-Systeme.
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Beispielsweise
kann eine Recheneinheit aus bekannten Systemen, wie zum Beispiel
ESP (also zum Beispiel die Dual Core CPU von Continental) verwendet
werden und damit die notwendige Leistungsfähigkeit des
Systems (vor allem in Bezug auf Sicherheit/Safety) erzielt werden.
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4 zeigt
die Klassifizierung von C2X-Daten in eine grüne, gelbe,
orange und rote Kategorie bzw. Klasse. Bei der grünen Kategorie 406 handelt
es sich um sogenannte Unterhaltungsdaten (Infotainment Data), die
beispielsweise von Infrastruktureinrichtungen übermittelt
werden. Bei der gelben Klasse 407 handelt es sich um Mobilitäts-Assistenzdaten, bei
der orangen Klasse 408 um Fahrerassistenzdaten und bei
der roten Klasse 409 um sogenannte Sicherheitsdaten.
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Die
Sicherheitsdaten werden dem Fahrzeug 401, das sich in Richtung
einer Kreuzung bewegt, aus dem näheren Umfeld 410 des
Fahrzeugs von einem sich ebenfalls der Kreuzung nähernden,
zweiten Fahrzeug 402, einem entgegenkommenden Fahrzeug 403, einem
folgenden Fahrzeug 404 und einer Ampelanlage 405 übermittelt.
Die als rot klassifizierten Daten werden bevorzugt behandelt, so
dass das Fahrerassistenzsystem damit versorgt werden kann, ohne
dass hierfür Zeit verschenkt wird. Die Mobilitätsassistenzdaten
werden dem Fahrzeug 401 aus dem Bereich 411 übermittelt.
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5 zeigt
ein ITS-System, das in einem Fahrzeug eingebaut ist. Das ITS-System
weist eine ITS-Antenne 501 auf (DSRC, GPS, Cell), die der Kommunikationseinheit 101 der 2 entspricht.
Die von der Antenne empfangenen Daten können dem ITS-Sensor 502 übermittelt
werden. Der Sensor 502 weist eine erste Vorverarbeitungsstufe 503 mit
DSRC ITS Facilities Pre-Processing (also eine Datenvorverarbeitungseinheit 105)
auf. Die in einem ersten Schritt vorverarbeiteten Daten werden dann
einer Steuereinheit 504 übergeben, welche über
eine CAN-Interface und/oder ein sogenanntes Flex Ray Interface mit
den übrigen Fahrzeugkomponenten 505 gekoppelt
ist. Die Steuereinheit 504 entspricht einem höheren
Sicherheitsniveau (Safety, ASIL-Level) als der ITS-Sensor. In der
Steuereinheit 504 werden dabei die Sicherheitskritischen
Schritte der Vorverarbeitung durchgeführt.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt 601 werden
Botschaften (Daten) von einem benachbarten Fahrzeug empfangen und
in Schritt 602 der Datenvorverarbeitungseinheit übergeben.
Hier werden die Daten in Schritt 603 in verschiedene Klassen
eingeteilt und in Schritt 604 einer klassenangepassten
Plausibilisierung, Qualitätsuntersuchung, gegebenenfalls
Korrektur und Datenreduktion unterworfen. In Schritt 605 werden
die so vorverarbeiteten Daten dann an die entsprechende Fahrzeuganwendung übergeben.
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Ergänzend
sei darauf hingewiesen, dass „umfassend” oder „aufweisend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine
Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass
Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele angegeben sind, auch in Kombination
mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener
Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen
anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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