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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen des Verhaltens einer autonomen Fahrzeug-Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs an ein Benutzerprofil. Zudem betrifft die Erfindung eine automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung. Überdies betrifft die Erfindung ein autonom gesteuertes Fahrzeug.
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Sowohl bei der Steuerung von Kraftfahrzeugen als auch bei der Steuerung von Eisenbahnzügen nimmt der Automatisierungsgrad weiter zu. Dies betrifft insbesondere die horizontale Bewegung der Eisenbahnzüge sowie die horizontale und laterale Bewegung von Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr. Bisher werden im Straßenverkehr bereits teilautomatisierte Steuerungs- und Lenksysteme, wie z.B. so genannte Spurhaltesysteme, Abstandshaltesysteme, Stauassistenzsysteme, Parkassistenzsysteme und Systeme zum automatisierten Ausweichen gegenüber Fußgängern und Radfahrern, serienmäßig eingesetzt.
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Im Zuge der Weiterentwicklung der autonomen Steuerungssysteme wird die Steuerung der Fahrzeugbewegungen Schritt für Schritt vom Fahrzeugführer auf ein System aus Fahrzeugsteuerung und Infrastruktursteuerung übertragen. Dabei ist das Verhalten der jeweiligen automatisierten Steuerung durch den Fahrzeugführer nur bedingt beeinflussbar, was auch durchaus im Sinne dieser Entwicklung ist, da ja durch die automatisierte Steuerung der Fahrzeuge Fehler durch den Fahrer vermieden werden sollen.
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Allerdings besteht im Alltag trotzdem ein Interesse des Fahrzeugführers an einer individuelleren Ausgestaltung eines in seinem Fahrzeug installierten Systems zur automatischen Steuerung. Beispielsweise bestehen auch innerhalb der jeweils gültigen Normen und Standards, wie z.B. die StVO im Straßenverkehr, mögliche Variationen bei der Steuerung von Fahrzeugen. Zum Beispiel bevorzugt ein bestimmter Fahrer einen eher defensiven Fahrstil, bei dem eine Beschleunigung im Rahmen einer Änderung der Bewegung des Fahrzeugs eher niedrig ausfallen soll, und ein anderer Fahrer weist eher einen offensiven Fahrstil auf, bei dem ein höherer Beschleunigungswert bevorzugt ist. Bei Bahnsystemen kann die gewünschte Beschleunigung z.B. von einer Ausgestaltung eines Fahrplans und den Komfortansprüchen abhängen, so dass auch in diesem Bereich individuell angepasste Beschleunigungswerte vorteilhaft sein können.
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Zwar lassen sich herkömmlich in automatisierten Steuerungssystemen einzelne Parameter, wie z.B. ein Mindestabstand eines Abstandskontrollsystems oder Zugfolgeabstände, durch den Benutzer bzw. Betreiber festlegen, jedoch ist bisher eine stetige oder gar vollständig individuell programmierbare Anpassung nicht möglich.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine individuelle und weitgehend automatisierte Anpassung einer automatisierten Steuerung eines Fahrzeugs an ein individuelles Fahrprofil zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Anpassen des Verhaltes einer autonomen Fahrzeug-Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs an ein Benutzerprofil gemäß Patentanspruch 1, eine automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung gemäß Patentanspruch 11 sowie ein autonom gesteuertes Fahrzeug gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Anpassen des Verhaltens einer autonomen Fahrzeug-Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs an ein Benutzerprofil werden zunächst in einem aktiven Fahrmodus, in dem mindestens ein Fahrzeugführer ein Fahrzeug aktiv steuert, individuelle Fahrdaten, betreffend das Fahr- und Steuerverhalten des mindestens einen Fahrzeugführers erfasst. Als autonome Fahrzeug-Steuerungseinrichtung sollen in diesem Zusammenhang sowohl teilautonome Fahrzeug-Steuerungseinrichtungen, wie z.B. Fahrspurhalteassistenzsysteme, automatisierte Einparksysteme, automatisierte Abstandshaltesysteme und ähnliches, als auch vollautomatisierte Fahrzeugsteuerungen, welche völlig ohne Eingreifen eines Fahrzeugführers ein Fahrzeug steuern können, verstanden werden. Unter einem aktiven Steuern eines Fahrzeugs durch den Fahrzeugführer soll verstanden werden, dass der Fahrzeugführer das Fahrverhalten des Fahrzeugs, beispielsweise durch direktes Bedienen von Steuereinheiten, aktiv bestimmt, also insbesondere die Fahrdynamik sowie gegebenenfalls, d.h. im Fall von Straßenfahrzeugen, auch die Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs selbst bestimmt. Ein Verfahren zum Erfassen von Fahrdaten eines individuellen Fahrzeugführers ist z.B. in
Chenyi Chen et al.:"Deep Driving: Learning Affordance for Direct Perception in Autonomous Driving", Princeton University, http://deepdriving.cs.princeton.edu/paper.pdf beschrieben.
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Die Fahrdaten umfassen protokollierte Informationen über das Fahrverhalten eines Fahrzeugs, wie z.B. einen Fahrweg bzw. eine oder mehrere von einem Fahrzeug gefahrene Trajektorien, Positionen, Datum und Tageszeit, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, das Lenkverhalten in aufgezeichneten Verkehrssituationen, in denen es von einem bestimmten Fahrzeugführer gesteuert wird, und vorzugsweise auch erfasste Daten betreffend im Umfeld des Fahrzeugs auftretende Objekte und andere Verkehrsteilnehmer und eventuell auch deren Fahr- bzw. Bewegungsmuster, welche wertvolle Information hinsichtlich der Umstände einer bestimmten Verkehrssituation geben können und damit Rückschlüsse auf Verhaltensmuster des Fahrzeugführers in bestimmten Situationen zulassen. Auf Basis der individuellen Fahrdaten wird ein individuelles Fahrprofil erzeugt, das ein charakteristisches Verhalten des mindestens einen Fahrzeugführers in spezifischen Verkehrssituationen beschreibt. Ein solches Fahrprofil ermöglicht eine gewisse Abstraktion bzw. Verallgemeinerung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugführers von seinem Verhalten bei dem Befahren einer bestimmten Strecke zu einem bestimmten Zeitpunkt. Vielmehr wird im Rahmen der Erstellung eines Fahrprofils versucht, allgemeine Verhaltensmuster des Fahrzeugführers bei dem Steuern des Fahrzeugs zu ermitteln und zu quantifizieren. Schließlich erfolgt in einem autonomen Fahrmodus ein automatisiertes Steuern eines Fahrzeugs auf Basis des individuellen Fahrprofils. Vorteilhaft kann das Fahrverhalten eines autonom gesteuerten Fahrzeugs an ein Fahrverhalten des Fahrzeugführers angepasst werden. Dies erfolgt direkt durch das Aufzeichnen und Auswerten des Fahrverhaltens des Fahrzeugführers. Eine manuelle Einstellung einzelner Parameter der automatisierten Steuerung des Fahrzeugs ist nicht notwendig, so dass die Anpassung der Steuerung an das individuelle Fahrverhalten des Fahrzeugführers vereinfacht und auch genauer ist, da die Anpassung direkt auf der Basis von Messwerten erfolgt und nicht z.B. auf Basis der Selbsteinschätzung des Fahrzeugführers selbst.
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Die erfindungsgemäße automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung weist eine Fahrdaten-Erfassungseinheit zum Erfassen von individuellen Fahrdaten, betreffend das Fahr- und Steuerverhalten von mindestens einem Fahrzeugführer auf. Sie umfasst zudem eine Fahrprofil-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines individuellen Fahrprofils auf Basis der individuellen Fahrdaten, welche ein charakteristisches Verhalten des mindestens einen Fahrzeugführers in spezifischen Verkehrssituationen beschreiben. Teil der erfindungsgemäßen automatisierten Fahrzeug-Steuerungseinrichtung ist auch eine autonome Steuerungseinheit zum automatisierten Steuern des Fahrzeugs auf Basis des individuellen Fahrprofils.
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Das erfindungsgemäße autonom gesteuerte Fahrzeug weist Sensoren zum Erfassen der Umgebung des Fahrzeugs und eine erfindungsgemäße automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung auf. Die Sensoren können sowohl zum Aufzeichnen der Fahrdaten des Fahrzeugführers im aktiven Fahrmodus genutzt werden als auch zum Erfassen von Fahrdaten und Umgebungsdaten bei dem autonomen Steuern des Fahrzeugs mit Hilfe der automatisierten Fahrzeug-Steuerungseinrichtung.
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Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen automatisierten Fahrzeug-Steuerungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Fahrdaten-Erfassungseinheit, die Fahrprofil-Erzeugungseinheit und die autonome Steuerungseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen zwischen einzelnen Einheiten, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher einer Fahrzeug-Steuerungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung ausgeführt wird.
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Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die individuellen Fahrdaten mit Hilfe von Sensoren des Fahrzeugs und/oder einer das Fahrzeug umgebenden Infrastruktur erfasst. Die Sensoren können z.B. Drehgeber zur Ermittlung von Fahrgeschwindigkeiten, Beschleunigungsmesser zur Ermittlung von Querbeschleunigungen, Lenksensoren zum Ermitteln eines Lenkwinkels, Positionsermittlungssensoren, wie z.B. GPS-Empfänger oder auch infrastrukturseitig angeordnete Positionsermittlungseinheiten, z.B. basierend auf einer optischen Erfassung des Fahrzeugs, umfassen. Mit Hilfe der Sensoren können aktuelle und exakte Informationen sowohl hinsichtlich des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs als auch über die aktuelle Umgebung bzw. Verkehrssituation, in der sich das Fahrzeug befindet, gewonnen werden und diese Informationen bei der Erzeugung eins individuellen Fahrprofils mit berücksichtigt werden.
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Besonders bevorzugt werden die individuellen Fahrdaten mit Hilfe eines Fahrsimulators erfasst, welcher von dem mindestens einen Fahrzeugführer betätigt wird. Bei dieser Variante werden die Fahrdaten also nicht mit einem automatisiert gesteuerten Fahrzeug selbst ermittelt, sondern getrennt in einem Fahrsimulator, in dem ein einzelner Fahrzeugführer oder auch eine Gruppe von Fahrzeugführern simulierte Strecken abfahren und dabei deren Fahrverhalten aufgezeichnet und ausgewertet wird. Das aus diesen Daten ermittelte Fahrprofil wird anschließend auf ein oder mehrere automatisiert gesteuerte Fahrzeuge übertragen, so dass diese entsprechend dem Fahrprofil der vorab in dem Fahrsimulator tätigen Fahrzeugführer autonom gesteuert werden können.
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In einer besonders effektiven Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das individuelle Fahrprofil Präferenzen des mindestens einen Fahrzeugführers bezüglich einer Reaktion in spezifischen Verkehrssituationen. Dabei betrifft die Reaktion des Fahrzeugführers vorzugsweise die Fahrdynamik sowie die Geschwindigkeit und/oder das Ausmaß einer Richtungsänderung in Antwort auf die jeweilige Verkehrssituation. Auf diese Weise kann ein Fahrverhalten eines bestimmten Fahrzeugführers oder auch einer Gruppe von Fahrzeugführern mit bestimmten Verkehrssituationen korreliert werden und somit verallgemeinert werden. D.h., eine spezifische Reaktion eines Fahrzeugführers kann auch auf ähnliche Verkehrssituationen wie die bei der Aufzeichnung auftretenden Verkehrssituationen übertragen werden.
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Besonders bevorzugt umfasst die Fahrdynamik eine Beschleunigung in spezifischen Verkehrssituationen. Unter einer Beschleunigung soll in diesem Zusammenhang sowohl eine Beschleunigung mit positiven Beschleunigungswerten als auch eine Beschleunigung mit negativen Beschleunigungswerten, also ein Abbremsen verstanden werden. Es soll darunter auch eine Beschleunigung in Fahrtrichtung, aber auch eine Querbeschleunigung verstanden werden. Erfindungsgemäß können also die auftretenden Beschleunigungskräfte an eine individuelle Präferenz eines Fahrzeugführers angepasst werden, so dass je nach Persönlichkeit des Fahrzeugführers jeweils ein Optimum an Wohlgefühl während einer automatisiert gesteuerten Fahrt erzielt wird.
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Das individuelle Fahrprofil kann sowohl auf ein einzelnes Fahrzeug als auch auf eine Mehrzahl von automatisiert gesteuerten Fahrzeugen übertragen werden. Beispielsweise kann ein Fahrprofil, welches anhand eines Fahrzeugführers erstellt wurde, hinsichtlich bestimmter Zielstellungen optimiert sein. Diese Zielstellungen können z.B. eine Zeitersparnis oder eine Energieersparnis betreffen. Ein derartig angepasster Fahrstil kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Vielzahl von Fahrzeugen übertragen werden, ohne dass die einzelnen Fahrzeuge einzeln vorab gefahren oder eingestellt werden müssen.
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Umgekehrt können auch eine Mehrzahl von individuellen Fahrprofilen auf ein automatisiertes Steuerungssystem eines einzelnen Fahrzeugs übertragen werden, wobei ein Fahrzeugführer aus den einzelnen Fahrprofilen ein ihm geeignet erscheinendes Fahrprofil auswählen kann. Werden z.B. verschiedene Fahrprofile, welche hinsichtlich unterschiedlicher Zielstellungen optimiert wurden, zur Verfügung gestellt, so kann ein und derselbe Fahrzeugführer je nach Zweck und Umständen seiner Fahrt ein unterschiedliches Fahrprofil auswählen, welches ihm jeweils am geeignetsten erscheint.
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Zusätzlich kann das automatisierte Steuern des Fahrzeugs auf Basis von Sensordaten von Sensoren des Fahrzeugs und/oder der das Fahrzeug umgebenden Infrastruktur erfolgen. Diese Sensordaten werden benötigt, damit die automatisierte Steuerungseinrichtung sich ein Bild von der aktuellen Umgebung und Verkehrssituation machen kann und eine geeignete Reaktion unter Berücksichtigung eines Fahrprofils ermitteln kann.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem automatisiert gesteuerten Fahrzeug um ein Schienenfahrzeug oder ein Straßenfahrzeug, besonders bevorzugt um ein elektrifiziertes Lastkraftfahrzeug. Gerade Lastkraftwagen müssen oft über lange Zeit mit relativ gleichförmiger Geschwindigkeit lange Strecken zurücklegen, so dass gerade für diese Fahrzeuge automatisierte Steuerungen besonders geeignet sind, um den Fahrzeugführer zu entlasten und ein vorzeitiges Ermüden zu verhindern. Mithin werden die Verkehrssicherheit und der Komfort bei längeren Fahrten verbessert.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Anpassen des Verhaltens einer autonomen Fahrzeug-Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs an ein Benutzerprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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2 eine schematische Darstellung einer automatisierten Fahrzeug-Steuerungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine Darstellung eines elektrifizierten Lastkraftwagens mit einer Fahrzeug-Steuerungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Flussdiagramm 100 gezeigt, welches ein Verfahren zum Anpassen des Verhaltens einer autonomen Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 (siehe 2, 3) eines Fahrzeugs 4 (siehe 3) an ein Benutzerprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht. Bei dem Schritt 1.I werden in einem Fahrzeug 4 in einem aktiven Fahrmodus, in dem ein Fahrzeugführer sein Fahrzeug 4 selbsttätig steuert, zunächst individuelle Fahrdaten FD von einer autonomen Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 erfasst. Diese Fahrdaten FD können z.B. von Sensoren an dem Fahrzeug 4 erfasst und an die autonome Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 übermittelt werden. Die Fahrdaten FD können auch, wie in 3 gezeigt ist, von Kamerasystemen 34 an der Infrastruktur, in diesem Fall an den Strommasten 45 einer Oberleitung 50, mit der das betreffende Fahrzeug 4 mit elektrischer Energie versorgt wird, erzeugt werden. Wie in 3 zu erkennen ist, werden von den Kamerasystemen 34 von dem Fahrzeug 4 aufgenommene Bilddaten BD durch eine Auswerteeinheit 35 in Positionsdaten PD des Fahrzeugs 4 umgerechnet und über ein Sende-/Empfangssystem 36, 40 an das Fahrzeug 4 übermittelt. Dort werden die Positionsdaten PD an die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 übermittelt.
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Bei einem Schritt 1.II werden die Fahrdaten FD, dahingehend ausgewertet, dass Positionsdaten, Geschwindigkeitsdaten und Beschleunigungsdaten daraus ermittelt werden und daraus ein charakteristisches Verhalten des Fahrzeugführers abgeleitet wird. Es wird z.B. ermittelt, dass der Fahrzeugführer in einem bestimmten Streckenabschnitt, beispielsweise vor einer Bergkuppe, besonders stark abbremst oder allgemein eher sanft beschleunigt, einen großen Abstand zu vor ihm fahrenden Fahrzeugen einhält und vorrausschauend bzw. frühzeitig abbremst, falls ein Hindernis auftritt oder das vor ihm fahrende Fahrzeug aus irgendeinem Grund anfängt langsamer zu werden. Zudem wird das Verhalten des Fahrers beim Fahren von Kurven ermittelt. Dies kann z.B. die Frage betreffen, ob der Fahrer z.B. beim Einfahren in eine Kurve relativ früh bremst und welche maximalen Seitenkräfte beim Kurvenfahren auftreten. Weiterhin wird auch das typische Verhalten des Fahrers betreffend seine Position relativ zu einer Fahrspur ermittelt, also ob er sich eher in der Mitte der Fahrspur oder rechts oder links in der Fahrspur aufhält. Aus den genannten Daten wird ein Fahrprofil FP erstellt, welches in Zukunft von einer automatisierten Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 genutzt werden kann, um die Fahrweise des betreffenden Fahrzeugführers nachzuahmen.
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Schließlich wird bei einem Schritt 1.III in einen automatisierten Steuerungsmodus gewechselt und das Fahrzeug 4 wird von der automatisierten Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 unter Anwendung des ermittelten Fahrprofils FP gesteuert.
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In 2 ist eine automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 umfasst eine Sensordateneingangsschnittstelle 21, welche Sensordaten SD von unterschiedlichen Sensoren (nicht gezeigt) empfängt, die an dem Fahrzeug 4 (siehe 3) verteilt sind, welches die automatisierte Steuerungseinrichtung 20 umfasst. Weiterhin weist die automatisierte Steuerungseinrichtung 20 eine Infrastrukturdateneingangsschnittstelle 22 auf, welche Infrastrukturdaten ID, z.B. die im Zusammenhang mit 1 genannten Positionsdaten, welche mit Hilfe einer infrastrukturseitig angeordneten Kamera 34 (siehe 3) ermittelt wurden, empfängt. Die empfangenen Daten SD, ID werden an eine Fahrdaten-Ermittlungseinheit 23 übermittelt, welche auf Basis der genannten Daten SD, ID individuelle Fahrdaten FD, betreffend das Fahr- und Steuerverhalten des aktuellen Fahrzeugführers ermitteln. Die ermittelten Fahrdaten FD werden an eine Fahrprofil-Erzeugungseinheit 24 übertragen, welche auf deren Basis ein individuelles Fahrprofil FP ermittelt, das ein charakteristisches Verhalten des Fahrzeugführers in spezifischen Verkehrssituationen abbildet. Das Fahrprofil FP wird an eine autonome Steuerungseinheit 25 übermittelt, die das Fahrzeug (siehe 3) in einem autonomen Fahrmodus auf Basis des individuellen Fahrprofils FP steuert. Hierzu übermittelt die automatisierte Steuerungseinheit 25 Steuerungsdaten STD über eine Ausgabeschnittstelle 26 an anzusteuernde Einheiten, wie z.B. eine Lenkeinheit, eine Bremseinheit oder eine Motorsteuerung des Fahrzeugs.
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In 3 ist ein Abschnitt eines elektrifizierten Transportsystems 30 mit einem elektrifizierten Lastkraftwagen 4 mit einer Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der elektrifizierte Lastkraftwagen 4 bezieht seine elektrische Energie über eine Oberleitung 50. Die Oberleitungsanlage 50 weist als Hin- und Rückleiter (in der Seitenansicht ist nur ein Fahrdraht 52 zu erkennen) ausgebildete Fahrdrähte 52 auf, die über einer Fahrspur einer Fahrbahn 42 parallel zueinander verlaufen. Hierzu weist die Oberleitungsanlage 50 seitlich der Fahrspur aufgestellte Masten 45 auf, von welchen Ausleger (nicht gezeigt) seitlich über eine Fahrspur der Fahrbahn 42 ragen. Über der Fahrspur verlaufen ferner zwei Tragseile 53, die von den Auslegern gestützt werden und zwischen diesen kettenlinienförmig durchhängen. An jedem Tragseil 53 hängt je ein Fahrdraht 52 an einer Vielzahl von Hängerseilen 54, deren Längen mit zunehmender Entfernung von den Auslegern abnehmen, damit eine annähernd konstante Fahrdrahthöhe über der Fahrbahn 42 eingestellt werden kann.
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Das Fahrzeug 4 weist einen Stromabnehmer 39 auf. Die Positionsermittlung des Fahrzeugs 4 sowie eine seitliche Nachführung des Stromabnehmers 39 erfordern eine verlässliche Ermittlung der Relativlage des Fahrzeugs 4 zu einem festen Bezugspunkt. Für die Detektion und Ermittlung der Relativlage des Fahrzeugs 4 ist in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine stationäre Positionsermittlungseinrichtung 33 vorgesehen. Die stationäre Positionsermittlungseinrichtung 33 umfasst eine Detektorvorrichtung 34, in diesem Ausführungsbeispiel ein Videodetektor 34. Der Videodetektor 34 ist hierfür zur Aufnahme von Videobildern BD der Frontseite 48a, bzw. zu der Vorderseite Kabine 48 des elektrischen Fahrzeugs 4 ausgerichtet. Die Positionsermittlungseinrichtung 33 weist zusätzlich zu dem Videodetektor 34 auch eine als Auswertungseinheit ausgebildete Relativpositions-Ermittlungseinheit 35 auf, welche auf Basis der von dem Videodetektor 34 erfassten Bilddaten BD eine Relativ-Position des elektrischen Fahrzeugs 4 zu dem Videodetektor 34 umfassende Positionsdaten PD ermittelt. Der Videodetektor 34 kann als Stereokamera zur Aufnahme von 3D-Bildern oder als Laufzeitkamera zur Abstandsmessung zwischen dem Videodetektor 34 und einem elektrischen Fahrzeug 4 ausgebildet sein. Der Videodetektor 34 kann eine nicht dargestellte Belichtungseinheit aufweisen, die zur Aussendung von Infrarotlicht in Richtung einer Erfassungsachse des Videodetektors 34 ausgebildet ist. In dieser Variante kann der Videodetektor 34 selbst auch als Infrarotdetektor ausgebildet sein, welcher auch bei Dunkelheit problemlos funktioniert.
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Es kann auch zusätzlich eine Reflexionsfläche an der Frontseite des elektrischen Fahrzeugs 4 ausgebildet sein. Entsprechend ist die Erfassungsachse des Videodetektors 34 in Fahrtrichtung V oder in einem spitzen Winkel zu dieser ausgerichtet, so dass von der Reflexionsfläche reflektiertes Licht, beispielsweise Tageslicht, Licht von Fahrzeugscheinwerfern oder Infrarotlicht einer Belichtungseinheit des Videodetektors 34, vom Videodetektor 34 aufgenommen wird.
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Die von der Auswerteeinheit 35 ermittelten Positionsdaten PD werden mit Hilfe einer Sendeeinheit 36 an eine Empfangseinheit 40 des elektrifizierten Fahrzeugs 4 übermittelt. Von der Empfangseinheit 40 werden die Positionsdaten PD an eine automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung übermittelt. Die automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 weist in diesem konkreten Ausführungsbeispiel neben der Steuerung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und dessen Geschwindigkeit auch eine Funktion zur Positionierung des Stromabnehmers 39 des Fahrzeugs 4 auf. Weicht das Fahrzeug 4 z.B. in Querrichtung von einer Position direkt unterhalb der Fahrdrähte 52 ab, so kann entweder diese Abweichung durch eine Korrektur der Position des Fahrzeugs 4 in Querrichtung kompensiert werden oder es wird die Position des Stromabnehmers 39 in Querrichtung angepasst. Letzteres kann z.B. sinnvoll sein, wenn der Fahrer des Fahrzeugs 4 bewusst von der Ideallinie abweichen will, um z.B. eine bessere Sicht an vor ihm fahrenden Fahrzeugen vorbei zu haben oder einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu einem neben ihm fahrenden Fahrzeug einhalten zu können. Auch ein solcher Versatz kann individuell vom Fahrer abhängig sein und in einem Fahrprofil gespeichert sein.
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Die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 nutzt in diesem Ausführungsbeispiel also das Fahrprofil des Benutzers nicht nur zur Anpassung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs 4 in Längsrichtung, sondern auch in Querrichtung. Um trotzdem einen Kontakt zu den Fahrdrähten 52 zu behalten, wird von der Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 gleichzeitig der Stromabnehmer in Querrichtung derart automatisiert gesteuert, dass dieser weiterhin in elektrischer Verbindung mit den Fahrdrähten bleibt. Hierfür nutzt die Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 die erhaltenen Positionsdaten PD also nicht nur zur Steuerung der Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs, sondern auch zusätzlich zur Positionierung des Stromabnehmers.
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Der Stromabnehmer 39 des Fahrzeugs 4 weist zwei Tragarme 39a auf, die eine Wippenanordnung 47 mit Schleifleisten 47a tragen. Die Tragarme 39a sind fahrzeugseitig um horizontale Achsen drehbar gelagert, wodurch die Wippenanordnung 47 mittels einer nicht dargestellten Hubeinrichtung zwischen einer unteren Ruheposition, in der der Stromabnehmer 39 über der Fahrerkabine 48 abgelegt ist, und einer oberen Arbeitsposition, in der die Schleifleisten 47a die Fahrdrähte 52 kontaktieren, anheb- und absenkbar ist. Ferner sind die Tragarme 39a fahrzeugseitig um vertikale Achsen drehbar gelagert, wodurch die Wippenanordnung 47 mittels nicht dargestellter Stellantriebe seitlich, also quer zu einer Fahrtrichtung V des Fahrzeugs 4, verschwenkbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Wippenanordnung 47 bei seitlichen Fahrungenauigkeiten innerhalb der Fahrspur der Fahrbahn 42 derart nachzustellen, dass die Schleifleisten 47a den Schleifkontakt zu den Fahrdrähten 52 und damit die Energieeinspeisung aufrechterhalten.
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Hierzu berechnet die automatisierte Fahrzeugsteuerungseinheit 20 auf Basis der erhaltenen Positionsinformationen PD sowie aus der aktuellen Stellung der Wippenanordnung 47 eine Stellgröße für die Stellantriebe derart, dass die Schleifleisten 47a innerhalb ihres Arbeitsbereiches die Fahrdrähte 52 kontaktieren. Hierzu ist die automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 mit den Stellantrieben verbunden, um an diese ein der berechneten Stellgröße entsprechendes Steuersignal zu übertragen. Die Stellantriebe verschwenken die Wippenanordnung 47 durch Drehung der Tragarme 39a um deren vertikale Achsen.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurde die automatisierte Fahrzeug-Steuerungseinrichtung 20 in erster Linie anhand einer Anwendung zur Steuerung eines Fahrzeugs im Straßenverkehr erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung im Straßenverkehr beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf andere Verkehrssysteme, wie z.B. Schienensysteme und Schiffe oder gar Flugzeuge angewandt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die ggf. auch räumlich verteilt sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Chenyi Chen et al.:“Deep Driving: Learning Affordance for Direct Perception in Autonomous Driving“, Princeton University, http://deepdriving.cs.princeton.edu/paper.pdf [0008]
