-
Die Erfindung betrifft ein infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem zur ersatzweisen Fahrtaktikermittlung eines zumindest teilautonomen Fahrzeugs. Zudem betrifft die Erfindung ein zumindest teilautonom gesteuertes Fahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Transportsystem. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur infrastrukturgestützten Fahrtaktikermittlung eines zumindest teilautonomen Fahrzeugs.
-
Verkehrssysteme mit autonomen und teilautonomen Fahrzeugen, insbesondere Straßenfahrzeugen, erhöhen den Komfort für Reisende und helfen für den Fall eines vollständig autonomen Fahrzeugs dabei, Kosten, insbesondere für Fahrpersonal, einzusparen, falls aufgrund der Selbststeuerungseigenschaften auf einen Fahrer verzichtet werden kann. Autonome und teilautonome Fahrzeuge weisen eigene Computersysteme auf, die unter anderem Trajektorien für eine Festlegung einer Fahrtaktik berechnen. Eine solche Fahrtaktik wird dann an eine automatisierte Fahrzeugsteuerungseinheit übermittelt, die Steuerungsbefehle auf Basis der festgelegten Fahrtaktik erzeugt, um das autonome bzw. teilautonome Fahrzeug der Fahrtaktik gemäß, d.h. insbesondere entsprechend einer im Rahmen der Fahrtaktik festgelegten Trajektorie zu steuern. Allerdings kann es passieren, dass das fahrzeugeigene Computersystem keine Trajektorie berechnen kann oder eine Trajektorie fehlerhaft berechnet bzw. keine ausreichenden Sensordaten erhält, um eine Trajektorie zu berechnen oder fehlerhafte Sensordaten erhält auf deren Basis eine sichere Weiterfahrt nicht mehr möglich ist. In diesem Fall wird herkömmlich ein Notfallsignal an die stationäre Infrastruktur des Verkehrssystems gesendet, um Hilfe zu erhalten. In der Regel muss dann ein Fahrer beauftragt werden, das autonome Fahrzeug, beispielsweise ein Linienbus, aufzusuchen und aus der Notsituation hinauszumanövrieren. In den meisten Ländern besteht sogar die Pflicht, in einem autonomen Fahrzeug einen Fahrer vorzuhalten, der jederzeit in Echtzeit eingreifen kann, so dass die beschriebene Notsituation sofort behoben werden kann. Allerdings führt der Einsatz von Fahrern dazu, dass bei dem Betrieb autonomer Fahrzeuge kein Personal eingespart werden kann, so dass der wirtschaftliche Nutzen des autonomen Fahrens bisher eher gering ist, zumal autonom gesteuerte Fahrzeuge aufwändiger herzustellen sind als nur von Menschen gesteuerte Fahrzeuge. Sind Funktionseinheiten des autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs defekt, so muss Wartungspersonal benachrichtigt werden, um an dem betreffenden Fahrzeug eine Reparatur vorzunehmen. Sitzt in dem betreffenden Fahrzeug kein Fahrer, der im Notfall eingreifen kann, und betrifft der Defekt eine sicherheitsrelevante Funktion des Fahrzeugs, so befindet sich das Fahrzeug in der Situation, dass es einerseits nicht mehr sicher weiterfahren kann, weil sicherheitsrelevante Funktionen ausgefallen sind, aber andererseits möglicherweise mitten im Verkehr steht und dort für andere Verkehrsteilnehmer ein Hindernis oder gar eine große Gefahr darstellt.
-
Sinnvoller wäre es, wenn das Fahrzeug in einem solchen Fall eine möglichst sichere Position ansteuern könnte und an dieser sicheren Position auf die Hilfe des Wartungspersonals warten würde, um so die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten und andere Verkehrsteilnehmer nicht zu gefährden. In diesem Fall besteht als ein Bedarf, das defekte Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu versetzen, bis technische Hilfe geleistet wird.
-
Um einen Defekt eines Computersystems in einem autonomen Fahrzeug zu kompensieren, können redundante Systeme geschaffen werden, wobei im regulären Betrieb nicht genutzte Systeme bei einem solchen Defekt aktiviert werden und anstelle der defekten Systeme treten. Allerdings sind Redundanzen aufwändig und auch nicht in jeder Notsituation hilfreich. Beispielsweise kann es passieren, dass externe Informationen, wie zum Beispiel ein GPS-Signal, ein autonomes Fahrzeug nicht mehr erreichen, was mit außerhalb des autonomen Fahrzeugs zu verortenden Umständen zusammenhängen kann. Eine Verdopplung von GPS-Sensoren würde in diesem Fall wenig nützen, um das Problem zu lösen, wenn einfach kein Signal bei dem autonomen Fahrzeug ankommt.
-
Es besteht also die Aufgabe, autonomes oder zumindest teilautonomes Fahren sicherer und robuster gegenüber unvorhergesehenen Notsituationen zu machen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem zur ersatzweisen Fahrtaktikermittlung eines zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 1, ein zumindest teilautonom gesteuertes Fahrzeug gemäß Patentanspruch 8, ein Transportsystem gemäß Patentanspruch 9 und ein Verfahren zur infrastrukturgestützten Fahrtaktikermittlung eines zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
-
Das erfindungsgemäße infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem zur ersatzweisen Fahrtaktikermittlung eines zumindest teilautonom, vorzugsweise autonom gesteuerten Fahrzeugs umfasst eine Sende/Empfangsschnittstelle zum Empfangen eines Notfallsignals, welches eine fahrzeugseitig erfasste Notsituation des zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs betrifft, und zum Übermitteln einer Ersatztaktik an das zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeug. Die Sende/-Empfangsschnittstelle umfasst eine Sende/-Empfangsfunktion zum Datenaustausch, vorzugsweise per Funk, mit dem zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeug. Die Sende-/Empfangsschnittstelle basiert vorzugsweise auf einer kabellosen Netzwerktechnik, wie zum Beispiel WiFi 802.11p. Dieser Standard wird für die Realisierung von zuverlässigen Schnittstellen für Anwendungen in intelligenten Verkehrssystemen genutzt. Wie bereits erwähnt, umfasst die Kommunikation zwischen dem zumindest teilautonomen Fahrzeug und dem infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystem insbesondere ein von dem zumindest teilautonomen Fahrzeug an das infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem ausgesendetes Notfallsignal und eine Übermittlung von Daten, welche eine Ersatztaktik betreffen, von dem infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystem an das zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeug. Wie später noch ausführlicher erläutert, kann die Ersatztaktik insbesondere eine Ersatztrajektorie umfassen, mit der die gemeldete Notsituation überwunden werden kann.
-
Als infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem soll ein zumindest teilweise stationäres, vorzugsweise vollständig stationäres System verstanden werden, welches Informationen über einen in seinem Überwachungsbereich auftretenden Verkehr, insbesondere Straßenverkehr, durch Sensortechnik oder Datenübertragungstechnik sammelt und auswertet. Typischerweise werden in vielen Situation auch auf der Auswertung und/oder einer externen Steuerungsinformation basierende Weisungen an die Verkehrsteilnehmer übermittelt, damit sich diese an eine variable Verkehrssituation anpassen können. Durch ein solches Verkehrsüberwachungssystem können aber auch Gebührenzahlungen abgewickelt werden oder Identifizierungsaufgaben, beispielsweise für eine Straßenfahndung, wahrgenommen werden.
-
Als Ersatztaktik soll in diesem Zusammenhang eine Fahrtaktik für ein autonom oder teilautonom gesteuertes Fahrzeug verstanden werden, welche einer Fahrzeugsteuerungseinheit des autonom oder teilautonom gesteuerten Fahrzeugs ersatzweise durch das infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem zur Verfügung gestellt wird, insbesondere, wenn die Fahrtaktikermittlung oder Steuerung des zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs ohne äußere Hilfe nicht mehr korrekt funktioniert. Eine solche Fahrtaktik kann zum Beispiel eine Fahrtroute bzw. Fahrtrajektorie eines autonomen oder teilautonom gesteuerten Fahrzeugs umfassen. Wenn in der Patentanmeldung von autonomen Fahrzeugen gesprochen wird, sollen damit jeweils immer auch teilautonom gesteuerte Fahrzeuge mitgenannt sein, der Kürze halber wird im Folgenden meist nur von „autonomen Fahrzeugen“ oder „autonom gesteuerten Fahrzeugen“ gesprochen. Es soll aber an dieser Stelle explizit erwähnt werden, dass die Erfindung besonders effektiv für vollständig autonom gesteuerte Fahrzeuge ist, da bei diesen auf einen Fahrer als eingreifende Person aufgrund der Erfindung verzichtet werden kann.
-
Als teilautonom gesteuertes Fahrzeug soll ein Fahrzeug verstanden werden, welches einen Teil der für eine Steuerung des Fahrzeugs zu bewältigenden Aufgaben automatisiert durchführt. Dieser Kategorie sind insbesondere die Stufen 1 und 2 des automatisierten Fahrens zuzuordnen, d.h. das assistierte Fahren und das teilautomatisierte Fahren. Ebenfalls ist die Stufe 3, das hochautomatisierte Fahren, bei der ein Fahrer auf Anforderung das Steuer übernehmen muss, dem teilautonomen Fahren zuzuordnen. Dagegen sind die Stufen 4 und 5, das vollautomatisierte Fahren und das vollautonome Fahren dem autonomen Fahren zuzuordnen, da auf diesem Niveau kein Fahrer mehr eingreifen muss.
-
Als Notsituation soll eine Situation eines autonomen Fahrzeugs verstanden werden, in der das Fahrzeug seine Fahrt nicht ohne externe Hilfe auf sichere Art weiter fortsetzen kann. Notsituationen können insbesondere durch einen Sensordefekt oder einen Defekt einer Datenverarbeitungseinheit oder einer Steuerungseinheit oder eines anderen sicherheitskritischen Funktionselements des autonomen Fahrzeugs hervorgerufen werden.
-
Weiterhin umfasst das infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem eine Umfelderkennungseinheit zum Erfassen des autonomen Fahrzeugs, von kinematischen Daten des autonomen Fahrzeugs und des Umfelds des autonomen Fahrzeugs. Ein Erfassen eines autonomen Fahrzeugs umfasst eine Identifizierung eines Objekts als Fahrzeug sowie eine Lokalisierung des autonomen Fahrzeugs. Kinematische Daten umfassen eine Trajektorie eines autonomen Fahrzeugs, dessen Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie dessen Pose. Als Pose eines autonomen Fahrzeugs soll eine Kombination aus Position und Orientierung des autonomen Fahrzeugs verstanden werden. Das Umfeld eines autonomen Fahrzeugs kann verkehrsrelevante, durch externe Umstände verursachte Phänomene und Randbedingungen des autonomen Fahrens, wie zum Beispiel weitere Verkehrsteilnehmer oder auch allgemein sich statisch oder dynamisch verhaltende Objekte, die möglicherweise auf das autonome Fahrzeug, beispielsweise mechanisch oder auf andere Art und Weise, einwirken könnten, und auch Wegeverläufe und Hindernisse, umfassen. Die Umfelderkennungseinheit kann zum Beispiel einen Simulationsrechner umfassen, mit dem das Umfeld, insbesondere die von dem infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystem überwachte Verkehrszelle, simuliert werden kann.
-
Teil des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems ist auch eine Ersatztaktikermittlungseinheit zum infrastrukturseitigen Ermitteln der Ersatztaktik für eine Antwortaktion des autonomen Fahrzeugs zur Lösung der Notsituation des autonomen Fahrzeugs auf Basis der von der Umfelderkennungseinheit erfassten Daten. Die Ersatztaktikermittlungseinheit erhält alle notwendigen Daten, welche eine Weiterfahrt des autonomen Fahrzeugs zumindest an eine sichere Halteposition erlauben. Beispielsweise hat sie Kenntnis über den Straßenverlauf, über Hindernisse sowie weitere Verkehrsteilnehmer, da das infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem dazu eingerichtet ist, unabhängig von dem autonomen Fahrzeug verkehrsrelevante Informationen zu sammeln und diese für eine Trajektorienplanung bzw. Fahrtaktikplanung des autonomen Fahrzeugs einzusetzen bzw. zu verwenden. Die Funktion der Ersatztaktikermittlungseinheit kann zum Beispiel von einem sogenannten infrastrukturseitigen, stationären Verkehrszellencomputer wahrgenommen werden, der die von dem infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystem überwachte Verkehrszelle verwaltet.
-
Vorteilhaft kann ein autonom gesteuertes Fahrzeug auch bei einem Ausfall sicherheitskritischer Funktionen auf Basis externer Informationen an eine sichere Position gesteuert werden, wodurch die Notwendigkeit eines Ersatzfahrers reduziert wird sowie die Gesamtsicherheit des autonomen Fahrens verbessert wird.
-
Das erfindungsgemäße zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeug weist eine Notfallerkennungseinheit auf, mit der ein Ausfall einer zur Taktikplanung und/oder Umfelderkennung genutzte Einheit des zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs detektierbar ist.
-
Sämtliche Systeme, die direkt oder indirekt Einfluss auf die Steuerung eines autonomen bzw. zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs haben, müssen in der Praxis entsprechend den existierenden Standards (SIL bzw. ASIL) entwickelt werden.
-
Diese Standards beinhalten die Verpflichtung der Fehleroffenbarung durch geeignete Maßnahmen. Ein Beispiel ist ein „Watch Dog“. Dieses Modul hat die Aufgabe, kontinuierlich die Zuverlässigkeit der in einem autonomen Fahrzeug erfassten und verarbeiteten Daten zu überprüfen. So gibt es die Möglichkeit, gültige Wertebereiche für bestimmte Steuersignale zu definieren. Sobald solche Sicherheitsregeln gebrochen werden, löst der „Watch Dog“ eine Fehlermeldung aus.
-
Das zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeug, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Straßenfahrzeug, umfasst außerdem eine Sende-/Empfangseinheit zum Übermitteln eines Notfallsignals an ein infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem, und zum Empfangen von zur ersatzweisen Fahrtaktikermittlung erzeugten Ersatztaktikdaten von einem solchen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystem, um auf Basis dieser Ersatztaktikdaten eine zumindest teilautonome, fahrzeugseitige Steuerung durchzuführen. Das erfindungsgemäße zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeug, teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems.
-
Das erfindungsgemäße autonome Transportsystem weist mindestens ein zumindest teilautonom gesteuertes Fahrzeug auf und ein erfindungsgemäßes infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem zur ersatzweisen Fahrtaktikermittlung. Das erfindungsgemäße Transportsystem teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur infrastrukturgestützten Fahrtaktikermittlung eines autonomen Fahrzeugs wird fahrzeugseitig eine Notsituation, welche durch einen technischen Defekt bei der Datenerfassung und/oder Datenverarbeitung zur Steuerung des autonomen Fahrzeugs verursacht wird, erfasst. Weiterhin wird ein Notfallsignal an ein infrastrukturgestütztes Verkehrsüberwachungssystem übermittelt und es werden infrastrukturseitig das autonome Fahrzeug, insbesondere dessen Position, und kinematische Daten des autonomen Fahrzeugs sowie das Umfeld des autonomen Fahrzeugs erfasst. Zudem erfolgt ein infrastrukturseitiges Ermitteln einer Ersatztaktik für eine Antwortaktion des autonomen Fahrzeugs zur Lösung der Notsituation des autonomen Fahrzeugs. Schließlich wird die ermittelte Ersatztaktik von dem infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystem an das autonome Fahrzeug übermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur infrastrukturgestützten Fahrtaktikermittlung eines autonomen Fahrzeugs teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems.
-
Einige Komponenten des erfindungsgemäßen zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs, des erfindungsgemäßen Transportsystems und des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Umfelderkennungseinheit und der Ersatztaktikermittlungseinheit des infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems und der Notfallerkennungseinheit des zumindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugs. 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, 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.
-
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher in einem Transportsystem mit Verkehrs-überwachungseinrichtungen und autonomen Fahrzeugen vorhandene Rechnersysteme nach einer eventuellen Ergänzung durch zusätzliche Hardwareelemente auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines solchen Transportsystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um die durch Software realisierbaren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in dem Transportsystem ausgeführt wird.
-
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
-
Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
-
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 und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems ist die Ersatztaktikermittlungseinheit dazu eingerichtet, als Ersatztaktik eine Ersatztrajektorie für das autonome Fahrzeug zu ermitteln. Vorteilhaft kann ein autonomes Fahrzeug auf Basis dieser externen Hilfsinformationen ein Funktionsdefizit überbrücken und seine Fahrt fortsetzen, um aus der Notsituation zu entkommen.
-
Hierzu umfasst die Ersatztrajektorie bevorzugt einen Fahrweg des autonomen Fahrzeugs in einen sicheren Haltebereich. Vorteilhaft kann das autonome Fahrzeug eine Gefahrenzone sicher verlassen und in einen sicheren Haltezustand versetzt werden, um beispielsweise auf externe Hilfe, wie zum Beispiel Wartungspersonal oder einen Ersatzfahrer, zu warten. Ein solcher sicherer Haltebereich kann zum Beispiel einen Seitenstreifen, einen Standstreifen, eine Haltezone oder einen Parkbereich umfassen.
-
Die alternative Fahrtaktik kann aber auch eine Anpassung des autonomen Fahrzeugs an äußere Gegebenheiten und/oder an die ermittelten Defekte des autonomen Fahrzeugs umfassen. Eine solche Anpassung kann zum Beispiel durch eine reduzierte Geschwindigkeit oder ein stärkeres Gewichten der Sensordaten von funktionierenden Sensoren oder die Anwendung eines alternativen Auswertungsverfahrens auf die verbleibenden zuverlässigen Daten, insbesondere Sensordaten, und gegebenenfalls auch auf die fehlerhaft erzeugten Daten, insbesondere Sensordaten, oder zumindest ungenau erfassten oder Daten, insbesondere Sensordaten, einer defekten Funktionseinheit, insbesondere Sensoreinheit, erfolgen.
-
In einer Variante des infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems umfassen die kinematischen Daten des autonomen Fahrzeugs mindestens eine der folgenden Informationen:
- - eine aktuelle Position des autonomen Fahrzeugs,
- - eine aktuelle Fahrtrichtung des autonomen Fahrzeugs,
- - eine aktuelle Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs,
- - eine aktuelle Beschleunigung oder Verzögerung des autonomen Fahrzeugs.
-
Eine aktuelle Position wird zur Selbstlokalisierung oder zur infrastrukturseitigen Lokalisierung eines autonomen Fahrzeugs benötigt. Die Position eines autonomen Fahrzeugs wird für eine Planung eine Fahrtrajektorie des autonomen Fahrzeugs benötigt. Die aktuelle Fahrtrichtung wird benötigt, um eine Richtungssteuerung, beispielsweise eine Richtungsänderung, korrekt zu planen bzw. zu ermitteln. Die Kenntnis einer aktuellen Geschwindigkeit eines autonomen Fahrzeugs kann für eine Planung einer künftigen Position oder Geschwindigkeit bzw. eine Anpassung einer Geschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs an Verkehrsregeln bzw. allgemein an eine aktuelle Verkehrssituation benötigt werden. Die Information über eine aktuelle Beschleunigung oder Verzögerung eines Fahrzeugs kann zum Beispiel für eine Vorausberechnung einer künftigen Position oder Geschwindigkeit genutzt werden. Sie kann auch für eine Ermittlung eines Kurvenradius oder als Grundlage für die Planung von Beschleunigungs- oder Bremsmanövern und ähnlichem verwendet werden.
-
Bevorzugt umfassen die kinematischen Daten eine fehlerhafte Trajektorie des autonomen Fahrzeugs. Beispielsweise kann eine fehlerhafte Funktion des autonomen Fahrzeugs von dem autonomen Fahrzeug selbst oder von dem infrastrukturgestützten Überwachungssystem erkannt werden. Das infrastrukturgestützte Überwachungssystem kann in einem solchen Fall die möglicherweise auf fehlerhaften Sensordaten oder Datenverarbeitungsprozessen basierende geplante Trajektorie des autonomen Fahrzeugs erfassen und geeignet verändern, so dass das autonome Fahrzeug seine Fahrt zumindest bis zu einer sicheren Haltposition im Sinne der ursprünglichen Fahrtaktik und Fahrtrajektorie fortsetzen kann, falls das möglich ist.
-
Bevorzugt ist die Umfelderkennungseinheit des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems dazu eingerichtet, bei der Erfassung des Umfelds des autonomen Fahrzeugs mindestens ein zusätzliches bewegliches Objekt, vorzugsweise ein zusätzliches Fahrzeug, besonders bevorzugt ein zusätzliches Straßenfahrzeug, zu erfassen. Vorteilhaft werden bei der Ermittlung der Ersatztaktik für das autonome Fahrzeug durch das infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem auch andere im Überwachungsbereich des infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems befindliche Objekte berücksichtigt, mit denen das autonome Fahrzeug möglicherweise ohne Eingriff durch das infrastrukturgestützte Verkehrsüberwachungssystem kollidieren könnte, so dass die Sicherheit des autonomen Fahrzeugs sowie die Sicherheit anderer Verkehrsteilnehmer erhöht wird.
-
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen infrastrukturgestützten Verkehrsüberwachungssystems ist die Umfelderkennungseinheit dazu eingerichtet, zu ermitteln, ob ein Standstreifen oder ein anderer Haltebereich als sicherer Haltebereich für das autonome Fahrzeug frei ist. Vorteilhaft wird durch die Umfelderkennungseinheit auch nach einem vorzugsweise nächsten sicheren Standbereich gesucht, in dem das autonome Fahrzeug sicher warten kann, bis Hilfe durch Wartungspersonal oder einen Ersatzfahrer eintrifft. Hierfür eignen sich insbesondere Standstreifen, die jedoch auch von anderen Fahrzeugen belegt sein können. Vorteilhaft werden solche potentiellen Hindernisse bei der Steuerung des autonomen Fahrzeugs hin zu einer sicheren Halteposition mitberücksichtigt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Infrastruktureinrichtung und einem autonomen Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Transportsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur infrastrukturgestützten Fahrtaktikermittlung eines autonomen Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
-
In 1 ist eine Anordnung 1 mit einem autonomen Fahrzeug 10 und einer Infrastruktureinrichtung 20 bzw. einer infrastrukturseitigen Verkehrsüberwachungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Das autonome Fahrzeug 10 umfasst eine Fahrzeugrechnereinheit 11. Die Fahrzeugrechnereinheit 11 kann als eine Art Zentraleinheit des autonomen Fahrzeugs 10 betrachtet werden, in der Sensordaten SD, POS, POSE und Kommunikationsdaten zusammenlaufen und aus den empfangenen Daten eine Art digitaler Zwilling des Umfelds des autonomen Fahrzeugs 10 ermittelt wird. Die Fahrzeugrechnereinheit 11 umfasst auch eine Bewegungsplanungseinheit 12, welche eine Trajektorie T des autonomen Fahrzeugs 10 plant, entlang der sich das autonome Fahrzeug 10 bewegen soll.
-
Die Bewegungsplanungseinheit 12 erhält Daten POS hinsichtlich einer Position des autonomen Fahrzeugs 10 in einer Spur von einem Spurhaltesensor 18, der ebenfalls Teil des autonomen Fahrzeugs 10 ist, und passt die Trajektorie T des autonomen Fahrzeugs 10 an die aktuelle Position des autonomen Fahrzeugs 10 an. Droht das autonome Fahrzeug 10 aus der Spur zu geraten, so hält die Bewegungsplanungseinheit 12 die Position des autonomen Fahrzeugs 10 innerhalb der Fahrspur und die Trajektorie T des autonomen Fahrzeugs 10 wird entgegengesetzt zu einer Bewegung des Fahrzeugs 10, welche zu einem Verlassen der Spur führen würde, geändert, so dass das autonome Fahrzeug 10 weiterhin innerhalb der Grenzen der Fahrspur unterwegs ist.
-
Weiterhin erhält die Bewegungsplanungseinheit 12 auch Sensordaten SD von Fahrzeugsensoren 19, die das Umfeld des autonomen Fahrzeugs 10 abtasten und die, wie bereits erwähnt, ebenfalls zur Ermittlung einer künftigen Fahrtrajektorie T des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden.
-
Das autonome Fahrzeug 10 umfasst auch einen sogenannten Posensensor 17, mit dem eine Pose POSE des autonomen Fahrzeugs 10 ermittelbar ist. Die Pose POSE umfasst Informationen über die aktuelle Position P des autonomen Fahrzeugs 10 auf Basis von Satellitennavigationsdaten sowie Informationen über eine Orientierung bzw. Bewegungsrichtung R des autonomen Fahrzeugs 10. Die Informationen über die Pose POSE des autonomen Fahrzeugs 10 werden an eine Sende-/Empfangseinheit 16 übertragen, welche die Posendaten POSE an die bereits erwähnte Infrastruktureinrichtung 20 per Funk übermittelt. Die Sende-/Empfangseinheit 16 des autonomen Fahrzeugs 10 ist über eine Datenübertragungsleitung auch mit einer Sicherheits-Überwachungseinheit 15 des autonomen Fahrzeugs 10 verbunden. Die Sicherheitsüberwachungseinheit 15 überwacht einzelne Einheiten 11, 12, 13, 14, 16, 17 des autonomen Fahrzeugs 10 auf ihre korrekte Funktion.
-
Ein Beispiel für eine technische Funktionsweise der Sicherheitsüberwachungseinheit 15 ist ein sogenannter „Watch Dog“. Dieses Modul hat die Aufgabe, kontinuierlich die Zuverlässigkeit der in dem autonomen Fahrzeug 10 erfassten und verarbeiteten Daten SD, POS, POSE zu überprüfen. So gibt es die Möglichkeit, gültige Wertebereiche für bestimmte Steuersignale zu definieren. Sobald solche Sicherheitsregeln gebrochen werden bzw. die entsprechenden vorbestimmten Wertebereiche verlassen werden, löst der „Watch Dog“ eine Fehlermeldung aus.
-
Fällt zum Beispiel die Bewegungsplanungseinheit 12 aus, so wird der Ausfall von der Sicherheitsüberwachungseinheit 15 detektiert. Als technische Reaktion auf den detektierten technischen Defekt wird durch die Sende-/Empfangseinheit 16 ein Notfallsignal NFS per Funk an die Infrastruktureinrichtung 20 übermittelt, um die Infrastruktureinrichtung 20 dazu zu veranlassen, die ausgefallene technische Funktion des autonomen Fahrzeugs 10 zu kompensieren. Das autonome Fahrzeug 10 umfasst außerdem einen Mikrocontroller 13 mit einer Bewegungssteuerungseinheit 14, welche auf Basis einer Trajektorie T, welche die Bewegungssteuerungseinheit 14 regulär von der Bewegungsplanungseinheit 12 empfängt, die Bewegung bzw. Fahrbewegungen des autonomen Fahrzeugs 10 steuert.
-
Die Infrastruktureinrichtung 20 weist auch eine Simulationsrechnereinheit 24 auf. Die Simulationsrechnereinheit 24 umfasst eine Scaneinheit 25 mit einer Anzahl von Sensoren, welche einen von der Infrastruktureinrichtung 20 bzw. dieser zugeordneten Infrastruktur abgedeckten und zu überwachenden Teilbereich des Verkehrsgeschehens, auch als Verkehrszelle bezeichnet, abtasten und infrastrukturseitige Sensordaten erzeugen. Mit den infrastrukturseitigen Sensordaten wird von der Simulationsrechnereinheit 24 ein digitaler Zwilling des von der Infrastruktur abgedeckten Teilbereichs des Verkehrsgeschehens bzw. Überwachungsbereichs erzeugt. Der digitale Zwilling umfasst zum Beispiel Objekte O, insbesondere bewegliche Objekte O im von der Infrastruktur 20 abgedeckten Teilbereich und deren Position sowie eine Identifizierungsinformation bzw. eine Klassifizierungsinformation der Objekte O. Die Information über die Objekte O wird an eine Bewegungsplanungseinheit 22 übermittelt, die ebenfalls von der Infrastruktureinrichtung 20 umfasst ist. Die Bewegungsplanungseinheit 22 ist Teil eines Verkehrszellenrechners 21 und sie berechnet eine Ersatztrajektorie TE auf Basis der Information über die in dem Überwachungsbereich vorhandenen Objekte O.
-
Die Infrastruktureinrichtung 20 umfasst auch eine Sende-/Empfangseinheit 23, auch „Road Side Unit“ genannt, welche von dem autonomen Fahrzeug 10 ein Notfallsignal NFS per Funk empfängt und an die Bewegungsplanungseinheit 22 übermittelt, die darauf eine Ersatztrajektorie TE erzeugt und diese an die Sende-/Empfangseinheit 23 der Infrastruktureinrichtung 20 übermittelt, welche die Ersatztrajektorie TE ihrerseits an das autonome Fahrzeug 10 per Funk übermittelt. Die Sende-/Empfangseinheit 23 der Infrastruktureinrichtung 20 empfängt von dem autonomen Fahrzeug 10 auch eine Poseninformation POSE und übermittelt diese Poseninformation POSE sowohl an die Bewegungsplanungseinheit 22 als auch an die Scaneinheit 25 der Infrastruktureinrichtung 20, damit die Scaneinheit 25 den digitalen Zwilling vervollständigen kann und die Bewegungsplanungseinheit 22 die Ersatztrajektorie TE in Abhängigkeit von der Pose POSE des autonomen Fahrzeugs 10 ermitteln kann.
-
Die Ersatztrajektorie TE wird per Funk durch die Sende-Empfangseinheit 16 des autonomen Fahrzeugs 10, auch „On Board Unit“ genannt, empfangen. Die Ersatztrajektorie TE wird darauf innerhalb des autonomen Fahrzeugs 10 von der Sende-Empfangseinheit 16 des autonomen Fahrzeugs 10 weiter an die Bewegungssteuerungseinheit 14, welche eine Bewegungssteuerung des autonomen Fahrzeugs 10 auf Basis der Ersatztrajektorie TE ausführt, übermittelt. Die Ersatztrajektorie TE umfasst zum Beispiel einen Fahrweg hin zu einer Position P auf einer Standspur, um das autonome Fahrzeug 10 im Fall einer defekten Bewegungsplanungseinheit 12 und/oder einer defekten Sensoreinheit 19, 18, 17 dort zu parken und damit in Sicherheit zu bringen.
-
In 2 ist ein Transportsystem 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Das Transportsystem 30 umfasst einen Fahrweg 31 mit zwei Fahrspuren sowie einer Standspur 31a. Weiterhin umfasst das Transportsystem 30 ein autonomes Fahrzeug 10, wie es in 1 im Detail dargestellt ist, und ein zweites Fahrzeug O, welche beide von einer Infrastruktureinrichtung 20, wie sie in 1 dargestellt ist, bzw. durch eine Sensoreinheit dieser Infrastruktureinrichtung 20, beispielsweise eine Kamera, erfasst werden. Das autonome Fahrzeug 10 erleidet nun aktuell einen Defekt seiner Bewegungsplanungseinheit 12 und kann daher nicht mehr aktiv eine künftige Fahrtrajektorie T festlegen. In dieser Situation sendet das autonome Fahrzeug 10 ein Notfallsignal NFS an die Infrastruktureinrichtung 20. Die Infrastruktureinrichtung 20 erzeugt nun auf die im Zusammenhang mit 1 bereits erwähnte Art und Weise eine Ersatztrajektorie TE, insbesondere unter Einbeziehung des zweiten Fahrzeugs O, welches möglicherweise ein Hindernis für das autonome Fahrzeug 10 darstellen könnte. Die Ersatztrajektorie TE führt daher um das seitens der Infrastruktureinrichtung 20 detektierte zweite Fahrzeug O herum und zu eine sicheren Halteposition P auf dem Standstreifen 31a.
-
In 3 ist ein Flussdiagramm 300 dargestellt, welches ein Verfahren zur infrastrukturgestützten Fahrtaktikermittlung eines autonomen Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 3.1 wird fahrzeugseitig eine Notsituation N eines autonomen Fahrzeugs 10 erfasst. Die Notsituation N wird durch einen technischen Defekt bei der Datenerfassung und/oder Datenverarbeitung zur Steuerung des autonomen Fahrzeugs 10 verursacht.
-
Wie bereits erwähnt, umfasst das autonome Fahrzeug 10 eine Reihe von Funktionseinheiten 11, 12, 17, 18, 19, die einen technischen Defekt erleiden können, was dazu führt, dass das autonome Fahrzeug 10 allein auf sich gestellt eine Fahrt nicht mehr sicher ausführen kann.
-
Beispielsweise kann die bereits erwähnte Fahrzeugrechnereinheit 11 des autonomen Fahrzeugs 10 ausfallen. Da die Fahrzeugrechnereinheit 11 im regulären ungestörten Zustand als Zentraleinheit des autonomen Fahrzeugs 10 zur Verarbeitung von Sensordaten SD, POS, POSE und Kommunikationsdaten dient und daraus eine Trajektorie T für den künftigen Fahrweg des autonomen Fahrzeugs 10 ermittelt, fehlt insbesondere der Bewegungssteuerungseinheit 12 des autonomen Fahrzeugs 10 die Grundlage für eine Steuerung der Fahrbewegung des autonomen Fahrzeugs 10.
-
Ähnliche Probleme treten auch bei einem Ausfall der Spurhaltesensorik 18 auf, welcher dazu führt, dass die Bewegungsplanungseinheit 12 des autonomen Fahrzeugs 10 keinerlei Daten hinsichtlich einer Position POS des Fahrzeugs 10 innerhalb einer Spur mehr erhält, was zum Beispiel eine sicherheitskritische Situation zur Folge haben kann. Droht das autonome Fahrzeug 10 aus der Spur zu geraten, so erhält die Bewegungsplanungseinheit 12 nun nicht mehr eine Information über die Position POS des autonomen Fahrzeugs 10 innerhalb der Fahrspur und die Trajektorie T des autonomen Fahrzeugs 10 wird nicht mehr entsprechend entgegengesetzt geändert, um das autonome Fahrzeug 10 weiterhin innerhalb der Grenzen der Fahrspur zu halten. Fallen sogar die Fahrzeugsensoren 19 des autonomen Fahrzeugs 10 aus, die das Umfeld des autonomen Fahrzeugs 10 abtasten und die, wie bereits erwähnt, ebenfalls zur Ermittlung einer künftigen Fahrtrajektorie T des autonomen Fahrzeugs 10 verwendet werden, so ist das autonome Fahrzeug 10, was eine Erkennung des Umfelds betrifft, im Wesentlichen blind, so dass ebenfalls keine sichere Fahrtrajektorie T ohne fremde Hilfe erzeugt werden kann.
-
Wird nun seitens der Sicherheitsüberwachungseinheit 15, die die Daten der einzelnen Einheiten 11, 12, 17, 18, 19 überwacht und auf Plausibilität bzw. korrekte Funktion prüft, eine solche Notsituation N erkannt, so wird bei dem Schritt 3.II durch eine Sende-/Empfangseinrichtung 16 des autonomen Fahrzeugs 10, beispielsweise per Funk, ein Notfallsignal NFS an eine infrastrukturseitige Hilfseinrichtung bzw. Verkehrsüberwachungseinrichtung 20 übermittelt.
-
Bei dem Schritt 3.III werden von der Infrastruktureinrichtung 20 Informationen über die aktuelle Situation des in Not geratenen autonomen Fahrzeugs 10 gesammelt. Diese Informationen umfassen zum Beispiel die Pose POSE des autonomen Fahrzeugs 10, dessen Position P, dessen Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie Daten über das Umfeld des autonomen Fahrzeugs 10, insbesondere über bewegliche oder unbewegliche Objekte O im Überwachungsbereich der Infrastruktureinrichtung 20. Für die Sammlung von Informationen umfasst die Infrastruktureinrichtung 20 ebenfalls Sensoren, wie zum Beispiel Kameras, Lidarsysteme, Radarsysteme usw.
-
Soweit die Posenerkennungseinheit 17 des autonomen Fahrzeugs 10 noch funktioniert, kann die Infrastruktureinrichtung 20 auch auf die Poseninformation POSE des Posensensors 17 des autonomen Fahrzeugs 10 zugreifen, mit dem eine Pose POSE des autonomen Fahrzeugs 10 ermittelt wird. Wie bereits erwähnt, umfasst die Pose POSE Informationen über die aktuelle Position P des autonomen Fahrzeugs 10 auf Basis von Satellitennavigationsdaten sowie Informationen über eine Orientierung bzw. Bewegungsrichtung R des autonomen Fahrzeugs 10. Die Pose POSE wird von einer Sende-/Empfangseinheit 16 des autonomen Fahrzeugs 10 an eine Sende-/Empfangseinrichtung 23 der Infrastruktureinrichtung 20 per Funk übertragen. Die hierzu notwendige Schnittstelle kann zum Beispiel als V2I-Schnittstelle mit sogenannten Road Side Units 23 und On Board Units 16 als Sende-/Empfangseinrichtungen 16, 23 der Infrastruktureinrichtung 20 und des autonomen Fahrzeugs 10 ausgebildet sein. Die genannte V2I-Schnittstelle dient auch für die Übertragung des Notfallsignals NFS von dem autonomen Fahrzeug 10 an die Infrastruktureinrichtung 20.
-
Bei dem Schritt 3.IV wird von der Infrastruktureinrichtung 20 eine Ersatztrajektorie TE für eine Antwortaktion des autonomen Fahrzeugs 10 zur Lösung der Notsituation N des autonomen Fahrzeugs 10 ermittelt. Diese Antwortaktion kann zum Beispiel darin bestehen, dass das autonome Fahrzeug 10 auf einen Standstreifen zufährt und dort angekommen auf Wartungspersonal wartet, welches den Defekt des autonomen Fahrzeugs 10 behebt oder das autonome Fahrzeug in einer Werkstatt zur Reparatur des detektierten Defekts überführt. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erwähnt, verfügt die Infrastruktureinrichtung 20 über eine Reihe von Einheiten 21, 22. 24, 25 zur Ermittlung einer Ersatztrajektorie TE.
-
In diesem Zusammenhang sei nochmals auf die Scaneinheit 25 der Infrastruktureinrichtung 20 verwiesen, die durch eine Anzahl von Sensoren, welche den von der Infrastruktur 20 abgedeckten Teilbereich eines Verkehrsszenarios abtasten und infrastrukturseitige Sensordaten erzeugen und auf der Basis dieser infrastrukturseitigen Sensordaten das Umfeld der Infrastruktur 20 ermitteln. Mit den infrastrukturseitigen Sensordaten wird von der bereits im Zusammenhang mit 1 erwähnten Simulationsrechnereinheit 24 der Infrastruktureinrichtung 20 ein digitaler Zwilling des von der Infrastruktur abgedeckten Bereichs bzw. Überwachungsbereichs erzeugt.
-
Dieser digitale Zwilling umfasst insbesondere bewegliche Objekte O im von der Infrastruktur 20 abgedeckten Bereich. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erwähnt, wird die Information über die Objekte O an eine Bewegungsplanungseinheit 22 der Infrastruktureinrichtung übermittelt 20. Die Bewegungsplanungseinheit 22 der Infrastruktureinrichtung 20 berechnet dann eine Ersatztrajektorie TE auf Basis der Information über die in dem Überwachungsbereich der Infrastruktureinrichtung 20 vorhandenen Objekte O. Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann seitens der Infrastruktureinrichtung 20 von dem autonomen Fahrzeug 10 auch eine Poseninformation POSE empfangen und sowohl durch die Bewegungsplanungseinheit 22 der Infrastruktureinrichtung 20 als auch durch die Scaneinheit 25 der Infrastruktureinrichtung 20 verarbeitet werden, damit die Scaneinheit 25 den digitalen Zwilling über das Umfeld der Infrastruktureinrichtung und damit auch des autonomen Fahrzeugs 10 vervollständigen kann und die Bewegungsplanungseinheit 22 die Ersatztrajektorie in Abhängigkeit von der Pose POSE des autonomen Fahrzeugs 10 ermitteln kann.
-
Bei dem Schritt 3.V wird schließlich eine Ersatztaktik in Form einer Ersatztrajektorie TE an das autonome Fahrzeug 10 übermittelt. Anschließend fährt das autonome Fahrzeug 10 entsprechend der erhaltenen Ersatztrajektorie TE bis zu einem sicheren Standplatz P, beispielsweise einem Seitenstreifen oder Standstreifen einer Straße.
-
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. 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 gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
