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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zertifizierung von Kartenelementen für sicherheitskritische Fahrfunktionen, ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Automatisierte Fahrfunktionen und Fahrzeuge mit automatisierten Fahrfunktionen erlangen zunehmend an Bedeutung. Für eine erfolgreiche Umsetzung von automatisierten Fahrfunktionen sind aktuelle und präzise Karten essentiell.
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Durch den Einsatz von digitalen Karten für automatisierte Fahrfunktionen können begrenzte Sensorreichweiten und Verdeckungen von Abtastbereichen der Sensoren von Fahrzeugen kompensiert und eine vollständige Umfeldwahrnehmung ermöglicht werden.
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Des Weiteren können digitale Karten außerhalb einer Fahrzeugumgebung mit einer üblicherweise höheren Rechenleistung erstellt werden, wodurch komplexere Verarbeitungsalgorithmen und eine größere Datenmenge verarbeitet und bereitgestellt werden kann. Die Verwertung der Karten durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät erfordert eine geringere Rechenleistung als die fahrzeugexterne Erstellung der Karten.
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Problematisch ist jedoch der Einsatz von fahrzeugextern erstellten Karten bei sicherheitskritischen Funktionen. Werden digitale Karten durch eine automatisierte Fahrfunktion eines Fahrzeugs genutzt, können Fehler und Ungenauigkeiten bei der Kartenerstellung in gefährlichen Verkehrssituationen resultieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Ermöglichen einer Verwendung von Karten für sicherheitskritische Fahrfunktionen vorzuschlagen Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Zertifizierung von Kartenelementen für sicherheitskritische Fahrfunktionen durch ein Steuergerät bereitgestellt. Die Zertifizierung kann vorzugsweise durch ein fahrzeugexternes Steuergerät oder durch eine Servereinheit durchgeführt werden.
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Die Zertifizierung kann für jedes digitale Kartenelement einer digitalen Karte, wie beispielsweise Karten-Tile oder ein Karten-Chunk, oder für eine gesamte digitale Karte durchgeführt werden.
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In einem Schritt wird mindestens eine Beobachtungsgröße mindestens eines Kartierungsschritts von mindestens einem Kartenelement nach einem Ausführen des Kartierungsschritts durch eine Überwachungsfunktion ermittelt und mit einem Sollwert der Beobachtungsgröße verglichen. Die Kartierungsschritte können vorzugswese durch das Steuergerät ausgeführt werden.
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Die Kartierung kann durch Kartierungsverfahren, welche beispielsweise auf einer Graph-Modellierung basieren, erfolgen. Beispielsweise können Graph-SLAM Verfahren eingesetzt werden, welche Fahrzeugposition und Fahrzeugorientierungen, sogenannte Fahrzeug-Posen, explizit modellieren. Es die folgenden beispielhaften Kartierungsschritte ausgeführt werden:
- - Es werden von Sensoren mehrerer Kartierungsfahrzeuge ermittelte Messdaten durch das Steuergerät empfangen.
- - Die empfangenen Messdaten werden vorverarbeitet.
- - Die von unterschiedlichen Kartierungsfahrzeugen empfangenen Messdaten werden geometrisch ausgerichtet. Die Ausrichtung kann mit Hilfe von statischen Landmarken und Merkmalen erfolgen, die in unterschiedlichen Messdaten-Sätzen durch das Steuergerät auffindbar sind.
- - Nach der Ausrichtung können die Position der statischen Landmarken und auch die Posen der Kartierungsfahrzeuge ermittelt werden.
- - In einem weiteren Kartierungsschritt können aus den Landmarken Lokalisierungskarten erstellt werden. Aus der Sequenz der
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Fahrzeug-Posen kann die gefahrene Trajektorie der Kartierungsfahrzeuge abgeleitet werden.
- - In den Messdaten-Sätzen sind Fremd-Trajektorien anderer Verkehrsteilnehmer enthalten. Auf Basis der Fahrzeug-Trajektorien und Fremd-Trajektorien können Karten abgeleitet werden, die das historische Verhalten der anderen Verkehrsteilnehmer zusammenfassen.
- - Neben der Analyse der Trajektorien können die Landmarken zu Planungskarten weiterverarbeitet werden.
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Die Überwachungsfunktion kann hierbei nach einem, nach mehreren oder nach jedem der beispielhaft genannten Kartierungsschritte ausgeführt werden, um die jeweiligen Kartierungsschritte zu validieren und somit eine korrekte und präzise Kartenerstellung zu gewährleisten.
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In einem weiteren Schritt wird anhand eines Vergleichs der Beobachtungsgröße mit dem Sollwert der Beobachtungsgröße für den mindestens einen Kartierungsschritt durch die Überwachungsfunktion mindestens ein Ergebniswert berechnet.
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Der Ergebniswert kann beispielsweise eine Genauigkeit oder eine Güte des jeweiligen Kartierungsschritts darstellen und somit den mindestens einen fertiggestellten Kartierungsschritt bewerten.
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Vorzugsweise kann der Ergebniswert dazu eingesetzt werden, eine bestimmte Genauigkeit oder eine bestimmte Güte während des Kartierungsschritts einzuhalten. Wird ein vordefinierter Ergebniswert nicht erreicht, kann kein Zertifikat ausgestellt und das Kartenelement nicht für sicherheitskritische Anwendungen eingesetzt werden.
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Anschließend wird der mindestens eine Ergebniswert als ein Zertifikat gespeichert, wenn der mindestens eine Ergebniswert oder alle berechneten Ergebniswerte einen Toleranzbereich einhalten. Das erstellte Zertifikat wird anschließend mit dem mindestens einen Kartenelement verknüpft.
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Das mindestens eine Kartenelement mit dem zugehörigen Zertifikat werden Verkehrsteilnehmern bereitgestellt, sodass die Verkehrsteilnehmer automatisierte Fahrfunktionen ausführen können.
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Bei mehreren durch die Überwachungsfunktion geprüften Kartierungsschritten können die jeweiligen Ergebniswerte für jeden Kartierungsschritt beispielsweise durch einen Gesamtwert zusammengefasst werden, um die weitere Handhabung und Zertifikatserstellung technisch zu vereinfachen.
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Bei der Erstellung des Gesamtwerts können die jeweiligen Ergebniswerte unterschiedlich stark oder gleichermaßen gewichtet werden.
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Das mindestens eine Kartenelement kann mit dem verknüpften Zertifikat über eine Kommunikationsverbindung Fahrzeugen zur Durchführung von automatisierten Fahrfunktionen bereitgestellt werden.
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Vor der Verwendung eines Kartenelements kann im Fahrzeug bzw. durch eine fahrzeugseitige Recheneinheit der im Zertifikat abgesicherte Gesamtwert für dieses Kartenelement decodiert werden. Das Kartenelement kann anschließend von der automatisierten Fahrfunktion oder von einer Lokalisierungseinheit des Fahrzeugs verwendet werden, wenn der Gesamtwert positiv ist oder innerhalb des Toleranzbereichs liegt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugseitiges Steuergerät, ein fahrzeugexternes Steuergerät oder eine fahrzeugexterne Servereinheit, wie beispielsweise ein Cloud-System, sein.
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Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
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Das Fahrzeug kann gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Robotaxi und dergleichen sein. Das Fahrzeug ist nicht auf einen Betrieb auf Straßen beschränkt. Vielmehr kann das Fahrzeug auch als ein Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug, wie beispielsweise eine Transportdrohne, und dergleichen ausgestaltet sein.
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Durch das Verfahren können die unterschiedlichen Kartenebenen, wie beispielsweise Lokalisierungskarte, Planungskarte und dergleichen, während der Kartierung überprüft werden, wodurch der Einsatz des Kartenelements in sicherheitskritischen Funktionen des Fahrzeugs gewährleistet wird. Insbesondere können durch die Überwachungsfunktion geprüfte Kartenelemente die Anforderungen der ISO 26262 Norm vollständig erfüllen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der mindestens eine Kartierungsschritt als eine Vorverarbeitung von Messdaten mindestens eines Sensors, eine Ausrichtung von vorverarbeiteten Messdaten, ein Erstellen einer Lokalisierungskarte, ein Erstellen einer Verhaltenskarte von Verkehrsteilnehmern und/oder als ein Erstellen einer Planungskarte durchgeführt.
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Durch die Vielzahl der verwendeten Überwachungsfunktionen kann sichergestellt werden, dass alle relevanten Komponenten bzw. Abschnitte der Kartenerstellung überwacht werden. Durch diese Maßnahme wird die Sicherheit des Gesamtsystems erhöht.
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Die Überwachungsfunktion kann beispielsweise bei dem als Vorverarbeitung der Messdaten ausgestalteten Kartierungsschritt die Beobachtungsgrößen in Form von einer Anzahl der Messdaten-Sätze, einem Alter der Messdaten und einem Wetter während der Messdatenaufnahme verwenden und mit Sollwerten vergleichen. Als Sollwerte kann die Überwachungsfunktion beispielsweise eine Anzahl der Messdaten-Sätze von mindesten fünf, ein Alter der Messdaten von höchstens drei Stunden und ein die Sensorik nicht beeinträchtigendes Wetter heranziehen.
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Wird eine Überwachungsfunktion zum Validieren des Ausrichtungsschritts der Messdaten eingesetzt, so können sogenannte Olson's Loops als Qualitätsmaß bzw. als Beobachtungsgröße dienen. Ein Sollwert kann beispielsweise höchstens 0,05 betragen.
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Nach dem Erstellen der Lokalisierungskarte als weiterer Kartierungsschritt kann eine Überwachungsfunktion eine Anzahl von Lokalisierungsmerkmalen als Beobachtungsgröße berücksichtigen. Die Anzahl von Lokalisierungsmerkmalen kann beispielsweise mindestens 50 Landmarken umfassen.
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Der Kartierungsschritt, welcher zum Erstellen der Verhaltenskarte, durchgeführt wird, kann ebenfalls durch eine Überwachungsfunktion geprüft werden. Beispielsweise kann eine Anzahl von verwendeten Verhaltensweisen von unterschiedlichen Verkehrsteilnehmern von mindestens 100 Messdatensätzen vorliegen, um eine positive Bewertung des Kartierungsschritts durch die Überwachungsfunktion zu ermöglichen.
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Ein anschließendes Erstellen der Planungskarte kann durch eine Überwachungsfunktion überprüft werden, um beispielsweise Widersprüche zwischen der Karte und gesetzlichen Vorgaben auszuschließen. Beispielsweise kann als Beobachtungsgröße eine Anzahl von detektierten Widersprüchen, wie beispielsweise eine Geschwindigkeitsbegrenzung von 100 km/h innerhalb geschlossener Ortschaften, welche 50 km/h betragen sollte, von der Überprüfungsfunktion verwendet werden. Der Sollwert für die Anzahl der Widersprüche sollte nicht von null abweichen.
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Die mindestens eine Überwachungsfunktion kann beispielsweise als ein Softwaremodul ausgestaltet sein, welches durch das Steuergerät ausführbar ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird jeweils eine Überwachungsfunktion nach jedem Kartierungsschritt zum Ermitteln und Validieren von Beobachtungsgrößen des jeweiligen Kartierungsschritts ausgeführt. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass alle relevanten Komponenten der Kartenerstellung überwacht werden, wodurch die Sicherheit des Gesamtsystems erhöht wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der mindestens eine nach jeden Kartierungsschritt durch die Überwachungsfunktion ermittelte Ergebniswert über eine Kommunikationsverbindung an eine gesicherte Verarbeitungseinheit, beispielsweise eine gesicherte SPS Hardwareeinheit, übermittelt wird, wobei der mindestens eine Ergebniswert durch die gesicherte Verarbeitungseinheit als ein Zertifikat gespeichert wird.
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Die Ergebnisse der Überwachungsfunktion bzw. der nach jedem Kartierungsschritt ausgeführten Überwachungsfunktionen können vorzugsweise über eine gesicherte Kommunikation zu einer abgesicherten Verarbeitungseinheit übertragen werden.
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Die Verarbeitungseinheit kann die Ergebniswerte der zu jedem Kartierungsschritt ausgeführten Überwachungsfunktionen logisch zu einem Wert pro Kartenelement verknüpfen. Hierbei kann eine Gewichtung der Ergebniswerte vorgenommen werden, welche von unterschiedlichen Kartierungsschritten durch die Überwachungsfunktionen ermittelt wurden. Beispielsweise kann der Ergebniswert für eine Vorverarbeitung von Messdaten geringer gewichtet werden als ein Ergebniswert einer Ausrichtung der Messdaten.
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Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise als ein Cluster aus mehreren fehlersicheren SPS Hardware-Elementen aufgebaut sein und somit ein einem sogenannten AVP Safety Concept ähnelndes Sicherheitskonzept bieten.
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Nach einer weiteren Ausführungsform werden die durch die Überwachungsfunktion ermittelten Ergebniswerte über eine verschlüsselte Kommunikationsverbindung an die gesicherte Verarbeitungseinheit übermittelt. Durch diese Maßnahme kann eine zusätzliche Sicherung der Ergebniswerte vorgenommen werden, bevor die Verarbeitungseinheit die Ergebniswerte zu einem Gesamtwert zusammenfasst.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird für jedes Kartenelement ein Zertifikat erstellt, wobei das Zertifikat einen Gesamtwert aufweist, welcher alle von den Überwachungsfunktionen ermittelten Ergebniswerte zusammenfasst. Hierdurch kann eine digitale Karte, welche aus mehreren Kartenelementen besteht, in Teilabschnitte unterteilt und somit abschnittsweise für sicherheitskritische Funktionen zertifiziert werden. Die digitale Karte kann hierdurch zumindest abschnittsweise für automatisierte Fahrfunktionen von Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Vorzugsweise kann der Gesamtwert der Überwachungsfunktionen in Form eines Zertifikates dem jeweiligen Kartenelement hinzugefügt und über eine abgesicherte Kommunikationsverbindung an das Fahrzeug bzw. eine fahrzeugseitige Recheneinheit übermittelt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird für jedes Kartenelement ein Zertifikat erstellt, wobei das Zertifikat alle von den Überwachungsfunktionen ermittelten Ergebniswerte aufweist. Durch diese Ausprägung wird nicht nur ein konsolidierter Gesamtwert in dem Kartenelement gespeichert, sondern es wird jeder Ergebniswert der Überwachungsfunktionen separat in Form eines Zertifikats hinterlegt.
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Hierdurch kann eine Entscheidung über die Gewichtung der Ergebniswerte der Überwachungsfunktionen durch eine das Kartenelement nutzende fahrzeugseitige Recheneinheit übernommen werden.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeuganordnung zum Veranschaulichen eines Verfahrens und
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrzeuganordnung 1 zum Veranschaulichen eines Verfahrens 2. Die Fahrzeuganordnung 1 weist ein oder mehrere Kartierungsfahrzeuge 4 auf.
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Die Kartierungsfahrzeuge 4 können beispielsweise Personenkraftwagen sein, welche mit einer Sensorik zur Umfelderfassung ausgestattet sind.
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Die Kartierungsfahrzeuge 4 weisen Sensoren 6 zum Sammeln von Messdaten eines Umfelds U auf.
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Der Sensor 6 kann als ein LIDAR-Sensor, ein Radarsensor, ein Kamerasensor und dergleichen ausgestaltet sein.
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Die Messdaten können von fahrzeugseitigen Recheneinheiten 8 gesammelt und über eine Kommunikationsverbindung 10 an ein fahrzeugexternes Steuergerät 12 gesendet werden.
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Die Kommunikationsverbindung 10 kann beispielsweise auf einem WLAN, UMTS, GSM, 4G, 5G und dergleichen Übertragungsstandard basieren.
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Das Steuergerät 12 ist als eine fahrzeugexterne Servereinheit ausgestaltet und kann die Messdaten der Kartierungsfahrzeuge 4 empfangen und zum Erstellen von digitalen Karten verwenden.
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Das Steuergerät 12 kann die digitalen Karten vorzugsweise durch mehrere Kartierungsschritte erstellen und zertifizieren, sodass die digitalen Karten über eine weitere Kommunikationsverbindung 11 Fahrzeugen 14 bzw. Verkehrsteilnehmern zur Umsetzung von automatisierten Fahrfunktionen bereitgestellt werden.
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In der 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens 2 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Verfahren 2 dient zur Zertifizierung von Kartenelementen für sicherheitskritische Fahrfunktionen durch das Steuergerät 12. Die Kartierung erfolgt abschnittsweise bzw. Kartenelement für Kartenelement. Der Einfachheit halber wird das Verfahren 2 anhand eines Kartenelements beschrieben.
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In einem Schritt 16 wird ein erster Kartierungsschritt ausgeführt. Der erste Kartierungsschritt kann beispielsweise ein Vorverarbeiten oder Ausrichten von empfangenen Messdaten umfassen.
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Anschließend wird mindestens eine Beobachtungsgröße des ersten Kartierungsschritts 16 nach einem Ausführen des ersten Kartierungsschritts durch eine erste Überwachungsfunktion 17 ermittelt und mit einem Sollwert der Beobachtungsgröße verglichen.
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Es wird jeweils eine Überwachungsfunktion 17, 19, 21 nach jedem Kartierungsschritt 16, 18, 20 zum Ermitteln und Validieren von Beobachtungsgrößen des jeweiligen Kartierungsschritts 16, 18, 20 ausgeführt.
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Als ein zweiter beispielhafter Kartierungsschritt 18 kann beispielsweise ein Erstellen einer Lokalisierungskarte erfolgen. Ein beispielhafter dritter Kartierungsschritt 20 kann ein Erstellen einer Verhaltenskarte von Verkehrsteilnehmern und/oder ein Erstellen einer Planungskarte umfassen. Es können weitere Zwischenschritte oder weitere Kartierungsschritte ausgeführt werden, welche der Übersicht halber nicht dargestellt sind.
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Es wird jeweils eine Überwachungsfunktion 17, 19, 21 nach jedem Kartierungsschritt 16, 18, 20 ausgeführt. Vorzugsweise können die Überwachungsfunktionen 17, 19, 21 an die Kartierungsschritte 16, 18, 20 angepasst sein.
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Anhand eines Vergleichs der Beobachtungsgrößen mit Sollwerten der Beobachtungsgrößen wird durch die Überwachungsfunktion mindestens ein Ergebniswert berechnet.
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Durch die Überwachungsfunktion ermittelte Ergebniswerte werden an eine gesicherte Verarbeitungseinheit 22 übermittelt. Die gesicherte Verarbeitungseinheit 22 kann beispielsweise als eine gesicherte SPS Hardwareeinheit ausgestaltet sein.
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Die empfangenen Ergebniswerte werden durch die gesicherte Verarbeitungseinheit 22 zu einem Gesamtwert zusammengefasst 24. Hierbei können die jeweiligen Ergebniswerte unterschiedlich stark gewichtet werden.
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In einem weiteren Schritt 26 wird der Gesamtwert in Form eines Zertifikats gespeichert und mit dem Kartenelement verknüpft.
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Das derart zertifizierte Kartenelement kann anschließend Verkehrsteilnehmern 14 bereitgestellt werden 28.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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