DE102018212174A1

DE102018212174A1 - Nachrüstsatz für ein Fahrzeug und Fahrzeugsystem

Info

Publication number: DE102018212174A1
Application number: DE102018212174.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kiesewetter; Michael Beham; Peter Schneider; Bernhard Staudacher; Dirk WISSELMANN
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz (10) für ein Fahrzeug (1), insbesondere für einen Personenkraftwagen, welcher im und/oder am Fahrzeug (1) montierbar ist und welcher eingerichtet ist, in einem montierten Zustand als Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs (1) zu fungieren und insbesondere einen steuerbaren Vorgang autonomen Fahrens in Bezug auf das Fahrzeug (1) zu initiieren, auszuführen und/oder zu steuern. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeugsystem (100) mit einem Fahrzeug (1) und mit einem am oder im Fahrzeug (1) montierbar ausgebildeten erfindungsgemäßen Nachrüstsatz (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz für ein Fahrzeug und ein Fahrzeugsystem.
Bei Fahrzeugen im Allgemeinen und insbesondere in der Automobilbranche wird vermehrt auf Fahrassistenzsysteme im Hinblick auf ein hochautomatisiertes oder autonomes Fahren gesetzt. Problematisch bei herkömmlichen Konzepten ist, dass bisherige Systeme zur Realisierung derartiger Fahrkonzepte in einem gegebenen Fahrzeug fest integriert ausgebildet sind. Bereits bestehende und von einem Kunden erworbene Fahrzeuge können an der rapiden Entwicklung auf dem Gebiet des autonomen Fahrens ohne weiteres nicht teilhaben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Mittel bereitzustellen, welche eine Anpassung herkömmlicher Fahrzeuge im Hinblick auf Aspekte einer Fahrassistenz und eines autonomen Fahrens erlauben.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch einen Nachrüstsatz für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeugsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Nachrüstsatz für ein Fahrzeug und insbesondere für einen Personenkraftwagen geschaffen, welcher im und/oder am Fahrzeug montierbar ist und welcher eingerichtet ist, in einem montierten Zustand als Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs zu fungieren und insbesondere einen steuerbaren Vorgang autonomen Fahrens in Bezug auf das Fahrzeug zu initiieren, auszuführen und/oder zu steuern. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen wird es möglich, auch Fahrzeuge, die von Haus aus ein Fahrassistenzsystem oder ein System zum autonomen Fahren bisher nicht oder nicht in ausreichendem Umfang aufweisen, nachzurüsten, um die entsprechenden Funktionalitäten in zuverlässiger Weise zu realisieren. Dabei ist es auch möglich, ein Nachrüsten wiederholt auszuführen, zum Beispiel im Sinne eines Upgrades, d.h. mit verbesserten und erweiterten Funktionalitäten, welche insbesondere über ein reines Aktualisieren der Steuersoftware hinausgehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes und insbesondere zur Realisierung von Fahrassistenzfunktionen und/oder von Funktionen des autonomen Fahrens ist ein jeweiliger Nachrüstsatz ausgebildet

- mit Mitteln einer Sensorik und/oder Mitteln einer Anbindung an eine Sensorik des zu Grunde liegenden Fahrzeugs,
- mit Mitteln einer Aktorik und/oder Mitteln einer Anbindung an eine Aktorik des zu Grunde liegenden Fahrzeugs,
- mit Kommunikationsmitteln zur Kommunikation mit Komponenten des Fahrzeugs, insbesondere mit einer fahrzeugseitigen Steuereinheit, einer Motorsteuerung, einer Schnittstelle des Fahrzeugs und/oder
- mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Sensorik, Aktorik, jeweiliger Mittel zur Anbindung und/oder der Kommunikationsmittel.

Das bedeutet, dass der erfindungsgemäße Nachrüstsatz eingerichtet sein kann, mit Komponenten des zu Grunde liegenden Fahrzeugs zu interagieren und deren Funktionalität zu verwenden, zum Beispiel im Hinblick auf von im Fahrzeug erfassten Messdaten zum Betriebszustand des Fahrzeugs, zur Umgebung und dergleichen. Andererseits kann der erfindungsgemäße Nachrüstsatz eigene Komponenten aufweisen, gegebenenfalls in Ergänzung zur Funktionalität des Fahrzeugs, zum Beispiel im Hinblick auf erweiternde Sensoren und dergleichen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes ist dieser teilweise oder vollständig am oder im zu Grunde liegenden Fahrzeug reversibel oder demontierbar montierbar ausgebildet. Das bedeutet zum Beispiel, dass Teile des Nachrüstsatzes oder der gesamte Nachrüstsatz nach Installationen am Fahrzeug auch wieder entfernt werden können, zum Beispiel in einem Fall, bei welchem die Unterstützung durch den Nachrüstsatz und seine Funktion nur zeitweilig benötigt wird.
Besonders vorteilhaft ist eine Konfiguration des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes, welche teilweise oder vollständig an einem Fahrzeugsitz des zu Grunde liegenden Fahrzeugs montierbar ausgebildet ist, insbesondere an einem Fahrersitz.
Insbesondere kann daran gedacht werden, den erfindungsgemäßen Nachrüstsatz teilweise oder vollständig als Fahrzeugsitz oder als Teil eines Fahrzeugsitzes und vorzugsweise für einen Austausch eines im zu Grunde liegenden Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugsitzes, insbesondere Fahrersitzes, bzw. eines Teils davon, auszubilden.
Bei einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes ist dieser teilweise oder vollständig als Roboter ausgebildet.
Dabei kann zum Beispiel eine humanoide Form oder Gestalt gewählt werden, insbesondere mit Beingliedmaßen und/oder Fußgliedmaßen zur gesteuerten Bedienung einer Fahrzeugpedalerie, mit Armgliedmaßen und/oder Handgliedmaßen zur gesteuerten Bedienung einer Lenkung, einer Gangwahl und/oder von Armaturenbrettkomponenten und/oder mit einem Kopfelement, an und/oder in welchem Mittel der Sensorik ausgebildet sind.
Bei einer besonders flexiblen Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist der Nachrüstsatz teilweise oder vollständig als Haushaltsroboter ausgebildet. Ein derartiger Haushaltsroboter weist dann als Zusatzfunktion noch die Möglichkeiten einer Fahrassistenz oder eines autonomen Fahrens auf und kann somit als Chauffeur fungieren.
Eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes stellt sich ein, wenn dieser teilweise oder vollständig als Faltroboter ausgebildet ist.
Ein besonders hohes Maß an Flexibilität bei der Anwendung ergibt sich, wenn der erfindungsgemäße Nachrüstsatz in einem nicht montierten oder demontierten Zustand teilweise oder vollständig in einem Kofferraum des zu Grunde liegenden Fahrzeugs verstaubar ausgebildet ist. Dies erfolgt durch entsprechende Anpassung der Bauform, gegebenenfalls mit einer Zerlegbarkeit in einzelne Bestandteile.
Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes lässt sich weiter steigern, wenn der Nachrüstsatz - insbesondere über seine Steuereinheit - ausgebildet ist,

- sich in Bezug auf das zu Grunde liegende Fahrzeug und dessen Eigenschaften selbständig einzurichten und/oder
- in einer Lernphase über ein Zusammenwirken von eigener und/oder fahrzeugseitiger Sensorik, Aktorik und/oder Steuerung Daten im Zusammenhang mit einem Fahrverhalten, Lenkverhalten, Bremsverhalten, Beschleunigungsverhalten, Lenkspiel und/oder Bremsspiel des zu Grunde liegenden Fahrzeugs zu erfassen und/oder zu lernen.

Der erfindungsgemäße Nachrüstsatz kann auch mehrteilig oder mehrstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Aktorik an einem Fahrersitz angebracht sein, wogegen zumindest ein Teil der Sensorik zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Aufsatz am Dach des Fahrzeugs ausgebildet ist, insbesondere um einen 360°-Blick zu ermöglichen.
Auch ist zusätzlich oder alternativ eine Kombination aus externer Sensorik und einer Sensorik denkbar, welche mit zumindest einem Teil der Aktorik in einer Einheit ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeugsystem geschaffen. Das Fahrzeugsystem ist ausgebildet mit einem Fahrzeug sowie mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten und am oder im Fahrzeug montierbar ausgebildeten oder montierten Nachrüstsatz.
Denkbar ist eine Anwendung bei beliebigen Fahrzeugen, bevorzugt jedoch bei Kraftfahrzeugen und dort weiter bevorzugt bei Personenkraftwagen.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.

1 zeigt eine schematische und teilweise geschnittene Frontansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems mit einem Fahrzeug und einem installierten Nachrüstsatz.
2 zeigt eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems mit einem in einem Fahrzeug installierten Nachrüstsatz, insbesondere im Zusammenhang mit einer Lenkung und weiteren Bedienelementen des zu Grunde liegenden Fahrzeugs.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 Ausführungsbeispiele und der technische Hintergrund der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
1 zeigt eine schematische und teilweise geschnittene Frontansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems 100 mit einem Fahrzeug 1 und einem installierten und erfindungsgemäß ausgestalteten Nachrüstsatz 10.
Der Nachrüstsatz 10 ist in diesem Fall als Roboter 10' in humanoider Form mit Kopf 15 sowie Arm- und Handgliedmaßen 11 bzw. 12 ausgebildet und auf einem Fahrzeugsitz 5, nämlich dem Fahrersitz des Fahrzeugs 1, in Montage platziert. Der Roboter 10' weist im Zusammenhang mit den Armgliedmaßen 11 und den Handgliedmaßen 12 Aktoren 30 auf, um, wie dies in 1 dargestellt ist, das Rad 3 der Lenkung zu ergreifen und einen Vorgang des Lenkens zu bewirken.
Dazu weist der Roboter zusätzlich im Bereich des Kopfes 15 eine Sensorik 20, zum Beispiel Kameras oder andere optische Sensoren, zur Umfelderfassung auf. Zusätzlich kann eine Anbindung an externe Sensoren und/oder an Sensoren des Fahrzeugs 1, die ohnehin ausgebildet sind, vorgesehen sein. Auch eine Anbindung an Aktoren des Fahrzeugs 1 ist denkbar. Auch können der Roboter 10' oder der Nachrüstsatz 10 ganz allgemein zusätzliche Sensoren und Aktoren aufweisen, zu Beispiel Aktoren zur Bedienung der Pedalerie des Fahrzeugs 1 oder weiterer Bedienelemente, zu Beispiel der Gangwahl und/oder am Armaturenbrett.
2 zeigt eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems 100 mit einem in einem Fahrzeug 1 installierten Nachrüstsatz 10, insbesondere im Zusammenhang mit einer Lenkung 3 und weiteren Bedienelementen 6 des zu Grunde liegenden Fahrzeugs 1.
Der Nachrüstsatz 10 ist wiederum als humanoider Roboter 10' ausgebildet, wobei in 2 schematisch nur Armgliedmaßen 11 und Handgliedmaßen 12 mit entsprechenden Aktoren 30 angedeutet sind und diese der Betätigung des Lenkrads 3 und der Bedienelemente 6 am Lenkrad dienen.
Im unteren Bereich der 2 ist die grundsätzliche Verbindung der Steuereinheit 50 des Nachrüstsatzes 10 mit den eigenen Aktoren 30 und Sensoren 20 über die Kommunikationsmittel 40, zum Beispiel in Form eines Busses und/oder entsprechender Schnittstellen, sowie über entsprechende Anbindungen 25, 35, 55 mit einer Fahrzeugsensorik 120, einer Fahrzeugaktorik 130 und einer Fahrzeugsteuerung 150 dargestellt.
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:

Im Bereich der Automobilindustrie wird an technischen Gesamtkonzepten gearbeitet, die als Sonderausstattung bestellt, ein hochautomatisiertes Fahren gemäß den im VDA definierten Stufen oder Level ermöglicht. Wenige Jahre später wird auf Basis der gleichen Technologie unter Verwendung von Sensoren, Umfeldmodellen und entsprechender Berechnungen weltweit die im Fahrzeug fest integrierte Lösung zum vollautomatisierten Fahren verfügbar sein.

Hierbei sind allerhöchste Verfügbarkeits- und Sicherheitsanforderungen durch alle involvierten Komponenten, Funktionen und Systeme zu erfüllen. Eine Lösung zum vollautomatisierten Fahren wird in Privatfahrzeugen zunächst wahrscheinlich nur zu einem sehr hohen Preis beziehungsweise in teuren Premiumfahrzeugen verfügbar sein.
Da zum gegebenen Zeitpunkt nicht gleich der Großteil der Fahrer von z.T. recht neuen und teuren Fahrzeugen umsteigen möchte, wird es eine gewisse Zeit dauern, bis eine spürbare Marktdurchdringung dieser Technologie verzeichnet werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Nachrüstlösung mit Nachrüstsatz 10 ließe sich ein völlig neuer Markt erschließen und eine wesentlich größere Anzahl an Kunden erreichen.
Der erfindungsgemäße Nachrüstsatz 10, im Folgenden der Einfachheit halber auch als Fahrroboter 10' bezeichnet, kann in verschiedenen Varianten umgesetzt werden.
Beispiele dafür sind unter anderem

1. der einmalig fest installierte Fahrroboter 10' auf dem Fahrersitz 5,
2. der bei Bedarf sich selbst einrichtende Faltroboter 10', der auch wieder im Kofferraum verstaut werden kann,
3. der Nachrüstfahrersitz, der automatisiertes Fahren ermöglicht und Sensorik 20 wie Aktorik 30 integriert aufweist, und
4. der technologisch erheblich ertüchtigte Haushalts-Humanoid-Roboter 10', der bei Bedarf auch fahren kann.

Die jeweils zu lösenden technischen Probleme differieren geringfügig, lassen sich jedoch in grobe Cluster einteilen:

Installation und Setup:

- Sicherstellen hinreichender und redundant ausgelegter elektrischer Energieversorgung
- Erkennen des Fahrzeugtyps
- Erlernen der Grundbedienelemente des Fahrzeugs aus der Roboter-Fahrzeugzulassungs-DB
- Sichere Verankerung im Fahrzeug 1
- Verbindung mit Fahrzeugfunktionen (Lenkung 3, Bremse, Gaspedal,...)
- Adaption an Lenkspiel, Lenkwirkung, Pedalwirkung
- Anpassung aller Sensoren, speziell der Kameras, an Spiegel, Kombi-Instrument etc.
- Verbau von Sensoren an exponierten Plätzen (Dachträger, I-Tafel, ...) und deren Verbindung an den Roboter
- Durchlauf von Initial-Setup- und Funktionsbestätigungsroutine Sensorik 20:
- Eine Optimierung der Sensorplatzierung ist notwendig, damit sich das Umfeldmodell der Roboterlösung in Vollständigkeit und Genauigkeit nur minimal von dem der im Fahrzeug integrierten Lösung unterscheidet.
- Nicht vorhandene fahrzeugexterne Sensoren müssen ggf. durch zusätzliche interne ausgeglichen werden.
- Ohne eine Optimierung / Paketierung wären zu viele Sensoren zusätzlich im Fahrzeug verteilt mit Risiken der Dejustage etc.
- Sensorreinheit und -position sind regelmäßig zu prüfen.

Regelung / Fahren:

- Eine Nachrüstlösung muss alle Eingangssignale oder Eingaben wie Tachosignale und über eine Sensorik 20, 120 erfasste Beschleunigung / Bewegung miteinander verarbeiten.
- Über diverse Sensoren 20, 21 müssen sowohl die genaue Fahrzeugbewegung als auch die ggf. stattfindende Bewegung des Fahrroboters 10' relativ im oder zum Fahrzeug 1 erfasst werden.
- Der Fahrroboter 10' muss aus aller Sensorik 20, 120 und Aktorik 30, 130 das Verhalten des Fahrzeuges 1 berechnen können.
- Der Fahrroboter 10' muss nicht nur die eigentlich notwendigen Aktoreingaben oder -inputs (z.B. Lenkradbewegung) berechnen, sondern über intelligente kurze Regelschleifen auch erfassen, ob das gewünschte Ergebnis erzielt wurde und dann ggf. nachjustieren. Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich hierbei jedes Fahrzeug 1 individuell anders verhält.
- Auch über Mikrophone müssen Situationen erfasst werden können, z.B. Hören einer Sirene mit nachfolgendem Check per Kameras, ob und von wo aus sich ein Fahrzeug mit Sirene nähert.
- Aktives Fahren über Lenkrad 3, Pedalerie und weitere Bedienelemente 6 stellt allerhöchste Ansprüche an die Regelungsgüte und -geschwindigkeit. Auch ändern sich die Regelungsanforderungen im gleichen Fahrzeug über einen längeren Zeitraum.

ABK-Adaption:

- Alle Anzeige- und Bedienfelder der für den Fahrroboter 10' freigegebenen Fahrzeuge 1 müssen bekannt sein und erkannt werden.
- Anzeigen müssen auch bei schwierigen Lichtverhältnissen, Luftfeuchtigkeit, verkratzten Displays etc. erkannt werden können.
- Sicherheitsrelevante Meldungen, z.B. als CCM, müssen mit der korrekten Reaktion versehen werden.
- Der Anzeigebedienkonzept- oder ABK-Check muss Bestandteil einer Einrichtungsroutine sein.
- Anzeigeinhalte müssen zur sicheren und schnellen Handhabung kategorisiert und ausgewertet werden.
- Alle Taster und Schalter sowie der Gangwahlschalter, Handbremshebel oder - schalter und/oder andere Bedienelemente 6 müssen immer sicher bedient werden können.
- Auf Widersprüche in den Anzeigebedienkonzept- oder ABK-Inputs muss qualifiziert reagiert werden.

Der erfindungsgemäße Nachrüstsatz 10 kann in sehr unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein, dabei sind insbesondere die nachfolgend genannten vier verschiedenen Typen eines Fahrroboters 10' bedeutsam:

1. Fest installierter Roboter 10: Dieser wird vom Kunden erworben und in einem einzigen Fahrzeug 1 fest verbaut. Die Installation inklusive der Anbindung aller ggf. anderweitig neu positionierten Sensoren und Aktoren für Lenkrad 3, Pedalerie, Tasten und andere Bedienelemente 6 kann zum Beispiel durch den TÜV durchgeführt, eingetragen und per Siegel an relevanten Punkten zertifiziert werden. Dieser Roboter 10' kann schon ab Werk per Sonderkonfiguration auf das zu fahrende Fahrzeug hin optimiert werden. Bei einem Fahrzeugwechsel ist dann ggf. eine Adaption der Roboterhardware notwendig.
2. Sich selbst einrichtender Faltroboter: Dieser kann zum Beispiel im Kofferraum zusammengefaltet und transportiert und bei Bedarf vor einer Fahrt auf dem Fahrersitz 5 platziert und dort mit vorgegebenen Mechanismen fest fixiert werden. Nachdem er eine Anbindung an das Fahrzeugenergiebordnetz als Redundanz zur eigenen Energieversorgung erfahren hat, richtet er sich in dem Wissen, um welches Fahrzeug 1 es sich handelt, selbst ein. Hierbei muss auch kontrolliert werden, ob alle Aktoren 30, 130 festen Halt und eine fixe Position haben. Auch muss getestet werden, ob hinreichend Lenk- und Pedalkräfte übertragen werden können. Erst nach erfolgreicher Einrichtung, Sensoriktest, Anzeigebedienkonzept- und Aktoriktest meldet der Fahrroboter 10' Fahrbereitschaft.
3. Fahrroboter im Fahrersitz: Bei dieser Variante kann ebenfalls einmalig ein neuer Fahrersitz 5 eingebaut sein oder werden, in dem sich ein Fahrroboter 10' befindet. Die redundante Energieversorgung ist somit kontinuierlich automatisch gesichert. Auch ist die feste Positionierung der Aktorik 130 und fahrzeuginternen Sensorik 120 in dieser Lösung systemimmanent. Sobald eine Person auf dem Sitz erkannt wird, lässt sich die Einrichtungsroutine des Roboters 10' nicht starten. Bei dem Sitz 5 kann es sich um einen neutralen Standardsitz (Recaro) mit DIN-Schiene handeln. In einer weiteren Option kann die Anbindung an die Lenkung 3 auch über eine eigens bei Installation freigegebene elektronische Lenkwinkelschnittstelle erfolgen, so dass keine mechanische Verbindung zur Lenkung notwendig würde.
4. Erweiterung eines Humanoidroboters: Diese Variante entspricht im Wesentlichen der Variante 2, nur dass hierbei auf einen bereits im Haushalt vorhandenen Humanoidroboter 10' aufgebaut wird. Von diesem wird eine Variante „Fahrer“ angeboten, die alle notwendige Sensorik 20, Aktorik 30 und HW/SW/Regelungstechnik, also eine Steuereinheit 50, aufweist.

Aspekte zur Installation und zum Setup:

Bei portabel einsetzbaren Fahrrobotern 10' als erfindungsgemäßem Nachrüstsatz 10 wird zu allererst über eine Mustererkennung der Fahrzeugtyp erkannt. Dann wird gemappt, ob der Roboter 10' für das Fahren dieses Typs freigegeben ist. Erst dann werden Installationsschritte gestartet. Nach Basispositionierung und Fixierung auf dem Fahrersitz 5 wird die Anbindung an zwei unabhängige Spannungsversorgungen gefordert. Somit müssen z.B. zwei verschiedene hochstromfähige 12V-Anschlüsse belegt werden. Mit diesen wird je eine der beiden Roboterbatterien geladen. Zu Beginn wird über eine kurze Last durch den Roboter 10' geprüft, ob die Energieversorgung hinreichend ist.

Im nächsten Installationsschritt gleicht der Roboter 10' alle Bedienelemente 6 und Anzeigeelemente aus der Datenbank mit den konkreten im Fahrzeug 1 ab. Taster werden testbedient. Für bestimmte Fahrzeuge 1 wird der Roboter 10' neben den beiden Lenkarmen in Form von Armgliedmaßen 11 (zwei wegen der Redundanz) zusätzlich mit einem Bedienarm für Taster ausgestattet, so dass die Lenkverbindung für Tastenbedienung nicht getrennt werden muss.

Dann verbindet sich der Roboter 10' mit dem Lenkrad 3, fixiert die optimale Verbindung und führt die gleiche Aufgabe bei den Pedalen durch. Das Bremspedal wird dabei vollständig umklammert (8-Achsgriff).

Im folgenden Schritt wird noch im Stillstand des Fahrzeugs 1 der Lenkanschlag angefahren und dabei die notwendige Winkeldrehung erfasst. Auch bei den Pedalen werden Maximalpositionen und -drücke erfasst. Während der ersten Lenkungen und Bremsungen während der Fahrt werden die Wirkverhältnisse der Lenkung und Bremse unter den aktuellen Verhältnissen (z.B. Fahrzeugbeladung) erfasst und für alle weiteren Regelaufgaben stets wieder aktualisiert.

Danach richtet der Roboter 10' alle in seiner eigenen Hardware verbauten Sensoren 20 korrekt ein. So ist eine Kamera ausschließlich für das Kombiinstrument vorhanden und richtet sich optimal auf dieses ein. Per neuronaler Netze wird jede Kombination von Anzeigen erkannt. Pro Rückspiegel ist jeweils eine weitere Kamera im Roboter verbaut und richtet sich optimal auf den jeweiligen Spiegel ein. Wieder wird per KI festgestellt, ob die Rückspiegel sinnvoll eingerichtet sind. Bei Bedarf weiß der Roboter 10', wie er über Tasten die Außenspiegel nachstellen kann. Im Falle des Innenspiegels geschieht dies bei Bedarf über einen der beiden Lenkarme, also der Armgliedmaßen 11. Der Roboter 10' kann eine 360-Grad-HD-Kamera aufweisen, die er verfahren kann, um sie über die Kopfstütze hinaus zu bewegen, damit echte Rundumsicht gegeben ist.

Der Roboter 10' signalisiert bei der Installation, welche Sensorpakete ggf. auf dem Dach zu installieren sind. Diese Anbringung erfolgt entweder über Hochleistungsmagneten oder über einen Dachträger. Nachdem die hochsichere Kommunikationsverbindung mit dem Roboter 10' hergestellt ist, führt er einen Test und eine elektronische Feinjustage dieser Sensoren 20 durch. Bevor er seinen Setup abschließt, stellt er noch sicher, dass über ein Gespräch festgestellt wird, wer ihm im Fahrzeug 1 Kommandos wie Zieländerungen etc. mitteilt.

Aspekte zur Sensorik

Für alle vier Varianten des Fahrroboters 10' gilt, dass optische Sensoren, in aller Regel Kameras, technisch ausgereizt werden. Mit einer Full-HD-360-Grad-Kamera allein erfasst der Roboter 10' gleichzeitig ein Vielfaches an optischen Signalen als ein menschlicher Fahrer. Somit ist auch das Umfeldmodell und somit das Wissen um die Potentiale der nächsten Fahrtrichtungs- und Geschwindigkeitsänderungen deutlich umfangreicher und zu jedem Zeitpunkt aktuell.

Die heute verfügbaren Sensoren 20 inklusive Kameras sind jedoch weiterzuentwickeln, so dass sie ständig einen Funktionscheck mitlaufen lassen und einen Vollfunktionsstatus mit ausreichender funktionaler Sicherheit an die verbundenen Steuergeräte liefern. Ein Ausfall ist somit nicht durch ein schwarzes Bild gekennzeichnet, sondern explizit ausgewiesen.

Auch sorgen neuartige Belüftungsfunktionen für Beschlagfreiheit aller im Roboter verbauten Sensoren.

In den verschiedenen Varianten des Fahrroboters 10' sind 360-Grad-Kameras für die Erfassung der Verkehrssituation sowie von Einzelobjekten verbaut. Des Weiteren dienen jeweils eigens für das Kombiinstrument und das CID verbaute Kameras der Erfassung von Anzeigebedienkonzept- oder ABK-Informationen.

Für die zusätzlich zur Rundumkamera stattfindende Erfassung des rückwärtigen Verkehrs über die Fahrzeugspiegel sind im Roboter drei weitere Kameras verbaut, die explizit vollflächig nur das Bild je eines Spiegels erfassen.

Spezialmikrophone dienen der Erfassung akustischer Signale aus dem Verkehrsgeschehen wie

- Sirenen von Einsatzfahrzeugen,
- Warnsignalen wie Hupen,
- Signale kreuzender Züge,
- Geräusche anderer Fahrzeuge oder des Untergrunds

sowie der Kommunikation im Fahrzeuginnenraum und hierbei auch der Aufträge für z.B. Zieleänderungen.

Im Roboter 10' sind zusätzlich Bewegungs-/Gyro-Sensoren (Inertialsensorik) 20 verbaut, mit deren Hilfe der Roboter sowohl erfassen kann, welche konkreten Bewegungen das Fahrzeug gerade durchführt (Ego-Motion). Auch erfasst der Roboter 10' mit diesen Sensoren 20, ob sich seine Position auf dem Fahrersitz 5 (bei den portablen Varianten) geändert hat, die eine Nachjustage aller Sensoren oder das Anfahren einer sicheren Position für das Fahrzeug zur Folge hätte.

Die anderen für das vollautomatische Fahren benötigten Sensoren, mit denen auch die Verfügbarkeit des Roboters 10' verbessert wird, wie SRR (Short-Range-Radar), LRR (Long-Range-Radar) oder LIDAR werden an der für die jeweilige Technologie optimalen Nachrüstposition verbaut. Diese sind auf der I-Tafel direkt hinter der Frontscheibe mit Anti-Reflex-Folie auf der Innenseite der Frontscheibe. Weitere Positionen befinden sich auf dem Dach. Hier kommt entweder ein starkes Magnet-Pad zur sicheren Fixierung zum Einsatz oder aber eine feste Montage auf einem Dachträger.

Erfindungen zum Anzeiaebedienkonzept (ABK) und zur Adaption daran

Für alle Fahrzeuge 1, die der Fahrroboter 10' bewegen darf, muss er eine eigene Zulassung erfahren. Eine Basis hierfür ist die Verfügbarkeit aller Anzeigebedienkonzept- oder ABK-Informationen über alle Sonderausstattungen dieser Fahrzeuge in einer Datenbank. Hier werden das Kombi-Instrument und das zentrale Display mit Maßen, Verortung, Erkennungspunkten hinterlegt. Dann wird vom Objekt-Nullpunkt aus in Relativkoordinaten beschrieben, wo sich welche Anzeigen befinden und wo welche Meldungen, z.B. Check-Control-Meldungen, erscheinen. Diese Informationen werden bei der Einrichtung der jeweiligen Kamera ausgewertet.

Des Weiteren werden die Koordinaten und Betätigungsvektoren aller für eine Fahrt notwendigen Bedieneinheiten aus dieser Datenbank abgerufen und durch den Roboter bei der Initialisierungsroutine im Fahrzeug 1 verwendet. Über ein Fuzzymodul ist der Roboter 10' auch in der Lage, z.B. Taster zu betätigen, die sich gegenüber dem Auslieferungszustand des Fahrzeugs leicht in der Position verändert haben. Alle Anzeige- und Bedienfelder werden nach Wichtigkeit und Dringlichkeit geclustert.

Für alle Bedienelemente wird ein Actio-Reactio-Regelwerk hinterlegt. Das bedeutet, dass der Roboter weiß, wie er konkret testen kann, ob z.B. eine Tastenbetätigung zum erwarteten Ergebnis geführt hat. Im Falle des Blinkers ist dies die optische und akustische Überprüfung, ob dieser korrekt arbeitet.

Vorteile

Die vorgestellten erfindungsgemäßen Lösungen der technischen Probleme bei der Adaption der Technologie des vollautomatisierten Fahrens in eine Nachrüstlösung mit Fahrroboter 10' eröffnet vollkommen neue Marktpotentiale und Einsatzgebiete.

So wird es erstmals möglich, die weltweit extrem große Anzahl existierender Fahrzeuge mit Automatikgetriebe (als einzige technische Prämisse) so nachzurüsten, dass man sich ohne Führerschein auch durch diese Fahrzeuge legal und sicher fahren lassen kann. Somit ergibt sich ein Vielfaches an Marktdurchdringung im Vergleich zu einer Sonderausstattung VAF, die nur in Premiumfahrzeugen und hier oft auch nur in der oberen Klasse angeboten werden wird. Durch das zu erwartende sehr hohe Marktvolumen werden auch die Einkaufskosten der benötigten Hardware stark sinken, womit sich ein positiver Business Case ergibt.

Durch das im Vergleich zur Fahrzeug-integrierten Lösung leicht reduzierte Umfeldmodell kann es sein, dass eine Zulassung des Roboters diesen auf Höchstgeschwindigkeiten wie z.B. 100km/h begrenzt, was aber sicher von jedem Kunden akzeptiert wird.

Durch die erfindungsgemäßen Aspekte, mit welchen der Fahrroboter 10'ausgestattet werden kann, werden folgende Szenarien erstmalig auch mit Fahrzeugen 1 möglich, die bereits heute auf unseren Straßen fahren, nämlich

1. das Fahren älterer und gebrechlicher Leute, auch in abgelegenen Regionen,
2. das Transportieren von Kindern zur Schule oder zu den Hobbys, ohne dass ein Erwachsener im Fahrzeug 1 anwesend ist,
3. eine Aufwertung konventioneller Fahrzeuge im Hinblick auf ihren Wert und Nutzen,
4. die Möglichkeit, im Fahrzeug 1 während der Fahrt zu schlafen oder zu arbeiten,
5. der Transport des Eigentümers oder Besitzers des Fahrzeugs 1, nachdem dieser Alkohol getrunken hat, wobei sich der Besitzer am nächsten Tag wieder selbst ans Steuer setzt,
6. das Steuern von Lastkraftwagen, wodurch Auffahrunfälle durch übermüdete Fahrer vermieden werden,
7. das Vermieten des eigenen Fahrzeugs 1 mit dem Roboter 10' oder auch nur des Roboter 10',
8. der Betrieb und die Verwendung des Roboters 10' in einem Spezialmodus auf dem Beifahrersitz, nämlich als beratender Beifahrer für Fahranfänger, dienen,
9. die Möglichkeit einer Aktualisierung des Roboters 10', im Hinblick auf den neuesten Stand bezüglich Hardware und Software.

In der Variante des Humanoidroboters 10', der technisch für das Fahren erweitert wurde, ergeben sich weitere Synergien, da dieser gleich die Einkaufsliste etc. mit im Fahrzeug 1 hat.

Die Tatsache, dass viele Kunden, die wenige Jahre vor dem ersten Angebot einer VAF-Sonderausstattung ein hochpreisiges Fahrzeug 1 erworben haben, das Ihnen immer noch gut gefällt, mit der vorgestellten Erfindung auf ein VAF-Fahrzeug 1 updaten können, wird zu einer sehr hohen Marktdurchdringung von Fahrrobotern 10' führen. Durch deren Nutzung wird die Zahl der Verkehrsregelverstöße, Alkoholfahrten, etc. deutlich verringert. Die Sicherheit auf den Straßen erhöht sich deutlich.

Der Roboter 10' wird verschiedene Fahrweisen anbieten, die immer der Straßenverkehrsordnung folgen, sich aber in Beschleunigung, gewählter Strecke etc. unterscheiden werden. In den meisten (automatisch) genutzten Fahrmodi wird sich der Kraftstoffverbrauch nahe dem möglichen Minimum einpendeln. Somit ist auch ein positiver ökologischer Effekt zu verzeichnen. Dies gilt auch bei Nutzung von elektrischen Fahrzeugen 1.

Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Karosserie
3: Lenkung, Lenkrad
5: Fahrzeugsitz
6: Bedienelement
10: Nachrüstsatz
10': Roboter
11: Armgliedmaß
12: Handgliedmaß
15: Kopf
20: Sensorik
25: Anbindung an Fahrzeugsensorik 120
30: Aktorik
35: Anbindung an Fahrzeugaktorik 130
40: Kommunikationsmittel
50: Steuereinheit
55: Anbindung an Fahrzeugsteuerung 150
100: Fahrzeugsystem
120: Fahrzeugsensorik
130: Fahrzeugaktorik
150: Fahrzeugsteuerung

Claims

Nachrüstsatz (10) für ein Fahrzeug (1), insbesondere für einen Personenkraftwagen, - welcher im und/oder am Fahrzeug (1) montierbar ist und - welcher eingerichtet ist, in einem montierten Zustand als Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs (1) zu fungieren und insbesondere einen steuerbaren Vorgang autonomen Fahrens in Bezug auf das Fahrzeug (1) zu initiieren, auszuführen und/oder zu steuern.
Nachrüstsatz (10) nach Anspruch 1, mit - Mitteln einer Sensorik (20) und/oder Mitteln einer Anbindung (25) an eine Sensorik des zu Grunde liegenden Fahrzeugs (1), - Mitteln einer Aktorik (30) und/oder Mitteln einer Anbindung (35) an eine Aktorik des zu Grunde liegenden Fahrzeugs (1), - Kommunikationsmittel (40) zur Kommunikation mit Komponenten des Fahrzeugs (1), insbesondere mit einer fahrzeugseitigen Steuereinheit, einer Motorsteuerung, einer Schnittstelle des Fahrzeugs (1) und/oder - einer Steuereinheit (50) zur Steuerung des Betriebs der Sensorik (20), Aktorik (30), jeweiliger Mittel zur Anbindung (25, 35) und/oder der Kommunikationsmittel (40).
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, - welcher teilweise oder vollständig am oder im zu Grunde liegenden Fahrzeug (1) reversibel oder demontierbar montierbar ausgebildet ist.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher teilweise oder vollständig an einem Fahrzeugsitz (5) des zu Grunde liegenden Fahrzeugs (1) montierbar ausgebildet ist, insbesondere an einem Fahrersitz.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher teilweise oder vollständig als Roboter (10') ausgebildet ist, insbesondere in humanoider Form, mit Beingliedmaßen und Fußgliedmaßen zur gesteuerten Bedienung einer Fahrzeugpedalerie, und/oder mit Armgliedmaßen (11) und Handgliedmaßen (12) zur gesteuerten Bedienung einer Lenkung (3), einer Gangwahl und/oder Armaturenbrettkomponenten und/oder einem Kopfelement (15), an welchen Mittel der Sensorik (20) ausgebildet sind.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher teilweise oder vollständig als Haushaltsroboter ausgebildet ist.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher teilweise oder vollständig als Faltroboter ausgebildet ist.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher teilweise oder vollständig als Fahrzeugsitz oder als Teil eines Fahrzeugsitzes und für einen Austausch eines im zu Grunde liegenden Fahrzeug (1) vorhandenen Fahrzeugsitzes (5), insbesondere Fahrersitzes, bzw. eines Teils davon ausgebildet ist.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher in einem nicht montierten oder demontierten Zustand teilweise oder vollständig in einem Kofferraum des zu Grunde liegenden Fahrzeugs (1) verstaubar ausgebildet ist.
Nachrüstsatz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher - insbesondere über die Steuereinheit (50) - ausgebildet ist - sich in Bezug auf das zu Grunde liegende Fahrzeug (1) und dessen Eigenschaften selbständig einzurichten und/oder - in einer Lernphase über ein Zusammenwirken von eigener und/oder fahrzeugseitige von Sensorik, Aktorik und/oder Steuerung Daten im Zusammenhang mit einem Fahrverhalten, Lenkverhalten, Bremsverhalten, Beschleunigungsverhalten, Lenkspiel und/oder Bremsspiel des zu Grunde liegenden Fahrzeugs (1) zu erfassen und/oder zu lernen.
Fahrzeugsystem (100) mit - einem Fahrzeug (1) und - einem am oder im Fahrzeug (1) montierbar ausgebildeten Nachrüstsatz (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, - wobei das Fahrzeug (1) insbesondere als Kraftfahrzeug und/oder als Personenkraftwagen ausgebildet ist.