CN110271559B - 用于自主控制机动车辆的改进控制系统和改进控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于自主控制机动车辆的改进控制系统和改进控制方法。控制系统包括获取用于机动车辆的自主控制的环境数据的环境传感器系统。控制系统还包括控制机动车辆的至少一个致动器的至少一个致动器控制器。第一控制单元用环境数据确定针对至少一个致动器控制器的控制命令，并且将控制命令发送到致动器控制器。控制系统还包括用环境数据和控制命令来检查第一控制单元功能性的控制监视单元，其中控制监视单元还根据第一控制单元的检查用环境数据确定针对至少一个致动器控制器的应急控制命令，并且将应急控制命令发送到致动器控制器。至少一个致动器控制器还优于第一控制单元的控制命令来执行控制监视单元的应急控制命令。

Description

用于自主控制机动车辆的改进控制系统和改进控制方法
技术领域
这里，公开了用于自主控制机动车辆的改机控制系统和改进控制方法。该控制系统和控制方法特别地可用于具有完全或部分自主控制的机动车辆中。在权利要求书中定义了其细节；说明书和附图还包含关于系统和操作模式以及系统和方法的变型的相关信息。
背景技术
用于自主或自动驾驶机动车辆的控制系统和控制方法是已知的。在这些情况下，基于传感器系统获取的环境数据由电子驱动实例来完全或部分地控制机动车辆。
由于倘若控制系统失效或故障带来的可能的严重后果(例如，人身伤害和/或材料损坏)，应该采用特殊的安全预防措施。这里将采取的安全预防措施的范围取决于系统组件故障或失效带来的可能后果。因此，ISO 26262(“道路车辆—功能安全”)例如定义了所谓的ASIL(“汽车安全完整性等级”)，它定义了汽车技术系统的安全和冗余要求，这些要求取决于在相应系统可能故障的情况下的危险分析和风险评估。
用于自主驾驶车辆的控制系统具有根据ISO 26262的高ASIL，因为该控制系统的失效例如可伴随有可能的严重后果。然而，实现具有高ASIL的系统特别地由于高冗余和安全要求而更复杂，因此例如通常比实现具有较低ASIL的控制系统的成本更高。
发明内容
潜在的问题
尽管有用于机动车辆的至少部分自主操作的现有控制系统，但是因此需要具有高度的功能安全性和改进的实现费用的改进的控制系统。
提出的解决方案
一种用于机动车辆的自主控制的控制系统包括环境传感器系统，所述环境传感器系统被布置和配置为获取用于机动车辆的自主控制的环境数据。所述控制系统还包括至少一个致动器控制器，所述至少一个致动器控制器被配置为控制所述机动车辆的至少一个致动器。第一控制单元被配置为用所述环境数据确定针对所述至少一个致动器控制器的控制命令，并且将这些控制命令发送到所述至少一个致动器控制器。所述控制系统还包括控制监视单元，所述控制监视单元被配置为用所述环境数据和发送到所述至少一个致动器控制器的所述控制命令来检查所述第一控制单元的功能性，其中，所述控制监视单元还被配置为根据所述第一控制单元的检查用所述环境数据来确定针对所述至少一个致动器控制器的应急控制命令，并且将这些应急控制命令发送到所述至少一个致动器控制器。所述至少一个致动器控制器控制所述机动车辆的至少一个致动器，例如，制动致动器或机动车辆的多个致动器。在这种情况下，所述至少一个致动器控制器还被配置为优于所述第一控制单元的所述控制命令来执行所述控制监视单元的所述应急控制命令。
为了确定控制命令和/或应急控制命令，第一控制单元和/或控制监视单元还可访问机动车辆的车辆参数，例如，机动车辆的速度、加速度或燃料储备。其他车辆参数可以是例如机动车辆的外部尺寸或机动车辆电池的充电水平。车辆参数可分别使用合适的车辆参数传感器来获取，或者如同机动车辆的外部尺寸一样，例如，被控制系统的控制单元和/或控制监视单元存储。车辆参数传感器各自被配置为将车辆参数发送到控制系统的控制单元和/或控制监视单元。
第一控制单元可用相对低的ASIL(例如，A至C的ASIL)来实现，并且正常地在无故障操作中完全控制机动车辆。第一控制单元一方面可例如完全控制机动车辆的所有致动器/功能，另一方面由于相对低的ASIL而高效地(特别地，成本有效地)实现。
控制监视单元可用相对高的ASIL(例如，C或D的ASIL)来实现，并且检查与机动车辆的道路安全操作相关的所述第一控制单元发出的控制命令的至少一部分的正确性和合理性。如果控制监视单元检测到第一控制单元的故障，则可由控制监视单元直接控制致动器。为此，控制监视单元的应急控制命令可覆写由第一控制单元发出的控制命令，和/或控制监视单元可停用第一控制单元，使得只有应急控制命令被发送到至少一个致动器控制器。
控制监视单元尤其可被配置成，使得控制监视单元只检查和/或控制车辆控制的安全相关部分。因此，可实现，一方面，由控制监视单元以相对高的ASIL确保与行驶安全直接相关的至少部分自主车辆控制的所有功能，另一方面，例如，由于与第一控制单元相比功能范围减小，可高效地(特别地，成本有效地)实现控制监视单元。
与第一控制单元相比，控制监视单元可以具有减小的功能范围。例如，倘若检测到危险交通情况和/或检测到环境传感器系统故障，第一控制单元可确定车辆必须停下。为此，第一控制单元可初始地通过向致动器控制器(特别地，转向控制器)发送对应的控制命令，致使车道例如变向被设置用于使机动车辆停下的多车道高速公路的硬路肩。在由环境传感器系统记录了车道变换之后，第一控制单元然后可通过向致动器控制器(特别地，制动控制器)发送对应的控制命令，致使车辆停下。另一方面，如果控制监视单元建立了第一控制单元的故障，例如，这可以举例的方式仅仅被配置为使车辆直接停下，并且例如通过激活危险警示灯为其他道路使用者启动警告信号。为此，控制监视单元可向致动器控制器(特别地，制动控制器)发送应急控制命令，其中，致动器控制器被配置为以优先方式执行控制监视单元的应急控制命令。
与第一控制单元相比，控制监视单元的减小的功能范围的优点在于，尽管ASIL较高，控制监视单元也高效地实现，其中，甚至倘若第一控制单元失效或故障，也保证了与道路安全直接相关的机动车辆的至少一个控制器。
控制系统还可包括至少一个第二控制单元，所述至少一个第二控制单元被配置为用环境数据和/或车辆参数确定监视控制命令，并且将所确定的监视控制命令与由至少一个致动器控制器的第一控制单元确定的控制命令进行比较。如果第二控制单元建立了第一控制单元的控制命令与监视控制命令之间的差异，则第二控制单元可向控制监视单元发送故障信息。
这里的一个优点在于，第二控制单元可用第一控制单元的ASIL或者用比第一控制单元低的ASIL高效地实现，而进一步增加了控制系统的功能可靠性。例如，控制监视单元由此可接收故障信息，故障信息显示与道路安全没有直接相关的第一控制单元的故障。基于该故障信息，例如，控制监视单元例如可通过缩短第一控制单元的检查执行间隔来增加第一控制单元的检查的程度和/或强度。
所述第一控制单元还可被配置为将针对所述至少一个致动器控制器确定的所述控制命令与由所述第二控制单元确定的所述监视控制命令进行比较，并且根据所述比较，向所述控制监视单元发送故障信息。
所述控制监视单元还可被配置为用所述环境数据和所述监视控制命令来检查所述第二控制单元的功能性，和/或特别地根据所述第二控制单元的检查，停用所述第二控制单元。
所述控制监视单元还可被配置为根据所述第一控制单元的检查来停用所述第一控制单元。另外，所述控制监视单元还可被配置为根据所述第一控制单元或所述第二控制单元发送的故障信息来停用所述第一控制单元或所述第二控制单元。
在这种情况下的一个优点在于，通过控制单元的相互监视和控制监视单元对控制单元的监视，可以提高控制系统的操作安全性。
在进一步的改进中，所述控制系统可具有多个相互检查的控制单元，这些控制单元也分别接受控制监视单元的检查。在这种情况下，控制监视单元的ASIL与相应控制单元的ASIL相同或比其高。
所述第一控制单元和所述第二控制单元可以是由公共集成电路物理形成的逻辑控制单元。特别地，可由数据处理装置同时将第一控制单元和第二控制单元实现为逻辑控制单元。
所述控制监视单元可以在逻辑上和物理上与所述第一控制单元和/或所述第二控制单元分开。特别地，所述控制监视单元可以用在物理上与控制单元完全分开的集成电路实现，该电路例如也可具有其自己的能量供应。
这种情况下的优点在于，即使倘若所有控制单元的能量供应都完全失效，控制监视单元也可将与道路安全直接相关的至少应急控制命令发送到车辆的致动器控制器。
在进一步的改进中，所述第二控制单元还可被配置为使用所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第一部分来确定所述监视控制命令，并且通过数值估计方法估计所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第二部分来确定所述监视控制命令。
此外，所述控制监视单元还可被配置为使用所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第一部分来确定所述应急控制命令，并且通过数值估计方法估计所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第二部分来确定所述应急控制命令。
这种情况下的优点在于，例如，可通过第二控制单元和/或控制监视单元来改进对环境传感器系统的部分中的缺陷识别。此外，可由第二控制单元和/或控制监视单元估计甚至未由机动车辆的环境传感器系统直接获取的参数。据此可改进第一控制单元的检查。
另一个优点在于，例如，即使当环境传感器系统的部分受到故障或失效(例如，能量供应故障)影响时，控制监视单元仍然可确定应急控制命令。
在进一步的改进中，至少控制监测单元和环境传感器系统的第一部分可各自具有应急电池，应急电池有利于在车辆的能量供应故障期间的至少临时的进一步操作。
一种用于机动车辆的自主控制的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
-由环境传感器系统获取环境数据；
-由第一控制单元确定针对至少一个致动器控制器的控制命令，其中，所述第一控制单元使用用于此的所获取的环境数据；
-将所述控制命令发送到所述至少一个致动器控制器；
-由控制监视单元检查所述第一控制单元，其中，所述控制监视单元使用用于此的所确定的所述控制命令和所获取的环境数据；
-根据所述第一控制单元的检查，由所述控制监视单元确定应急控制命令，其中，所述控制监视单元使用用于此的所获取的环境数据；
-根据所述第一控制单元的检查，将所述应急控制命令发送到所述至少一个致动器控制器；
-由所述至少一个致动器控制器控制致动器，其中，所述至少一个致动器控制器被配置为优于所述第一控制单元的所述控制命令来执行所述控制监视单元的所述应急控制命令。
附图说明
其他目的、特征、优点和应用选择源自以下参照关联附图对示例性实施方式的描述，该描述将被理解为是非限制性的。这里，所描述和/或描绘的所有特征本身或以任何组合方式示出这里公开的主题，甚至独立于它们在权利要求书中的分组或其反向引用。这里，图中示出的组件的尺寸和比例不按比例绘制；它们可能偏离这里在要实现的实施方式中表示的内容。
图1和图2示意性地以举例方式示出用于机动车辆的控制系统。
具体实施方式
在附图中，为相当的组件和特征以及相同的并且具有相同效果的组件和特征提供相同的附图标记。未相对于其他附图重新描述的组件和特征在其配置和功能上与根据其他附图的对应组件和特征类似。
图1将具有环境传感器系统US、第一控制单元ECU 1、致动器控制器AS和控制监视单元ECU 3的用于机动车辆自主驾驶操作的控制系统10作为示例示出。
在所示出的示例中，第一控制单元ECU 1具有比控制监视单元ECU 3低的ASIL。此外，第一控制单元ECU 1和控制监视单元ECU 3由彼此物理分离的集成电路来实现。在所示出的示例中，第一控制单元ECU 1和控制监视单元ECU 3被公共能量源供应电能，但是控制监视单元ECU 3还具有应急电力电池，使得控制监视单元ECU 3的至少甚至临时操作有可能独立于公共能量源设置。
环境传感器系统US获取确定针对车辆的致动器控制器AS的控制命令所需的环境数据，并且将该数据发送到第一控制单元ECU 1。例如，环境传感器系统US可注册其他道路使用者、天气、光和行车道状况以及关于交通标志和/或车辆位置的信息。例如，可利用卫星导航系统获取车辆位置。此外，环境数据可提供例如关于多车道中的当前使用车道或关于最大可许可速度的信息，该信息是例如在数据库和卫星导航系统的辅助下或者在光学交通标志识别的辅助下获取的。
可选地，环境传感器系统US可具有光学记录传感器，特别地相机传感器、雷达和/或激光雷达传感器、超声波传感器和/或红外传感器。所述传感器的组合是明确可能的。
第一控制单元ECU 1用环境数据和当前车辆参数来确定致动器控制器AS的控制命令。
车辆参数可以是例如机动车辆的速度、加速度或燃料储备。其他车辆参数可以是例如机动车辆的外部尺寸或机动车辆电池的充电水平。第一控制单元ECU 1被配置为访问由车辆参数传感器(未示出)获取的当前车辆参数。
在所示出的示例中，致动器控制器是用于多个机动车辆致动器的组合致动器控制器。在其他实施方式中，可以分别提供单独的致动器控制器，例如，车辆的加速度或速度控制器、制动控制器或灯控制器。
在所示出的示例中，第一控制单元ECU 1基于环境传感器系统US的获取和机动车辆的当前车辆参数以0.5秒的规则间隔来确定致动器控制器AS的控制命令，在所示出的示例中，致动器控制器AS控制与驾驶操作相关的机动车辆的所有致动器。因此，由第一控制单元ECU 1自主控制机动车辆的驾驶操作。
控制监视单元ECU 3以1.5秒的规则间隔检查第一控制单元ECU 1。为此，控制监视单元ECU 3在所示出的示例中使用环境传感器系统US的环境数据和当前车辆参数来确定由第一控制单元ECU 1确定的控制命令是否正确/合理。这是在所示出的示例中发生的，因为由第一控制单元ECU 1确定的控制命令中的与道路安全相关的至少一部分同样是由控制监视单元ECU 3确定的，其中，该确定是由控制监视单元ECU 3独立于第一控制单元ECU 1执行的。然后，控制监视单元ECU 3将自确定的控制命令与由第一控制单元ECU 1确定的对应控制命令进行比较。
如果第一控制单元ECU 1的与车辆的道路安全控制相关的控制命令至少基本上对应于由控制监视单元ECU 3确定的命令，则控制监视单元ECU 3并没有干预第一控制单元ECU 1进行的机动车辆自主控制。
然而，如果第一控制单元ECU 1的与车辆的道路安全控制相关的控制命令没有对应于由控制监视单元ECU 3确定的命令，则控制监视单元ECU 3用环境传感器系统US的环境数据和当前车辆参数确定应急控制命令，并且将这些命令发送到致动器控制器AS。致动器控制器AS被配置为将控制监视单元ECU 3的应急控制命令优先处理，并且如果控制监视单元ECU 3的应急控制命令与第一控制单元ECU 1的控制命令冲突，则始终优先执行控制监视单元ECU 3的应急控制命令。在其他实施方式中，第一控制单元ECU 1也被控制监视单元ECU3停用。
在所示出的示例中，在以与先前第一控制单元ECU 1确定控制命令相同的间隔节奏(0.5秒)，发生控制监视单元ECU 3确定应急控制命令。
图2将具有环境传感器系统US、第一控制单元ECU 1、第二控制单元ECU 2、致动器控制器AS和控制监视单元ECU 3的用于机动车辆自主驾驶操作的控制系统20作为示例示出。
与图1中示出的控制系统10类似，第一控制单元ECU 1用环境数据和当前车辆参数确定致动器控制器AS的控制命令。
通过公共集成电路与第一控制单元ECU 1物理形成的并且与ECU 1具有相同ASIL的第二控制单元ECU 2自主确定由第一控制单元ECU 1确定的控制命令中的每个的监视控制命令。第二控制单元ECU 2还将由第一控制单元ECU 1确定的控制命令中的每个与分别类似地确定的监视控制命令进行比较。如果控制命令彼此偏离超过预定的容差，则第二控制单元ECU 2将故障信息发送到控制监视单元ECU 3。
与图1中示出的控制系统10类似，控制监视单元ECU 3还通过将发给致动器控制器的控制命令的一部分与自确定的命令进行比较，以1.5秒的规则间隔检查第一控制单元ECU1。如果控制监视单元ECU 3在执行此操作时确定有差异或者如果第二控制单元ECU 2将故障信息发送到控制监视单元ECU 3，则控制监视单元ECU 3与图1中示出的控制系统类似地用环境传感器系统US的环境数据和当前车辆参数来确定应急控制命令，并且将这些命令发送到致动器控制器AS。
在进一步的改进中，由第二控制单元ECU 2发送的故障信息可指定在控制命令与监视控制命令之间形成的差异的性质，并且控制监视单元ECU 3可根据故障信息采取不同的措施，例如，第一控制单元ECU 1的停用或省略第一控制单元ECU 1的停用。
要理解，先前说明的示例性实施方式不是结论性的，并不限制这里公开的主题。特别地，对于本领域的技术人员显而易见的是，由此在不脱离这里公开的主题的情况下，他可将以任何方式描述的特征彼此组合和/或可省略各种特征。

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的自主控制的控制系统，该控制系统包括：
-环境传感器系统，所述环境传感器系统被布置和配置为获取用于机动车辆的自主控制的环境数据；
-至少一个致动器控制器，所述至少一个致动器控制器被配置为控制所述机动车辆的至少一个致动器；
-第一控制单元，所述第一控制单元被配置为用所述环境数据确定针对所述至少一个致动器控制器的控制命令，并且将这些控制命令发送到所述至少一个致动器控制器；
-控制监视单元，所述控制监视单元被配置为用所述环境数据和发送到所述至少一个致动器控制器的所述控制命令来检查所述第一控制单元的功能性，
其中：
所述控制监视单元还被配置为根据所述第一控制单元的检查用所述环境数据来确定针对所述至少一个致动器控制器的应急控制命令，并且将这些应急控制命令发送到所述至少一个致动器控制器；
所述至少一个致动器控制器还被配置为优于所述第一控制单元的所述控制命令来执行所述控制监视单元的所述应急控制命令；并且
所述控制监视单元还被配置为使用所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第一部分来确定所述应急控制命令，并且通过数值估计方法估计所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第二部分来确定所述应急控制命令。
2.根据权利要求1所述的控制系统，该控制系统还包括：
至少一个第二控制单元，所述至少一个第二控制单元被配置为用所述环境数据确定监视控制命令，并且
将所确定的所述监视控制命令与由所述第一控制单元针对所述至少一个致动器控制器确定的所述控制命令进行比较；并且
根据所述比较，向所述控制监视单元发送故障信息。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，
所述第一控制单元还被配置为将针对所述至少一个致动器控制器确定的所述控制命令与由所述第二控制单元确定的所述监视控制命令进行比较；并且
根据所述比较，向所述控制监视单元发送故障信息。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，
所述控制监视单元还被配置为用所述环境数据和所述监视控制命令来检查所述第二控制单元的功能性；和/或
根据所述第二控制单元的检查，停用所述第二控制单元。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，
所述控制监视单元还被配置为根据所述第一控制单元的检查来停用所述第一控制单元。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的控制系统，其中，
所述控制监视单元还被配置为根据所述第一控制单元或所述第二控制单元发送的故障信息来停用所述第一控制单元或所述第二控制单元。
7.根据权利要求2至4中的任一项所述的控制系统，其中，
所述第一控制单元和所述第二控制单元是由公共集成电路物理形成的逻辑控制单元；和/或
所述控制监视单元在逻辑上和物理上与所述第一控制单元和/或所述第二控制单元分开。
8.一种用于机动车辆的自主控制的控制系统，该控制系统包括：
-环境传感器系统，所述环境传感器系统被布置和配置为获取用于机动车辆的自主控制的环境数据；
-至少一个致动器控制器，所述至少一个致动器控制器被配置为控制所述机动车辆的至少一个致动器；
-第一控制单元，所述第一控制单元被配置为用所述环境数据确定针对所述至少一个致动器控制器的控制命令，并且将这些控制命令发送到所述至少一个致动器控制器；
-控制监视单元，所述控制监视单元被配置为用所述环境数据和发送到所述至少一个致动器控制器的所述控制命令来检查所述第一控制单元的功能性，
-至少一个第二控制单元，所述至少一个第二控制单元被配置为：用所述环境数据确定监视控制命令；并且将所确定的所述监视控制命令与由所述第一控制单元针对所述至少一个致动器控制器确定的所述控制命令进行比较；并且根据所述比较，向所述控制监视单元发送故障信息，
其中，
所述控制监视单元还被配置为根据所述第一控制单元的检查用所述环境数据来确定针对所述至少一个致动器控制器的应急控制命令，并且将这些应急控制命令发送到所述至少一个致动器控制器；
所述至少一个致动器控制器还被配置为优于所述第一控制单元的所述控制命令来执行所述控制监视单元的所述应急控制命令；
所述第二控制单元还被配置为使用所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第一部分来确定所述监视控制命令，并且通过数值估计方法估计所述环境数据的供所述第一控制单元确定所述控制命令所用的第二部分来确定所述监视控制命令。
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