CN112463352A - 用于计算针对车辆的功能的方法 - Google Patents

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Abstract

用于计算针对车辆的功能的方法。介绍了一种用于计算针对车辆的功能的方法，所述方法具有如下步骤：‑为了计算所述功能，借助于模糊逻辑或模糊推理系统来将车辆内部计算机或车辆外部计算机确定为计算环境；‑根据所确定的计算环境在所述车辆内部计算机上或在所述车辆外部计算机上计算所述功能。

Description

用于计算针对车辆的功能的方法
技术领域
本发明涉及用于计算针对车辆的功能的计算机实现的方法或用于将这种计算从车辆内部计算机转移到车辆外部计算机以及反过来将这种计算从车辆外部计算机转移到车辆内部计算机的方法。本发明还涉及一种为此所设立的计算机程序以及一种在其中实施这种计算机程序的车辆。
背景技术
未来的车辆应用需要高计算和存储能力，所述高计算和存储能力的可支配性在未来系统中常常成为前提条件。不过，目前在车辆中的资源非常有限并且增加的资源常常同样面临对这些资源的增加的需求。在不必设置成本密集的硬件更新的情况下避开有限计算资源的可能性是将计算密集的功能转移给云（Cloud）。
DE 102016211898 A1描述了一种用于监控机动车中的电池组的方法，其中在云服务器上可以进行充电状态与数据库的对照。
F. Milani和C. Beidl在2018 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC)（台北，2018年）中的“Cloud-based Vehicle Functions: Motivation, Use-cases andClassification”描述了用于将车辆功能转移到云中的不同的应用模型。
A. Ashok，P. Steenkiste和F. Bai的“Vehicular Cloud Computing throughDynamic Computation Offloading”（Computer Communications，第120卷，第125-137页，2018年5月）公开了一种用于将功能计算从车辆转移到外部服务器上的方法。
发明内容
介绍了一种用于计算针对车辆的功能或用于实施针对车辆的运算的方法。为了计算该功能，将车辆内部计算机或车辆外部计算机确定为计算环境，即存在将运算向车辆外部转移的选项或将计算在车辆外部与车辆内部之间来回转移的可能性。为了确定计算环境，使用模糊逻辑或模糊推理系统。在此尤其涉及如下模糊推理系统，其中根据表示用于选择计算环境的决策标准或所述决策标准的在不同计算环境之间的关系的输入参量，建议或选择计算环境，尤其是根据位置或走过的路段或逝去的或者绝对的时间来建议或选择计算环境。在此，模糊推理系统尤其通过规则来表征，所述规则规定了决策标准的评价或参量或者所述决策标准的关系与从中推导出的计算环境之间的关联。
经此，为适合的计算环境提供了一种更灵活、但是更可靠且因为更有确定性而更易于理解的具有决策复杂性的处理方式（Umgang）。
使得能够实现一组用于确定计算环境的规则并且这样针对该确定提供尽可能全面的决策基础。该功能根据所确定的计算环境在车辆内部计算机上或在车辆外部计算机上被计算。
在一个优选的设计方案中，如果所确定的计算环境需要将对功能的计算转移，则根据在所需的转移与至少一个先前的转移之间的时长来进行所需的转移或者停止该所需的转移。在该变型方案中，该功能于是根据所确定的计算环境并且根据在车辆内部计算机上或在车辆外部计算机上进行或停止的转移来被计算。在一个优选的设计方案中，该时长被实现为在所需的转移与在该所需的转移之前的上一次转移之间的时间间隔。即如果涉及向外部的转移，则该时长被计算为在之前发生的向内部的转移之间的间隔。替选地，该时长也可以被计算为距上一次转移到同一资源上的间隔，即例如在向外部转移时被计算为距上一次向外部转移的时间间隔。对是否根据该时长来发生转移的检查也可以限于向外部的转移，而向内部的转移始终可以发生。在其中例如功能仅仅满足非安全关键的额外好处并且按标准访问大量的云数据的其它情况下，外部计算也可以适合作为优选的标准，而且该检查例如可以限于向内部的转移。在所有这些变型方案的特别优选的设计方案中，该检查可以依据针对该时长的阈来进行。尤其是当该时长低于特定的阈时停止该转移，并且当该时长不低于该特定的阈时进行该转移。在这种情况下，也可以规定不同的阈，例如根据转移方向而规定不同的阈。在对计算环境的预测性确定的情况下，该时长也可以预测性地被确定并且例如在行驶之前被考虑。
该方法提供了将车辆的运算灵活地转移到车辆外部的计算资源上的优点，但是同时减少了在内部与外部资源之间变换的潜在次数。过于频繁的变换可能降低系统的可靠性。
在一个优选的设计方案中，根据车辆外部计算机和/或车辆内部计算机的响应时间或者供支配的缓冲时间来确定计算环境。在此，尤其是使用沿着路段的通信信道（移动无线电、WLAN等等）的数据传输的速度。经此，可以实现在行驶期间这些响应时间的最小化或这些缓冲时间的最大化，尤其可以保证这些响应时间满足该系统对于可靠且及时地实施所涉及到的功能来说的最短时间要求。这样，对该功能的计算的时间要求即使在通信信道中在此期间或局部有中断的情况下也可以被确保。
在其它优选的设计方案中，计算环境根据在车辆与车辆外部计算机之间的通信连接的连接特性来被确定，例如供支配的带宽、连接强度、连接质量（分别例如平均的或者最小的）。
在所描述的方法中，计算环境在此可以在针对当前的路段区段的行驶期间或者在针对接下来或将来所要行驶的路段的行驶之前或者在针对接下来或将来所要行驶的路段的行驶开始时预先被确定。前一变型方案能够通过访问当前的、实际的信息（如当前的位置信息、连接特性和能耗）来实现可靠并且精确的决策，而后一变型方案可以通过预测性计划来降低用于转移的方法的复杂性并且还能够在起动阶段或者计算能力空闲的阶段就执行为此所需的计算，而不是在行驶期间占用计算能力。在此，所要行驶的路段可以有利地根据导航系统的信息或根据关于之前行驶的路段的信息或根据行驶目的地来被预测。针对所要行驶的路段的响应时间和/或连接特性尤其可以借助于具有关于通信连接的特定于位置的信息的数据库来被确定。
在优选的设计方案中，计算环境根据车辆内部计算机或车辆外部计算机的对于该功能的计算来说所要预期的能耗或者根据车辆内部计算机和/或车辆外部计算机的对于该功能的计算来说所需的计算能力来被确定。经此，可以降低关于行驶的功能计算的能耗。
在其它优选的设计方案中，计算环境可以根据车辆内部计算机和/或车辆外部计算机的负荷或者可支配性来被确定。这能够实现对现有的计算资源的特别合理的利用。
尤其是通过如下方式来在车辆外部计算机上计算该功能：将对于该计算来说所需的第一数据通过车辆发送给车辆外部计算机，并且由该车辆来接收和处理第二数据，所述第二数据包括车辆外部计算机的计算结果。车辆外部计算机尤其可以实现为云服务器，车辆内部计算机尤其可以实现为控制设备或车辆计算机。
在优选的设计方案中，通过对该功能的计算，根据输入数据来确定操控参量、尤其是针对车辆的驱动系统、制动系统、转向系统、辅助系统或信息娱乐系统的操控参量。有利地，根据该计算的结果来操控车辆的组件，尤其是驱动系统、制动系统、转向系统、辅助系统或信息娱乐系统。对于这样的方法来说，即使所涉及的功能并不是安全特别关键的行驶功能而是例如有额外好处的功能，对适合的计算环境的可靠的计划也特别重要。
有利地，所介绍的方法能以软件来实现，即通过计算机程序来实现，该计算机程序被设立为执行这些方法。这种计算机程序尤其可以在车辆内部计算机、例如控制设备、如域控制器或域计算机或者跨域的车辆控制器（Vehicle Controller）或车辆计算机（VehicleComputer）上运行，例如用于（具有实时要求的）时间关键的功能，对于所述时间关键的功能来说诸如数据传输速率那样的所需的信息存在于车辆中。在车辆外部计算机上运行也是可设想的，尤其是用于非时间关键的功能。为此，将存在于车辆中的、相关的信息、诸如车辆内部的计算性能的当前负荷寄送给车辆外部计算机。
附图说明
随后，本发明的实施方式参考随附的附图进一步予以阐述。在附图中：
图1示意性地示出了用于计算针对车辆的功能或用于确定适合于计算车辆功能的计算环境的方法的示例性流程；以及
图2示意性地示出了用于确定功能的在车辆内部计算机与车辆外部计算机之间的适当计算环境的决策管理器的模糊逻辑的示例性隶属函数。
具体实施方式
车辆中的计算密集的功能可以从车辆内部计算机（Computer）、尤其是从车辆控制设备部分地或暂时地转移给车辆外部计算机、尤其是转移给云服务器。
例如，可以将适合于车辆的运行策略或适合于模型、例如适合于零件磨损的计算的部分转移到云中。这种基于云的车辆功能临时或持久地在云中运行并且消耗云资源而不是消耗车辆资源。
在功能实施期间、即在计算期间，尤其是经由移动无线网来在车辆与在其上计算被转移的功能的车辆外部计算机之间进行通信。
应该始终确保车辆的正常运行。因而，必须分析功能是否适合于转移。在此，应该始终确保车辆的某些基础功能、尤其是安全相关的功能没有中断或干扰。如某些制动功能那样的安全关键的功能例如常常并不适合于转移。而仅仅提供附加增值或者对现有的车辆功能进行优化的功能常常可以完全被转移。
在移动无线网中断或者传输速度或质量低期间，例如可能发生：车辆、尤其是车辆的计算机或控制设备不访问或者没有充分访问被转移的功能。如果对于行驶功能来说重要的功能或者车辆的其它基础功能被转移，则在车辆中应该随时有至少一个核心功能供支配。这尤其可以实现为备用层面或者通过对整个功能的复制来被实现，尤其是被实现为简化的变型方案或者被实现为相同的功能。
如果这样的或类似的软件功能在车辆中被实现（在该车辆中，这些计算的部分替选地可以在车辆中被计算或者在车辆之外被计算），则可能需要决策功能或所谓的决策管理器，该决策管理器确定适合于在特定的时间的特定的计算或适合于特定的路段区段或更适合的计算环境（外部或内部）。
图1示意性地示出了用于计算针对车辆的功能或用于选择适合于计算车辆功能的计算环境的方法的示例性流程。
在所示出的示例中，通过该方法来实现决策管理器，该决策管理器对用于计算功能的计算环境进行建议，尤其是从选项（a）车辆内部计算和（b）车辆外部计算中来对用于计算功能的计算环境进行建议。在此，这里使用两个决策标准：响应时间和能耗。在此，响应时间优选地是直至对功能的实施完成并且应预期响应为止所逝去的时间。在此，响应时间不仅应该针对选项（a）车辆内部计算被确定而且应该针对选项（b）车辆外部计算被确定。能耗优选地是进行计算的计算机在计算该功能时所消耗的能量以及对于数据传输来说所需的能量，因此是描述对于计算该功能来说所需的计算能力和数据传输的参量。在其它设计方案中，可以使用替选的或附加的决策标准，例如车辆内部计算机和/或车辆外部计算机的当前的或者所预测的负荷。
所提出的决策管理器可以优选地借助于模糊逻辑来实现，尤其是利用mamdani模糊推理系统（Fuzzy Inference System，FIS）来实现。在此，例如可以将用于在车辆内部计算机或车辆外部计算机中的功能实施的响应时间函数和能耗函数用作决策标准。根据这些标准以及用于转移功能计算的时间，可以由该决策管理器来建议或选择适合的计算环境。
在此，在图1中，在块10中将关于车辆与外部计算机或与应经由其来与计算机进行通信的通信网络的连接的信息确定为该决策管理器的输入参量。这可以优选地针对所预测的路段并且根据关于该连接的特定于位置的期望值或者依据存储在车辆或网络中的特定于位置的连接信息来进行。这样确定的信息例如可以是特定于位置的所要预期的数据速率，该数据速率在步骤101中被传送给块12和13。
在块11中，将关于所要计算的功能的信息、例如输入数据和输出数据的（存储器）大小以及针对该功能的复杂性的量度确定为该决策管理器的输入参量。在步骤102中，将这些信息传送给块12和13。
在块12中，根据在步骤101和102中所传送的输入参量来确定车辆内部计算以及车辆外部计算的相应的响应时间。在车辆内部计算的情况下，该响应时间尤其包括在车辆内部计算机上的计算时间以及内部通信时间、尤其是关于车辆内部通信系统或车辆总线系统的内部通信时间。在车辆外部计算的情况下，该响应时间尤其包括：在车辆外部计算机上的计算时间；用于将关于该计算的信息发送给外部以及用于从外部接收该计算的结果的传输时间；以及延迟时间，尤其是由于连接特性不足、诸如所使用的通信连接的数据传输速率低而引起的延迟时间。在步骤103中，将所确定的响应时间传送给块14。
在块13中，根据在步骤101和102中所传送的输入参量来分别确定车辆内部计算以及车辆外部计算的用于计算该功能的能耗。在优选的设计方案中，在此可以分别考虑在车辆中发生的能耗。在车辆内部计算的情况下，该能耗尤其包括由于该计算而引起的能量花费。在车辆外部计算的情况下，该能耗尤其包括为此所需的通信的能量花费、即尤其是通信单元的能量花费，诸如用于将关于该计算的信息发送给外部并且用于从外部接收该计算的结果的远程信息处理单元（Telematikeinheit）或通信控制设备。如果诸如控制设备那样的车辆内部计算机在车辆外部计算期间必须等待，则可以附加地考虑该车辆内部计算机在该等待（Idle Mode（空闲模式））期间的能量花费。在步骤104中，将相应的所确定的能耗传送给块15。
在一个优选的设计方案中，为了能够使这两个可能的计算环境在所选择的对于决策来说重要的参量方面彼此进行比较，在块14和15中根据在步骤103和104中所传送的参量来求比例。
这样，在块14中可以针对响应时间来确定在车辆外部变型方案中的响应时间与车辆外部变型方案和车辆内部变型方案的响应时间之和的比例并且将其选择为该决策管理器的决策标准。
比例_时间 = 时间_外部/（时间_外部 + 时间_内部）（Verhältnis_Zeit = Zeit_extern / (Zeit_extern + Zeit_intern)）。
替选地，在一个优选的设计方案中，求车辆内部变型方案和车辆外部变型方案的现有的缓冲时间（Slack Time）。在此，该缓冲时间对应于响应时间与期限时间（完成时间）的时差。该期限时间说明了在其之内必须完成对功能的实施的时间段。每个功能的期限时间例如都在功能规范中详细规定。负的缓冲时间表明：不能满足该功能的时间要求。
缓冲时间_外部 = （期限时间 - 响应时间_外部）（SlackTime_Extern = (Deadline-Zeit - Antwortzeit_Extern)）
缓冲时间_内部 = （期限时间 - 响应时间_内部）（SlackTime_Intern = (Deadline-Zeit - Antwortzeit_Intern)）
比例_时间 = （缓冲时间_内部）/缓冲时间_内部 + 缓冲时间_外部（Verhältnis_Zeit= (SlackTime_Intern) / SlackTime_Intern + SlackTime_Extern）。
因此，小的时间比例意味着车辆内部计算的缓冲时间少。
在步骤105中，将该比例传送给块16。
在块15中，针对能耗可以确定在车辆外部变型方案中相对于车辆内部变型方案所节约的能量与在车辆内部变型方案中的能耗的比例并且将该比例选择为用于决策管理器的决策标准。
比例_能量 = （能量_内部 - 能量_外部）/能量_内部（Verhältnis_Energie =(Energie_intern – Energie_extern) / Energie_intern）。
在步骤106中，将该比例传送给块16。
在块16中，实现计算机实现的模糊逻辑、尤其是模糊推理系统（FIS）。为此，针对被用作决策标准的、在步骤105和106中所传送的比例提供隶属函数（MembershipFunctions——MF）。
图2示出了用于决策标准“比例_能量”（比例_能耗（Ratio_EnergyConsumption））的梯形模糊隶属函数201和用于决策标准“比例_时间”（比例_响应时间（Ratio_ResponseTime））的梯形模糊隶属函数202以及用于输出参量“适合的计算环境”（Environment（环境））的梯形模糊隶属函数203。
在此，在该示例性的设计方案中，用于决策标准比例_能量的隶属函数201被选择为使得隶属函数中等（Medium）对于如下比例大小来说变得重要，所述比例大小对应于车辆外部变型方案与车辆内部变型方案相比没有显著的能量节约并且没有显著的更多能耗。而隶属函数高（High）或低（Low）对于如下比例大小来说变得重要，所述比例大小对应于车辆外部变型方案与车辆内部变型方案相比有显著的能量节约或有显著的更多能耗。
在该示例性的变型方案中，用于决策标准比例_时间的隶属函数202被选择为使得隶属函数很低（Very Low）、低（Low）、中等（Medium）、高（High）或很高（Very High）对于如下比例大小来说变得重要，所述比例大小对应于车辆外部变型方案的响应时间或车辆内部变型方案的缓冲时间与其它变型方案相比短得多、短、大小相似、长或长得多。
接着，在块16中的模糊逻辑的输出参量可以是依据在图2中示出的隶属函数203所选择的、所建议的计算环境，其中隶属函数车辆内部（本地（Local））或隶属函数车辆外部（云（Cloud））对应于如下实现形式，在该实现形式中对功能的车辆内部计算或车辆外部计算被估计为更适合的。
为了确定适合的计算环境，可以通过规则来限定这些决策标准与根据此来分别选择的计算环境之间的关系。
下表示出了针对所提出的决策管理器或其模糊逻辑块16的示例性规则。
Figure 62756DEST_PATH_IMAGE002
在该表格中，例如在车辆外部计算的变型方案中响应时间短得多或缓冲时间长得多的情况下，无论能耗表现如何都总是选择车辆外部变型方案。如果例如车辆内部变型方案的缓冲时间很高，则总是选择该变型方案。而如果在车辆内部计算和车辆外部计算的情况下的响应时间或缓冲时间大小相似（隶属函数中等），则依据能耗来决定对计算环境的选择：如果用于比例_能量的相对应的隶属函数为低，则选择车辆外部计算环境；而如果用于比例_能量的相对应的隶属函数为中等或高，则选择车辆内部计算环境。
在步骤107中，图1的块16将由模糊逻辑选择为适合的计算环境（车辆内部或车辆外部）作为输出参量传送给块17。
计算环境在车辆内部计算机与车辆外部计算机之间的不断重复的来回转移可导致功能失误和效率低下。为了合理限制环境变换的次数，在块17中根据时长来确定是否实际应该进行必要时所需的转移。在此，该时长取决于所考虑或所计划的转移与至少一个先前的转移的至少一个时间间隔。在一个特别优选的设计方案中，转移取决于所考虑或所计划的转移与其上一次转移之间的时间间隔。如果相对应的时长太短，则停止转移并且计算环境保持不变。
如果例如在块16中的模糊逻辑作为计算环境将车辆外部计算确定为适合的并且在时间上先前的计算环境是车辆内部计算，则在向外部转移之前可以在块17中检查或预测性计算上一次转移、在这种情况下即向车辆外部的转移是多久之前。如果这里逝去的时间不够、即时长低于所限定的阈，则所确定的转移不被建议或决定。如果逝去足够的时间、即时长至少与所限定的阈一样长，则所确定的向车辆外部的转移被建议或决定。
接着，块17在步骤108中针对在某个时段或某个位置段的计算环境输出决策管理器的最终的建议或最终的决策。
所建议的决策管理器可以在行驶期间（在线（online））被实施或者在行驶开始之前或在行驶开始时被实施。
在行驶期间实施的情况下，决策管理器可以访问路段的当前连接信息和计算单元的能耗。这些数据是最新的并且常常比所估计的值更准确，但是将附加的通信花费和进一步的复杂性引入到过程中，尤其是在用于实施决策管理器、对功能的转移和计算的时间流程方面引入到过程中。
在行驶之前或在行驶开始时实施的决策管理器的情况下，该决策管理器可以沿着预先确定的或所预测的即将到来的路段建议或规定适合的计算环境。接着，可以根据车辆位置按照该决策管理器的建议或按照该决策管理器的规定来转移到相应适合的计算环境。对于该实现方案来说，必须可支配或可确定沿着该路段的连接信息。例如，取决于位置或特定于位置的连接信息、如平均数据速率或者至少被确保的数据速率可以基于沿着该路段的测量数据而存在（例如存在于经由网络可支配的数据库中）。替选地，这样的信息可以从可支配的关于仿真模型的数据中被创建。

Claims (20)

1.用于计算针对车辆的功能的方法，其特征在于如下步骤：
- 为了计算所述功能，借助于模糊逻辑或模糊推理系统来将车辆内部计算机或车辆外部计算机确定为计算环境；
- 根据所确定的计算环境在所述车辆内部计算机上或在所述车辆外部计算机上计算所述功能。
2.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述计算环境根据所述车辆外部计算机的响应时间或缓冲时间和/或根据所述车辆内部计算机的响应时间或缓冲时间来被确定。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述计算环境根据在所述车辆与所述车辆外部计算机之间的通信连接的连接特性来被确定。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述计算环境在针对当前的路段区段的行驶期间被确定。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述计算环境在针对所要行驶的路段的行驶之前或者在针对所要行驶的路段的行驶开始时预先被确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所要行驶的路段根据导航系统的信息或根据关于之前行驶的路段的信息或根据行驶目的地来被预测。
7.根据权利要求5或6之一所述的方法，其特征在于，针对所要行驶的路段的响应时间和/或连接特性借助于具有关于通信连接的特定于位置的信息的数据库来被确定。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述计算环境根据所述车辆内部计算或车辆外部计算的对于所述功能的计算来说所要预期的能耗或者根据所述车辆内部计算机和/或所述车辆外部计算机的对于所述功能的计算来说所需的计算能力来被确定。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述计算环境根据所述车辆内部计算机和/或所述车辆外部计算机的负荷或者可支配性来被确定。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，如果所确定的计算环境需要将对所述功能的计算转移，则根据在所需的转移与至少一个先前的转移之间的时长来进行所需的转移或者停止所需的转移，而且所述功能根据所确定的计算环境并且根据在所述车辆内部计算机上或在所述车辆外部计算机上进行或停止的转移来被计算。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述时长是在所需的转移与上一次转移之间的时间间隔。
12.根据权利要求10或11之一所述的方法，其特征在于，当所述时长低于特定的阈时停止所述转移，并且当所述时长不低于所述特定的阈时进行所述转移。
13.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过如下方式来在所述车辆外部计算机上计算所述功能：将对于所述计算来说所需的第一数据通过所述车辆发送给所述车辆外部计算机，并且由所述车辆来接收和处理第二数据，所述第二数据包括所述车辆外部计算机的计算结果。
14.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述车辆外部计算机实现为云服务器。
15.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述车辆内部计算机实现为控制设备或车辆计算机。
16.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过对所述功能的计算，根据输入数据来确定操控参量、尤其是针对所述车辆的驱动系统、制动系统、转向系统、辅助系统或信息娱乐系统的操控参量。
17.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据所述计算的结果来操控所述车辆的组件，尤其是驱动系统、制动系统、转向系统、辅助系统或信息娱乐系统。
18.计算机程序，所述计算机程序被设立为执行根据上述权利要求之一所述的方法。
19.存储器，其具有根据权利要求18所述的计算机程序。
20.车辆，其具有根据权利要求19所述的存储器。
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