CN113439246B - 用于安全操作自动化车辆的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于安全操作自动化车辆的系统，系统具有第一网络，第一网络利用高性能ECU(30)对多个传感器(76‑82)的信号进行处理以定向、控制并避免碰撞，以便实现对环境和对象进行识别和分类，从而能够实现复杂的运动控制。高性能ECU(30)与可靠的运动控制ECU(50)联接，运动控制ECU与至少一个驱动元件(90，92，94，96)联接，用以藉由至少两个控制信号(51，52)冗余地控制车辆(70)。附加地，还设置有第二层级式冗余网络以用于车辆的安全操作，第二层级式冗余网络具有：带有至少一个紧急停止开关装置的HMI/RM(5)、用于确定对象相对于车辆的位置的地面实测设备(10)和采用如下控制器形式的感知安全ECU(40)，即，控制器通过安全连接与HMI/RMI(5)、地面实测设备(10)以及至少一个雷达传感器联接，以便从所传输的信号中导出通过安全连接被馈送至运动控制ECU(50)的安全的碰撞报告信号(41)，从而可靠地评估HMI/RMI(5)、地面实测设备(10)以及感知安全ECU(40)的信号以识别紧急状态，使得在识别到紧急状态的情况下藉由至少两个控制信号(51，52)将车辆(70)冗余地控制为安全状态。

Description

用于安全操作自动化车辆的系统和方法
本发明涉及用于安全操作自动化车辆的一种系统和一种方法。
高度自动化的无人驾驶作业机械用于可高效处理复杂的流程。除了流程任务之外，车辆例如还必须在农田、建筑工地上或在仓库中自动化运动并且在此通常自行定向。大量传感器被用于和处理该定向任务和环境识别以避免碰撞。在计算能力愈加强大的所谓高性能ECU中对这些数据进行处理。为此，通常使用诸如深度神经网络(DNN)的机器学习方法。各种传感器、ECU和其他组成部分藉由车辆网络进行联接，在该车辆网络中信号在仅采用质量措施开发的信号分支(QM)中进行传输。这意味着，尽管这条路径上的信号是以高品质确定和传输的，但这些信号不符合任何安全标准并且即使采取额外措施也不能通过车辆网络特别安全地进行传送。
然而，除了车辆为完成流程任务所进行的运动外，还必须确保车辆在运动过程中的安全性。因此，除了具有QM路径的车辆网络外，还必须创建安全的多重冗余系统，以便在紧急情况下或在QM网络失效的情况下使车辆无危险地转变到安全状态。
在现有技术中已知电力网络架构(参见DE 10 2012 102 173A1)，其中大量传感器和执行器设有用于处理传感器的数据并向执行器发出命令的两个或更多个电子控制单元(ECU)、和用于将传感器和执行器连接到ECU的两个或更多个接口设备以及通信总线，其中接口设备软件可被重新配置以修改连通性。
通过这种措施能够更好且更灵活地使用传感器和执行器，并且确保在接口设备失效的情况下有一定的容错性。
然而，这样的系统不足以在紧急情况下或在车载网络或重要设备部件失效的情况下使车辆无危险地转变到安全状态。
在此背景下，本发明的目的在于，给出用于安全操作自动化车辆的一种系统和一种方法，其中在例如由于碰撞危险而发生紧急状态或车载网络或其单独部件失效的情况下确保车辆无危险地转变到安全状态。
为此目的，本发明描述了一种用于安全操作自动化车辆的层级式多重冗余E/E网络(电气/电子网络)。
本发明的目的通过一种用于操作自动化车辆的系统来实现，所述系统具有：
(a)第一网络，所述第一网络具有：
-带有用于检测所述车辆的周围环境的多个传感器的传感器组，所述传感器组与处理所述传感器的信号以进行定向、控制和避免碰撞的高性能ECU联接；以及
-可靠的运动控制(Motion Control)ECU，所述运动控制ECU与至少一个执行器联接，用以藉由至少两个控制信号冗余地控制车辆；
-其中所述高性能ECU向所述运动控制ECU输出用于定向、控制和避免碰撞的对象识别指示信号；
(b)用于安全操作所述车辆的第二层级式冗余网络，所述第二层级式冗余网络具有：
-带有至少一个紧急停止开关装置的HMI/RMI(人机界面/远程机器界面)；
-用于确定对象相对于所述车辆的位置的地面实测设备；
-呈如下控制器形式的感知安全ECU，即，所述控制器通过安全连接与所述HMI/RMI、所述地面实测设备以及至少一个雷达传感器联接，以便从所传输的信号中导出通过安全连接被馈送至所述运动控制ECU的安全碰撞报告信号；
-其中所述运动控制ECU被设计成可靠地评估所述HMI/RMI、所述地面实测设备和所述感知安全ECU的信号，以便在识别到紧急状态的情况下藉由至少两个控制信号将所述车辆冗余地控制为安全状态。
根据本发明的另一方面，公开了一种用于安全操作自动化车辆的方法，其中
(a)在第一网络中
-将具有用于检测所述车辆的周围环境的多个传感器的传感器组与高性能ECU联接并且对所述传感器的信号进行处理以进行定向、控制并避免碰撞，以便生成用于定向、控制和避免碰撞的对象识别指示信号，
-将所述对象识别指示信号传输给可靠的运动控制ECU，所述运动控制ECU藉由至少两个控制信号控制以冗余且安全的方式控制用于控制所述车辆的至少一个执行器；
(b)在用于安全操作所述车辆的第二层级式冗余网络中
-HMI/RMI具有至少一个紧急停止开关装置；并且
-地面实测设备用于确定对象相对于所述车辆的位置；
-所述HMI/RMI与所述地面实测设备通过安全连接与呈控制器形式的感知安全ECU联接，并且还将至少一个雷达传感器的信号馈送给所述感知安全ECU，以便从所传输的信号中导出通过安全连接被馈送至所述运动控制ECU的安全碰撞报告信号；
-其中所述运动控制ECU评估所述HMI/RMI、所述地面实测设备和所述感知安全ECU的信号，以便可靠地识别如下紧急状态，即，在所述紧急状态下藉由至少两个控制信号将车辆冗余地控制为安全状态。
根据本发明，在识别到紧急状态的情况下通过第二层级式冗余E/E网络来确保车辆可靠地转移到安全状态，其方式为使得运动控制ECU藉由至少两个控制信号来冗余地控制车辆。
为此设有与第一车辆网络分开的第二层级式冗余E/E网络，运动控制ECU通过安全连接连结在该第二层级式冗余E/E网络中。
运动控制ECU评估来自HMI/RMI、地面实测设备和感知安全ECU的安全关断信号指示。
感知安全ECU评估HMI/RMI和地面实测设备的安全信号，以便根据输入信号来确定更高品质的安全位置信息。例如，如果HMI/RMI发出紧急停止信号，则感知安全ECU无论如何都会将输出信号切换为“紧急停止(Not-Aus)”，从而使运动控制ECU在任何情况下都藉由至少两个控制信号将车辆冗余地控制为安全状态。
例如，如果借助于一个或多个雷达信号识别到位于车辆周围环境中的对象并且该信息由地面实测设备借助“飞行时间相机”加以确认，则这促使感知安全ECU发出关于潜在对象的相对位置的可靠输出信号。感知安全ECU的输出信号在此已包含来自各种传感器系统的经预处理的、安全的对象识别。
运动控制ECU根据感知安全ECU的碰撞报告信号以及可能HMI/RMI和地面实测设备的关断信号来计算操控两个冗余信号的紧急驱动信号，借助这两个冗余信号来操控藉由至少两个控制信号冗余地使至少一个执行器停止或进行避让。这在此可以是制动或转向系统，其中同时也可以实现制动和转向运动与避让的组合。
根据本发明的另一特征，所述运动控制ECU还相应地通过安全连接与所述HMI/RMI以及所述地面实测设备联接。
通过这种方式，运动控制ECU除了感知安全ECU的碰撞报告信号外还可以直接处理HMI/RMI和地面实测设备的安全输出信号，以便进一步提高针对紧急状态识别的安全性。例如，通过这种方式直接从HMI/RMI向运动控制ECU传输紧急停止信号，从而使得该运动控制ECU可以立即启动车辆向安全状态的转变。
根据本发明的另一设计方案，所述HMI/RMI具有设置在所述车辆上的至少一个紧急停止开关和至少一个远程控制的紧急停止开关装置。
通过这种方式，既可以以人为控制的方式致动车辆上的紧急停止开关、也可以以远程控制的方式来确保紧急停止关断。
根据本发明的另一设计方案，所述高性能ECU被设计成：根据所述传感器的信号对所述车辆的周围环境中的一个或多个对象进行识别、分类、确定所述对象的位置和运动信息，并且将所述位置和运动信息作为不安全对象识别指示信号传输给所述运动控制ECU，其中所述运动控制ECU还被设计成：评估所述对象识别指示信号并且将其与所述感知安全ECU以及可能还有所述HMI/RMI和所述地面实测设备的安全信号进行比较，以便在没有识别到紧急状态的情况下根据预先设定的驾驶任务藉由该至少两个控制信号来控制所述车辆。
通过这种方式，高性能ECU被用来根据传感器信号确定车辆周围环境的更详细图像并且识别对象或对这些对象进行类别分配。这例如可以借助诸如语义分割的人工智能算法(深度学习)来实现。高性能ECU的计算可能非常复杂并且可以提供即时的车辆周围环境的多层图像，因此运动控制ECU将这些计算与来自感知安全ECU的安全碰撞报告信号进行比较，以确保在没有识别到紧急状态的情况下依据高性能ECU的预设值而根据预先设定的车辆任务对车辆进行控制。
根据本发明的另一设计方案，所述高性能ECU具有用于将输出信号尤其输出到例如呈显示器形式的人机界面的接口。
通过这种方式，具有高信息量的高性能ECU计算出的信号不仅可以用于控制车辆运动，还可以用于其他任务(例如直接向用户告知周围环境)。
根据本发明的另一设计方案，所述传感器组是环绕感测传感器组，所述环绕感测传感器组具有优选带有不同测量原理的多个传感器，尤其是具有至少一个雷达传感器、至少一个相机传感器、至少一个激光雷达传感器、以及优选尤其是超声波传感器和/或红外传感器的一个或多个其他传感器。
通过这种方式可以使用大量的传感器数据，以便在即使利用多种测量原理的情况下也确保对车辆周围环境进行尽可能精确的检测，从而能够对车辆周围环境进行特别高质量且可靠的扫描。
根据本发明的另一设计方案，所述地面实测设备具有飞行时间相机和/或尤其用来识别行人的激光雷达系统、和/或在接触到物体时触发信号的保险杠。
飞行时间相机是使用飞行时间方法测量距离的3D相机系统。由于使用了PMD传感器，这些飞行时间相机也被称为PMD相机并且可以在几分米到约40m的距离范围内使用。
激光雷达方法是用于光学地测量距离和速度的、与雷达相似的方法，其中代替雷达束而使用激光束。激光雷达系统在无人驾驶车辆领域中已知用于识别障碍并且还部分标准化以避免与可能穿过自动车道的人发生事故。
在接触到物体时触发信号的保险杠(缓冲装置)能够实现立即识别碰撞。
根据本发明的另一设计方案，以有线的方式冗余地或借助于总线系统以受保护的方式(尤其利用活跃计数(Alife Count)或循环冗余校验)来传输所述地面实测设备和/或所述感知安全ECU和/或所述HMI/RMI和/或所述运动控制ECU的信号。
安全的信号传输一方面能够以有线的方式冗余地实现，另一方面也能够藉由相应受保护的总线系统来实现。这能够实现简单而灵活的连接。
根据本发明的另一设计方案，所述感知安全ECU被设计为利用软件进行控制的控制器，所述软件基于规则在不使用KI算法的情况下对所述输入信号进行评估，以便由此确定具有可靠位置信息的、高品质的安全信号。
为了确保进行可靠的处理，基于规则在不使用KI算法的情况下进行软件控制。输出根据(其本身均是安全的)输入信号计算出其信息的安全碰撞报告信号。
根据本发明的另一设计方案，所述系统具有人工控制分支、2级驾驶员辅助感知分支以及4级自主驾驶感知分支，
-其中所述人工控制分支具有所述HMI/RMI，所述HMI/RMI是通过安全连接至少与所述感知安全ECU联接的；
-其中所述2级驾驶员辅助感知分支具有所述感知安全ECU以及至少一个雷达传感器和至少一个相机，其中所述雷达传感器的信号和所述相机的信号通过安全连接被馈送给输出经安全融合的信号的安全的融合单元；
-其中HMI/RMI的信号、融合单元的信号通过安全连接被馈送给感知安全ECU和运动控制ECU，以便由此在感知安全ECU中导出通过安全连接被馈送给运动控制ECU的安全碰撞报告信号；
-其中所述4级自主驾驶感知分支具有所述高性能ECU，所述高性能ECU与所述传感器组相联接并且被设计成从所述传感器的信号导出被馈送给所述运动控制ECU的对象识别指示信号；
-并且其中所述2级驾驶员辅助感知分支被设计成：藉由所述运动控制ECU在识别到紧急状态或所述4级自主驾驶感知分支失效的情况下借助于经安全融合的信号将所述车辆控制为安全状态。
在这种情况下，具有高性能ECU的4级自主驾驶感知分支用作用于自主驾驶的新系统组成部分。作为用于该分支的后备级别使用如今例如在载重车辆中按照标准使用的2级驾驶辅助感知分支。该分支通常由向前指向的雷达传感器构成，将该雷达传感器的信号与相机的数据融合。这些信号如今已经以非常高的品质可靠地计算出并且提供有提供周围环境图像的信号，从而使得运动控制ECU在识别到紧急状态的情况下仍可以将车辆转变到安全状态。
这种设计方案的优点是模块化方案：现有的和可执行的2级系统可以扩展为“4级系统升级”。作为发生故障时的后备级别，2级系统能够借助于所融合的雷达/相机信号短暂地提供周围环境图像，从而使得运动控制ECU可以将车辆转变到安全状态。
不言而喻，本发明的上述特征和下文将要说明的特征不仅能够以分别给出的组合方式使用，而且还能够以其他组合方式或单独使用，而不脱离本发明的范围。
从参照附图的优选实施例的以下说明中得出本发明的其他特征和优点。在附图中：
图1示出根据本发明的用于安全操作自动化车辆的系统的第一实施方式的框图；
图2示出另一根据本发明的系统的框图，该系统具有2级驾驶辅助感知分支和4级自主驾驶感知分支；并且
图3示出根据本发明的车辆的简化图示，其中附近具有要探测的对象。
图1示出了根据本发明的用于操作自动化车辆的系统1的第一实施方式。
系统1具有第一网络，该第一网络具有与传感器组20和运动控制ECU 50联接的高性能ECU 30。该网络内的连接是通过仅利用质量措施保护的路径进行的，但这些连接不是对安全关键的任务所需的“安全”或“防故障”的连接。此类“不安全”的连接或路径在下文和附图中被称为“QM路线(path)”或“QM路径”并且在附图中由实线连接进行标识。相比之下，对安全关键的任务所需的“安全”或“防故障”的连接在本申请和附图中通常被称为“安全路线”或“安全连接”并且在附图中用虚线进行标识。
附加地，包含高性能ECU 30、相关联的传感器组20和运动控制ECU 50的“不安全”的第一网络由具有安全部件和安全连接的第二层级式冗余E/E网络补充。即使第一网络可能失效或出现故障状态，第二冗余网络也独立于具有QM路径的第一网络地确保车辆无危险地转变到安全状态。
第二层级式冗余网络中的安全连接要么借助于电线冗余地来实施、要么藉由总线系统以受保护的方式来实施，该总线系统例如藉由活跃计数或循环冗余校验进行安全设计。
图3中示例性地展示了可以用这种系统1操作的车辆70。车辆在此是一种设有两个驱动轮90、92和两个转向轮94、96的自动化车辆。借助于系统1来操作车辆70。车辆70例如可以被设计为农用车辆。
根据图1或图3的传感器组20被设计为具有带有不同测量原理的多个传感器的环绕感测传感器组。为此，在图3中示例性地展示了两个相机传感器76、77、一个激光雷达传感器82、两个雷达传感器80、81以及两个其他的传感器78、79，其中这两个其他的传感器尤其可以是超声波传感器和/或红外传感器。
在图1中标明了传感器的信号。在此涉及雷达信号22、相机信号23、激光雷达信号24和其他传感器的信号25。这些信号22-25被馈送给高性能ECU 30。高性能ECU 30根据信号22、23、24、25计算出车辆70的周围环境图像，并且该高性能ECU一方面可以识别对象(参见图3的72)，然而另一方面也可以对这些对象进行类别分配。这可以借助诸如语义分割的人工智能KI算法(深度学习)来实现。高性能ECU 30一般还包含辅助计算机，例如图形处理器等。由于输入信号中的大数据量和计算能力，高性能ECU 30可以执行用来评估车辆70的周围环境的非常复杂的计算，借助于这些计算可以对对象72进行识别和分类。高性能ECU 30的输出信号作为不安全对象识别指示信号31被馈送给运动控制ECU 50。
高性能ECU 30的输出信号不仅可以用于藉由运动控制ECU 50来控制车辆运动，而且还可以提供给其他接收器，如在图1中借助路径32所展示的。在此例如可以是如呈显示器形式的人机界面84，如示例性地在图3中所展示的。
运动控制ECU 50转换高性能ECU 30的对象识别指示信号并且由此计算冗余的控制信号51、52，这些冗余的控制信号被冗余地馈送给所指配的执行器，以便因此根据预先设定的驾驶任务控制车辆70，如示例性地在60处所示出的。
根据本发明，高性能ECU 30、传感器组20、运动控制ECU 50、以及借以控制系统60的相关联的控制信号51、52所属的第一网络仍由层级式多重冗余E/E网络来补充，该层级式多重冗余E/E网络在图1中是根据虚线路径通过安全连接(安全路线)被联接的(具有相关联的控制信号51、52的运动控制ECU50在此可以指配给这两个网络)。
为此设有HMI/RMI(人机界面/远程机器界面)5。在此涉及直接被容纳在车辆70上并且可由用户致动的至少一个紧急停止开关(参见图3，标记87)。附加地，HMI/RMI 5具有远程控制的远程停止开关88。该远程停止开关可以由人类用户或更高级别的系统以远程控制的方式通过安全连接来传输。不言而喻，紧急停止开关87和远程控制的远程停止开关88都通过安全连接与HMI/RMI联接。HMI/RMI 5输出外部控制信号6，该外部控制信号如在使用运动控制ECU50的数字输入端的情况下通过安全连接(例如通过冗余的线缆连接)被馈送给运动控制ECU 50。此外，HMI/RMI 5的外部控制信号6同样通过安全连接被馈送给感知安全ECU40。
冗余的安全网络还包含地面实测设备10，该地面实测设备输出相应地通过安全连接被馈送给运动控制ECU 50和感知安全ECU 40的地面实测指示信号11。
地面实测设备10是这样的测量设备，即，利用该测量设备可以在正常条件下可靠地确定对象72相对于车辆70的位置。在此，该测量设备例如可以是飞行时间相机(TOF相机)。TOF相机是可以使用飞行时间方法(Time of Flight，TOF)来测量距离的3D相机系统。
替代地或附加地，地面实测设备10可以具有激光雷达系统。激光雷达系统例如针对行人识别以部分已经过认证的方式来获得。此外，地面实测设备例如可以具有在接触到物体时触发信号的保险杠(缓冲装置)。
地面实测设备10提供地面实况指示信号11来作为输出信号11，利用该地面实况指示信号可以可靠地确定对象72相对于车辆70的位置。信号11以有线的方式冗余地或者藉由受保护的总线系统被传输到运动控制ECU 50和感知安全ECU 40。
除了HMI/RMI 5的外部控制信号6和地面实测设备10的地面实况指示信号11之外，该至少一个雷达传感器的、以冗余或受保护的方式传输的信号21也还被馈送给感知安全ECU 40。该至少一个雷达传感器或该多个雷达传感器(可以是传感器组20的一部分)已可以通过传感器控制装置中的软件程序来预处理并且包含准备好的“雷达对象”。然而这些雷达传感器也可以包含在感知安全ECU 40中才处理的原始数据。当该至少一个雷达传感器的信号21被安全地传输给感知安全ECU 40时，传感器组20的雷达传感器的、被馈送给高性能ECU30的信号不必安全或冗余地来传输。这些雷达信号22可以是被馈送给感知安全ECU 40的雷达信号21的超集、子集或不相交集。
感知安全ECU是这样的控制器，即，该控制器借助于软件程序基于规则地在不使用KI算法的情况下将由HMI/RMI 5、地面实测设备10和该至少一个雷达传感器传输的信号合并，并且由此计算出可靠地传输给运动控制ECU 50的安全的碰撞报告信号41。感知安全ECU40被设置用于根据安全输入信号6、11、21来确定更高品质的安全位置信息：
例如，如果多个雷达信号21识别到位于周围环境中的对象72并且地面实测设备例如借助于TOF相机或激光雷达对该信息加以确认，则碰撞报告信号41包含有关潜在对象72的位置的可靠信号。
在另一示例中，如果另一地面实况指示信号11、例如“保险杠”中的闭合开关的响应和来自雷达信号21的距离信息同时测量到非常接近的对象，则该信息由此被确认并且因此更可靠。由此可以排除例如由于振动而导致保险杠闭合触点意外短暂闭合。
例如，如果在第三示例中藉由HMI/RMI 5以远程控制的方式生成紧急停止信号6，则感知安全ECU无论如何都将碰撞报告信号41切换为“紧急停止”，该“紧急停止”由运动控制ECU 50转换为相应的紧急驱动信号。
运动控制ECU 50对由HMI/RMI 5、地面实测设备10和感知安全ECU 40可靠地传输的安全“关断信号指示”6、11、41进行评估。在此，来自感知安全ECU的安全碰撞报告信号41包含来自各种传感器系统的已预处理的安全对象识别。在识别到紧急情况的情况下，根据关断信号6、11、41来计算紧急驱动信号，该紧急驱动信号操纵两个冗余的信号51、52，利用这两个冗余的信号冗余地操控所指配的执行器以使车辆70停止并且/或者进行避让。
在图3中示例性地展示了所指配的驱动轮90、92和所指配的转向轮94、96，它们由运动控制ECU 50通过冗余的有线连接进行操控，以便在紧急驱动信号的情况下启动停止和/或避让过程。因此，根据驾驶情况和紧急驱动信号例如还可以冗余地操控制动系统或者冗余地操控转向系统以进行避让。在此，同时还可以冗余地操控制动系统和转向系统，从而实现制动与避让的组合。
此外，运动控制ECU 50对具有高信息量的高性能ECU 30的不安全对象识别指示信号31进行评估并且控制该至少两个冗余的输出信号51、52，其方式为使得在没有识别到紧急状态的情况下依据高性能ECU 30的预设值而根据预先设定的驾驶任务来对车辆70进行控制。
在没有出现紧急状态的情况下，复杂的预先设定的驾驶任务例如可能是跟随草地上的条带(Schwad)行进。然后例如借助于两个相机来识别条带，这两个相机的信号23在高性能ECU 30中借助于深度学习算法来进行处理。高性能ECU 30由此计算复杂的周围环境信息并将其以信号31发送给运动控制ECU 50。该运动控制ECU藉由信号51和/或52之一来控制转向，其方式为使得车辆70跟随所识别到的条带行进。
在图3中简化地示出了示例性地处于沿路径74运动的自动化车辆70上的、先前借助图1所描述的系统1。在此还展示了显示器84，该显示器由高性能ECU30藉由所指配的输出32来操控，以便向车辆的可能用户显示各种控制信息和可能还有车辆周围环境的经计算的图像。在此示例性地展示了安全总线系统98，该安全总线系统例如能够藉由活跃计数或循环冗余校验来实现受保护的传输。可以藉由该安全总线系统98来联接HMI/RMI 5、性能安全ECU 40、地面实测设备10、高性能ECU 30和运动控制ECU 50。替代性地，当然也可以相应地提供冗余的有线连接。
下面借助图2来阐述该系统的优选变型方案(整体用标记1a来表示)。在此针对相对应的部分使用相对应的附图标记。
系统1a具有包括传感器组20和高性能ECU 30的4级自主驾驶感知分支80。作为该分支的后备级别设有2级驾驶辅助感知分支75。
此类L2系统如今例如已按照标准在载重车辆中使用。这种2级驾驶辅助感知分支75通常具有向前指向的雷达传感器和至少一个相机。雷达传感器的输出信号21b和相机的输出信号在融合单元10b中进行融合。由此，以非常高的品质计算并提供具有的L2障碍指示信号11b。来自HMI/RMI 5的安全信号6、来自融合单元10b的L2障碍指示信号11b以及来自感知安全ECU 40的安全碰撞报告信号41进而通过安全连接被馈送给运动控制ECU 50。
该系统的优点是模块化方案：现有的和可执行的L2系统可以扩展为“L4升级”。作为发生故障时的后备级别，L2系统能够借助于融合单元10b短暂地提供具有周围环境图像的L2障碍指示信号，从而使得运动控制ECU 50可以将车辆70转变到安全状态。
附图标记清单
1 系统
5 HMI/RMI
6 外部控制信号
10 地面实测设备
10b 融合单元
11 地面实测指示信号
11b L2障碍指示信号
20 传感器组
21 受保护的雷达信号
21b 受保护的雷达信号
22 不受保护的雷达信号
23 相机信号
24 激光雷达信号
25 其他传感器的信号
30 高性能ECU
31 对象识别指示信号
32 人机界面的输出信号
40 感知安全ECU
41 碰撞报告信号
50 运动控制ECU
51 冗余控制信号
52 冗余控制信号
60 受控系统
70 车辆
72 对象
74 运动路径
76 相机
77 相机
78 其他传感器
79 其他传感器
80 雷达传感器
81 雷达传感器
82 激光雷达传感器
84 显示器
87 紧急停止开关
88 远程紧急停止开关
90 驱动轮/制动装置
92 驱动轮/制动装置
94 转向轮
96 转向轮
98 安全总线系统

Claims (22)

1.一种用于安全操作自动化车辆(70)的系统，所述系统包括：
(a)第一网络，所述第一网络具有：
-带有用于检测所述车辆(70)的周围环境的多个传感器(76，77，78，79，80，81，82)的传感器组(20)，所述传感器组与处理所述传感器(76-82)的信号(22，23，24，25)以进行定向、控制和避免碰撞的高性能ECU(30)联接；以及
-可靠的运动控制ECU(50)，所述运动控制ECU与至少一个驱动元件(90，92，94，96)联接，用以藉由至少两个控制信号(51，52)冗余地控制所述车辆(70)；
-其中所述高性能ECU(30)向所述运动控制ECU(50)输出用于定向、控制和避免碰撞的对象识别指示信号(31)；
(b)用于安全操作所述车辆(70)的第二层级式冗余网络，所述第二层级式冗余网络具有：
-带有至少一个紧急停止开关装置(87，88)的HMI/RMI(5)；
-用于确定对象相对于所述车辆(70)的位置的地面实测设备(10)；
-呈如下控制器形式的感知安全ECU(40)，即，所述控制器通过安全连接与所述HMI/RMI(5)、所述地面实测设备(10)以及至少一个雷达传感器(80，81)联接，以便从所传输的信号中导出通过安全连接被馈送至所述运动控制ECU(50)的安全的碰撞报告信号(41)；并且
-其中所述运动控制ECU(50)被设计成可靠地评估所述HMI/RMI(5)、所述地面实测设备(10)和所述感知安全ECU(40)的信号，以便在识别到紧急状态的情况下藉由至少两个控制信号(51，52)将所述车辆(70)冗余地控制为安全状态，
其中，所述系统具有人工控制分支、2级驾驶员辅助感知分支(75)以及4级自主驾驶感知分支(80)，
-其中所述人工控制分支具有所述HMI/RMI(5)，所述HMI/RMI是通过安全连接与所述感知安全ECU(40)以及所述运动控制ECU(50)联接的；
-其中所述2级驾驶员辅助感知分支(75)具有所述感知安全ECU(40)以及至少一个雷达传感器(21b)和至少一个相机，其中所述雷达传感器(21b)的信号和所述相机的信号通过安全连接被馈送给输出经安全融合的信号(11b)的安全的融合单元(10b)，所述经安全融合的信号通过安全连接被馈送给所述感知安全ECU(40)，以便由此在所述感知安全ECU(40)中导出通过安全连接被馈送给所述运动控制ECU(50)的安全的碰撞报告信号(41)；
-其中所述4级自主驾驶感知分支(80)具有所述高性能ECU(30)，所述高性能ECU与所述传感器组(20)相联接并且被设计成从所述传感器(22，23，24，25)的信号导出被馈送给所述运动控制ECU(50)的对象识别指示信号(31)；
-并且其中所述2级驾驶员辅助感知分支(75)被设计成：藉由所述运动控制ECU(50)在识别到紧急状态或所述4级自主驾驶感知分支(80)失效的情况下借助于所述经安全融合的信号(11b)将所述车辆(70)控制为安全状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述运动控制ECU(50)还相应地通过安全连接与所述HMI/RMI(5)以及所述地面实测设备(10)联接。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述HMI/RMI(5)具有设置在所述车辆(70)上的至少一个紧急停止开关(87)和至少一个远程控制的紧急停止开关装置(88)。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述高性能ECU(30)被设计成：根据所述传感器(76-82)的信号(22、23、24、25)对所述车辆(70)的周围环境中的一个或多个对象(72)进行识别、分类并且确定所述对象(72)的位置和运动信息，并且将所述位置和运动信息作为不安全对象识别指示信号(31)传输给所述运动控制ECU(50)；并且其中所述运动控制ECU(50)被设计成：评估所述对象识别指示信号(31)并且将其与所述HMI/RMI(5)、所述地面实测设备(10)以及所述感知安全ECU的安全信号进行比较，以便在没有识别到紧急状态的情况下根据预先设定的驾驶任务来控制所述车辆(70)。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述高性能ECU(30)具有用于输出输出信号的接口(32)。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述高性能ECU(30)具有用于将输出信号输出到人机界面的接口(32)。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述高性能ECU(30)具有用于将输出信号输出到呈显示器(84)形式的人机界面的接口(32)。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述传感器组(20)是环绕感测传感器组，所述环绕感测传感器组具有多个传感器(76-82)。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述传感器组(20)是环绕感测传感器组，所述环绕感测传感器组具有带有不同测量原理的多个传感器(76-82)。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述环绕感测传感器组具有至少一个雷达传感器(80，81)、至少一个相机传感器(76，77)、至少一个激光雷达传感器(82)、以及超声波传感器和/或红外传感器。
11.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述地面实测设备(10)具有飞行时间相机和/或激光雷达系统和/或在接触到物体时触发信号的保险杠。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述激光雷达系统用来识别行人。
13.根据权利要求1或2所述的系统，其中以有线的方式冗余地或借助于总线系统(98)以受保护的方式来传输所述地面实测设备(10)和/或所述感知安全ECU(40)和/或所述HMI/RMI(5)和/或所述运动控制ECU(50)的信号。
14.根据权利要求1或2所述的系统，其中以有线的方式冗余地或借助于总线系统(98)以受保护的方式利用活跃计数或循环冗余校验来传输所述地面实测设备(10)和/或所述感知安全ECU(40)和/或所述HMI/RMI(5)和/或所述运动控制ECU(50)的信号。
15.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述感知安全ECU(40)被设计为利用软件进行控制的控制器，所述软件基于规则在不使用KI算法的情况下对输入信号(6，11，21)进行评估，以便由此确定具有可靠位置信息的、高品质的安全信号(41)。
16.根据权利要求1或2所述的系统，其中除了所述感知安全ECU(40)的信号(41)之外，所述HMI/RMI(5)的信号(6)以及所述融合单元(10b)的信号(11b)也通过安全连接被馈送给所述运动控制ECU(50)。
17.一种用于安全操作自动化车辆的方法，所述车辆具有根据权利要求1至16中任一项所述的系统，其中
(a)在第一网络中
-将具有用于检测所述车辆(70)的周围环境的多个传感器(76-82)的传感器组(20)与高性能ECU(30)联接并且对所述传感器(76-82)的信号进行处理以进行定向、控制并避免碰撞，以便生成用于定向、控制和避免碰撞的对象识别指示信号(31)，
-将所述对象识别指示信号传输给可靠的运动控制ECU(50)，所述运动控制ECU藉由至少两个控制信号(51，52)以冗余且安全的方式控制用于控制所述车辆(70)的至少一个执行器(90，92，94，96)；
(b)在用于安全操作所述车辆的第二层级式冗余网络中
-HMI/RMI(5)具有至少一个紧急停止开关装置(87，88)；并且
-地面实测设备(10)用于确定对象相对于所述车辆的位置；
-所述HMI/RMI与所述地面实测设备通过安全连接与呈控制器形式的感知安全ECU(40)联接，并且还将至少一个雷达传感器(80，81)的信号(21)馈送给所述感知安全ECU(40)，以便从所传输的信号中导出通过安全连接被馈送至所述运动控制ECU(50)的安全的碰撞报告信号(41)；
-其中所述运动控制ECU(50)还相应地通过安全连接与所述HMI/RMI(5)以及所述地面实测设备(10)联接；并且
-其中所述运动控制ECU(50)评估所述HMI/RMI(5)、所述地面实测设备(10)和所述感知安全ECU(40)的信号(6，11，41)，以便可靠地识别如下紧急状态，即，在所述紧急状态下藉由至少两个控制信号(51，52)将所述车辆(70)冗余地控制为安全状态。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述运动控制ECU(50)还相应地通过安全连接与所述HMI/RMI(5)以及所述地面实测设备(10)联接。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述高性能ECU(30)根据所述传感器(76-82)的信号(22，23，24，25)对所述车辆的周围环境中的一个或多个对象(72)进行识别、分类、确定所述对象(72)的位置和运动信息并且将所述位置和运动信息作为不安全对象识别指示信号(31)传输给所述运动控制ECU(50)；并且其中所述运动控制ECU(50)评估所述对象识别指示信号(31)并且将其与所述HMI/RMI(5)、所述地面实测设备(10)以及所述感知安全ECU的安全信号进行比较，以便在没有识别到紧急状态的情况下根据预先设定的驾驶任务来控制所述车辆(70)。
20.一种用于根据权利要求1至16中任一项所述的系统的运动控制ECU(50)，所述运动控制ECU与至少一个执行器联接，用以藉由至少两个控制信号(51，52)冗余地控制车辆(70)，其中所述运动控制ECU(50)被设计成接收HMI/RMI(5)、地面实测设备(10)和感知安全ECU(40)的信号(6，11，41)并且对其进行可靠的评估以识别紧急状态，以便在识别到紧急状态下藉由所述至少两个控制信号(51，52)将所述车辆(70)冗余地控制为安全状态。
21.一种车辆(70)，所述车辆具有至少一个根据权利要求20所述的运动控制ECU(50)或根据权利要求1至16中任一项所述的系统。
22.根据权利要求21所述的车辆(70)，其中所述车辆(70)被设计为农用车辆。
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