CN113874861A - 用于机动车的控制器和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(16)的控制器(1)，该控制器具有至少一个电路板(3)，该电路板具有至少一个用于提供控制器(1)的功能的微处理器(8、10)，其中，与所述功能中的至少一个其他功能相比，对所述功能中的至少一个安全功能有更高安全要求，其中，在电路板(3)上设置有安全区域(4)，在该安全区域中以满足安全要求的方式实现所有设置用于执行安全功能的部件、包括至少一个第一微处理器(8)，其中，第一微处理器的至少部分地利用电路板(3)的往来于安全区域(4)的每个通信以端对端加密的方式进行，其中，在电路板(3)上在安全区域(4)之外布置有至少一个尤其不满足安全要求的第二微处理器(10)，以用于提供至少一个另外的功能。

Description

用于机动车的控制器和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的控制器，该控制器具有至少一个电路板，该电路板具有至少一个用于提供控制器功能的微处理器，其中，与所述功能中的至少一个其他功能相比，对所述功能的至少一个安全功能有更高安全要求、尤其是ASIL等级。此外，本发明还涉及一种具有这种控制器的机动车。
背景技术
随着机动车中不同功能的电子化，控制器的数量也增加。机动车中的控制器典型地包括电路板，在该电路板上布置有不同的、对于实施功能所需的电子部件，尤其是包括至少一个微处理器。现代的新功能、尤其是与机动车的完全自动驾驶相关的那些功能，必须尤其确保安全。因此，例如根据特定的标准对这种安全功能提出安全要求。
为此，就机动车而言引入了ISO 26262(“Road Vehicles–Functional Safety”、道路车辆功能安全)标准。该标准适用于机动车中的与安全相关的电子系统，尤其是也适用于控制器并且此外也规定确定的安全等级，即所谓的ASIL等级(Automotive SafetyIntegrity Level、机动车安全完整性等级)。这些特殊的安全要求一方面涉及硬件，另一方面也涉及软件。
一旦在控制器中执行的一个单独功能(其在下文中被称为安全功能)具有安全要求、尤其是ASIL等级，无论控制器的其他功能是具有较低的安全要求还是根本不具有安全要求，整个控制器都根据该安全功能的安全要求来设计。换言之，控制器的硬件和软件的设计当前通过在要由控制器执行的不同功能之中的最高可能的安全要求来确定。
这尤其在具有高的安全要求的安全功能不一定必须在使用控制器的每个机动车中使用时被认为是有问题的。例如，已经开发了用于机动车的控制器，所述控制器仅在特定的结构等级中需要特定的安全功能，例如在所制造的控制器中的仅5％的控制器在其运行时间中需要安全功能。由于根据安全功能的安全要求的该研发方案，加重了基础设计的负担，而该基础设计却应是尽可能便宜的。由于高的安全要求，产生了特殊的硬件部件和对软件的严格规定。
在机动车中的那种提供位置数据的功能是与机动车的安全要求相关联的、因而构成安全功能的重要功能。在此，尤其可列举GNSS功能(GNSS全球导航卫星系统)，例如GPS功能。在控制器中安装这种GNSS功能时提出，在电路板上安装满足安全要求的GNSS接收器(GNSS-Receiver)，但确定位置数据的软件在微处理器(也称为微控制器、μC)中运行，所述微处理器必须满足相应的安全要求，例如ASIL等级。软件也必须相应地开发。
文献WO 2018/169590 A1涉及一种通过协作的位置确定实现改进的ASIL分级。在此提出，除了机动车的GNSS定位之外，也基于其他车辆的通信数据进行定位。确定停留区域，其中当所述停留区域重叠时，提高位置精度的可靠性等级。
文献WO 2017/080556 A1涉及一种用于尤其是按照ASIL安全等级来评估车辆的位置的方法和装置。在此应借助传统的GNSS接收器确定第一绝对位置，应将第一绝对位置与第二绝对位置进行比较，然而所述第二绝对位置在安全的安全单元或具有ASIL能力的安全芯片中被确定并且因此始终是可信的。
文献EP 3 454 088 A1涉及一种用于提供GNSS位置的ASIL标识的系统和方法。其中提出，执行硬件平台诊断和执行RAIM算法以确定保护级别。由结果确定ASIL-“好”-标识或ASIL-“差”-标识。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适于实施具有安全要求的安全功能的控制器，该控制器可以更简单且成本更低地被研发和构造。
为了实现该目的，在开头所述类型的控制器中根据本发明提出，在电路板上设置有安全区域，在所述安全区域中以满足安全要求的方式实现所有设置用于实施安全功能的部件、包括至少一个第一微处理器，其中，第一微处理器的至少部分地利用电路板的往来于安全区域的每个通信以端对端加密的方式进行，其中，在电路板上在安全区域之外布置有至少一个尤其不满足安全要求的第二微处理器，以用于提供所述至少一个另外的功能。
安全要求在此尤其是根据ISO 26262、尤其是ISO 26262：2018的ASIL等级。因此，根据本发明提出，对于具有安全要求的安全功能在电路板上实现一种自身的“岛”，所述“岛”本身确保相应的安全要求、尤其是ASIL等级并被相应地研发。在此，由“岛”、即安全区域读入或从中读取的所有数据已经通过E2E-加密、即通过端到端加密得到保护。为此尤其是可以提出，每个从安全区域中引出的通信链路优选具有E2E-解密加密装置，尤其是在通信链路的位于安全区域中的接口处和/或在第一微处理器中具有E2E-解密加密装置。因此，特别地，这种接口可以是第一微处理器的一部分。为安全功能的部件提供安全区域能够实现，控制器的其余部分不必根据安全功能的安全要求来研发，从而可以节省基础设计中的成本并且仅需对根据功能、在此根据安全功能而配设的可能的加装设备进行投入。尤其对于制造商来说，机动车的使用者也可以支付该加装装备。
在此特别适宜的是，安全功能是为机动车提供位置数据的GNSS功能、尤其是GPS功能。然后，作为控制器的一部分，在电路板上以安全区域的形式最终形成GNSS岛、尤其是ASIL-GNSS岛，所述GNSS岛最终能够以配置选项的形式设置，使得例如控制器首先原则上能够针对其他功能而研发，然后当期望GNSS功能时，能够可选地装配有针对GNSS功能并且根据安全要求针对性地研发的相应部件。
换句话说，在控制器的电路板上创建了用于GNSS岛的配置选项，其中，在该岛、即安全区域内存在相应的对于GNSS功能必要的部件。在此，具体地可以设置，安全区域的部件除了第一微处理器之外还包括GNSS天线和/或GNSS接收器和/或至少一个高频构件、尤其是滤波器和/或带通滤波器和/或惯性测量单元(IMU)。因此，尤其是高频部件(HF滤波器、带通滤波器等)、GNSS接收器、IMU和第一微处理器位于安全区域内，所述第一微处理器在ASIL等级的情况下也可被称作ASIL-μC。安全区域的部件相应地根据安全要求、尤其根据ISO26262来研发，并且也相应地被减少。此外，控制器的其余部分仍根据通常的质量管理要求(QM)被研发。
第一微处理器将其位置数据以已经E2E被保护方式来提供，尤其是提供在第一微处理器的接口之一处、例如以太网接口处。因此，不必在控制器上或者总体上在机动车中采取其他措施。
通常也可以设置，作为尤其通过以太网从安全区域出发进行通信的部件，第一微处理器具有用于提供E2E-加密的通信数据的接口。如果第一微处理器还具有其他接口，则这些其他接口适宜地也被构造用于E2E-加密通信。
有利地，第一微处理器和第二微处理器可以与位于安全区域之外的交换机连接，和/或用于包括安全区域在内的整个电路板的公共的供电单元可以设置在电路板上。因此，不论是对于安全区域还是对于“岛”之外的其余区域都可以有利地使用作为电子部件的一个交换机和/或一个供电单元，尤其是当安全要求对于这种部件并未提出特殊要求时。
除了控制器，本发明还涉及一种机动车，其具有至少一个根据本发明的控制器。根据本发明的控制器的所有实施方案可以类似地转用到根据本发明的机动车上，因此利用该机动车同样可以获得已经提到的优点。
尤其是，根据本发明的机动车的一个有利的改进方案规定，该机动车具有至少一个为安全区域提供通信数据的计算装置，该计算装置被构造用于将通信数据以E2E-加密的方式传送给控制器。在本发明的特别有利的改进方案中，当安全功能是提供位置数据的GNSS功能时，通信数据涉及用于提高位置精度的校正服务，例如dGPS和/或关于大气波动
Figure BDA0003371454260000051
的信息。这些通信数据可以从相应的后端、即计算装置以E2E保护方式传输到安全区域中、具体来说即传输到第一微处理器，从而如果计算装置设置在机动车内部，则适宜地获得相应的设计方案。
如果通信数据、例如涉及大气波动的通信数据来自在机动车之外的后端服务器，则可以提出，该通信数据在该后端服务器处已经相应地被E2E-加密。但是也可能的是，计算装置是机动车的通信装置，该通信装置从后端服务器接收必要时还以其他方式加密或未加密的通信数据。于是，当然也必须根据安全要求来设计该通信装置或至少处理该通信数据的部件。这相应地也适用于机动车内部的其他可以将通信数据提供到用于安全功能的安全区域中的计算装置。
附图说明
本发明的其他优点和细节从下面描述的实施例以及根据附图得出。附图示出：
图1示出了根据本发明的控制器的原理图，以及
图2示出了根据本发明的机动车的原理图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的控制器1，其包括例如布置在壳体2内的电路板。由于控制器1要实施安全功能、在此为GNSS功能(对该安全功能提出安全要求、在此为ASIL等级)，控制器1包括安全区域4，所述安全区域当前也可被称作ASIL-GNSS岛。在安全区域4内(该安全区域在制造时可仅选装)，存在对于执行GNSS功能所需的所有部件。这些部件在此包括联接至GNSS天线6的高频构件5、至少一个GNSS接收器7、第一微处理器8以及惯性测量单元9(IMU)。所有这些部件5、7、8、9不仅关于硬件而且必要时关于软件都根据安全要求来研发。
为了执行控制器1的不必满足GNSS功能的安全要求(或者必须满足较低的安全要求)的其他功能，在电路板3上设置第二微处理器10。该第二微处理器相应地不根据GNSS功能的较高安全要求来研发。不仅第一微处理器9而且第二微处理器10都通过交换机11与控制器1的物理接口12、例如CAN总线接口等连接。不仅安全区域4的部件而且电路板3上的其余部件都通过公共的供电装置13馈电。
所有通过第一微处理器8的接口14往来的通信都被E2E加密(端到端加密)。这尤其是可以通过使用E2E-解密加密装置15来实现，该装置也可以是接口14的一部分。
图2示出了按本发明的机动车16的原理图。机动车16具有至少一个控制器1，该控制器如参照图1所阐述的那样被设计。在此，控制器1也与机动车16的通信装置17通信，该通信装置与至少一个机动车外部的计算装置18通信连接，该至少一个机动车外部的计算装置在此是后端装置，该后端装置提供用于精确地实施GNSS功能的通信数据，例如提供关于当前的大气波动和/或关于dGPS功能的通信数据，该通信数据已经在计算装置18中适当地被E2E加密，从而该通信数据可以由通信装置17直接提供给控制器1并且借助于交换机11提供给第一微处理器8。
也可设想，在机动车16内设置计算装置19，该计算装置提供用于安全功能、尤其是GNSS功能的这种通信数据，在此于是也必须相应地满足安全要求并且必须实施通信数据的E2E-加密。如果由计算装置18例如未加密地提供通信数据，则也可以在注意安全要求的情况下在作为另外的计算装置的通信装置17中进行加密，从而直到第一微处理器8都提供E2E加密保护。

Claims (7)

1.一种用于机动车(16)的控制器(1)，所述控制器具有至少一个电路板(3)，所述至少一个电路板具有用于提供控制器(1)的功能的至少一个微处理器(8、10)，其中，与所述功能中的至少一个另外的功能相比，对所述功能中的至少一个安全功能有更高安全要求，
其特征在于，
在所述电路板(3)上设置有安全区域(4)，在所述安全区域中以满足安全要求的方式实现所有设置用于执行安全功能的部件、包括至少一个第一微处理器(8)，其中，第一微处理器的至少部分地利用电路板(3)的往来于所述安全区域(4)的每个通信以端对端加密的方式进行，其中，在所述电路板(3)上在所述安全区域(4)之外布置有至少一个尤其不满足安全要求的第二微处理器(10)，以用于提供至少一个另外的功能。
2.根据权利要求1所述的控制器(1)，
其特征在于，
安全功能是为机动车(16)提供位置数据的GNSS功能、尤其是GPS功能。
3.根据权利要求2的控制器(1)，
其特征在于，
安全区域(4)的部件除了第一微处理器(8)之外还包括GNSS天线(6)和/或GNSS接收器(7)和/或惯性测量单元(9)和/或至少一个高频构件(6)、尤其是滤波器和/或带通滤波器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制器(1)，
其特征在于，
作为尤其通过以太网从安全区域(4)出发进行通信的部件，第一微处理器(8)具有用于提供E2E-加密的通信数据的接口(14)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制器(1)，
其特征在于，
所述第一微处理器(8)和第二微处理器(10)与处于安全区域(4)之外的交换机(11)连接，和/或用于包括安全区域(4)在内的整个电路板(3)的公共的供电单元(13)设置在电路板(3)上。
6.一种机动车(16)，其具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的控制器(1)。
7.根据权利要求6所述的机动车(16)，
其特征在于，
所述机动车具有至少一个为安全区域(4)提供通信数据的计算装置(19)，所述计算装置被构造用于将通信数据以E2E-加密的方式传送给控制器(1)。
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