CN113994273A - 用于在车辆架构内提供冗余通信的设备和方法及相应的控制架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在车辆架构内提供冗余通信的设备。车辆架构包括多个命令单元(6、7、8、9)，每个被配置成由冗余通信线路(10、11)控制。所述设备包含至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)，所述至少第一控制单元和第二控制单元由互连通信线路(5)连接，并且所述至少第一控制单元和第二控制单元各自被配置成：通过冗余通信线路(10、11)中的一个与命令单元(6、7、8、9)通信；并且通过控制多个命令单元(6、7、8、9)中的至少一个作为网关单元(6)并且在冗余通信线路(10、11)之间转发信息来通过通信线路(10、11)彼此通信。

Description

用于在车辆架构内提供冗余通信的设备和方法及相应的控制 架构
技术领域
本发明涉及一种用于在车辆架构内提供冗余通信的设备和方法。特别地，本发明涉及一种用于车辆的控制架构以及一种用于车辆的控制架构的控制方法。
背景技术
机动车辆包含多个子系统，这些子系统可以共同实现车辆操作，诸如推进和传动系统、转向系统、制动系统，其中每个子系统由其关联的控制单元控制。在致动器中或在单个控制系统级别下的子系统故障可能会阻止车辆的进一步操作或至少会导致其功能下降。对于自动驾驶，制动和转向等安全相关系统需要冗余设置以及它们之间的适当通信。
US 9,195,232描述了用于补偿故障操作系统中的共同故障的系统。所述系统可以包括被配置成执行诸如推进制动和转向的车辆功能的主控制器和被配置成具有主控制器的冗余配置的次控制器。所述系统包括控制模块，所述控制模块被配置成基于检测到故障在控制器之间转移车辆的控制。控制模块可以检测控制器的共同故障，所述共同故障导致控制模块输出共同故障信号。作为响应，系统可以将控制转移到被配置成执行车辆功能的安全控制器，直到系统可以将控制转移回主控制器。
US 2016/009257描述了一种具有自主子系统的系统，所述子系统包括第一制动模块和第二制动模块。每个模块包括处理器和存储器，存储器存储可由处理器执行的指令以用于检测故障。所述系统还包括制动子系统，所述制动子系统被编程为响应于来自第二制动模块的信号以致动制动机构。自主子系统还被编程为根据是否检测到故障来选择制动模块中的一个以向制动机构提供信号。
然而，这些系统仅有有限的冗余，并且需要提供改进的系统冗余。
发明内容
上述传统系统的至少一些问题由权利要求1的设备或权利要求11的方法克服。从属权利要求涉及独立权利要求的主题的进一步有利实现。
本发明涉及一种用于在车辆架构内提供冗余通信的设备。车辆架构包括多个命令单元(commanded unit)，每个被配置成由冗余通信线路控制。所述设备包含至少第一控制单元和第二控制单元，它们由互连通信线路连接，并且各自被配置成：
-通过冗余通信线路中的一个与命令单元通信；和
-通过控制多个命令单元中的至少一个作为网关单元并且在冗余通信线路之间转发信息来通过通信线路彼此通信。
因此，互连通信线路和通过通信线路和网关单元的通信形成在至少第一控制单元和第二控制单元之间的冗余互连通信。应当理解，术语“线路”可以指有线连接。然而，本发明不应限于有线连接，而是同样应该包括在各种(车辆)部件之间的无线连接。还应当理解，所述架构可以包括能够与所述命令单元或其他命令单元通信的其他控制单元。同样，命令单元的数量或功能不受限制。控制单元可用于制动、转向、传动和/或能量管理或用于车辆中的其他应用。命令单元可以包括智能能量单元、轮端控制单元、用于制动或转向或传动的致动器、调制器、阀门等。
可选地，网关单元被配置成沿着在通信线路之间的每个方向转发信息。此外，每个或任何命令单元可以被配置成作为不同的网关以在冗余通信线路之间转发数据。
可选地，至少第一控制单元和第二控制单元被配置成作为主控制单元或从控制单元。具体角色可以预先确定或自由选择。例如，至少第一控制单元和第二控制单元可以被配置成遵循预定算法通过经由互连通信线路或通信线路交换信息来选择它们中的一个作为主控制单元，另一个作为从控制单元。例如，在第一操作模式中，第一控制单元被配置成作为主控制器，第二控制单元被配置成作为从控制器。在第二操作模式中，第二控制单元被配置成作为主控制器，第一控制单元被配置成作为从控制器。换言之，控制单元可以承担主角色或从角色，其中它们中的一个具有主角色，而一个或多个其他控制单元具有从角色。
车辆架构可以包括冗余车辆通信网络，使得互连通信线路和通过网关单元的(冗余)通信被配置成经由第一控制单元和第二控制单元将从冗余车辆通信网络中的一个接收的数据传输到冗余车辆通信网络中的另一个(反之亦然)。
以这种方式，减轻了通信中的一个失败的危急情况。
可选地，互连通信线路和/或通过网关的通信被配置成在至少第一控制单元和第二控制单元之间交换数据，以实现合理性检查和/或交叉检查。
实施例还涉及具有如前所限定的设备的车辆架构。
可选地，车辆架构包括冗余车辆通信网络(例如，两个独立的网络)，其被配置成向第一控制单元或第二控制单元提供数据或控制信号。
进一步的实施例涉及一种用于在车辆架构内提供冗余通信的方法，其中车辆架构同样包括：多个命令单元，其每个被配置成由第一通信线路和第二通信线路控制；至少第一控制单元和第二控制单元；以及在至少第一控制单元和第二控制单元之间的互连通信线路。所述方法包括：
-第一控制单元与命令单元通过第一通信线路进行通信；
-第二控制单元与命令单元通过第二通信线路进行通信；以及
-控制多个命令单元中的至少一个作为网关单元以在第一通信线路和第二通信线路之间转发数据。
可选地，所述方法可以包括通过以下步骤在第一控制单元和第二控制单元之间建立冗余通信
-通过互连通信线路在第一控制单元和第二控制单元之间传输数据；或者
-通过网关单元在第一控制单元和第二控制单元之间传输数据。
所述方法还可以以软件或作为计算机程序产品来实施。步骤的顺序对于实现期望的效果可能并不重要。特别地，本发明的实施例可以在电子控制单元(ECU)中或作为ECU来实现，或者由ECU中的软件或软件模块来实施。因此，实施例还涉及一种计算机程序，具有当所述计算机程序在处理器上执行时用于执行所述方法的程序代码。
因此，实施例提供了具有冗余的控制系统架构，从而提高了安全性和系统性能。
附图说明
系统和/或方法的一些示例将在下文中仅通过示例的方式并且参考附图进行描述，其中：
图1示出了根据具有车辆架构的实施例的设备的实施方式；
图2示出了根据另一个实施例的用于车辆的控制架构的方法。
具体实施方式
图1示出了其中实施了根据本发明实施例的设备的车辆架构。车辆架构包括第一车辆通信网络1、第二车辆通信网络2、第一控制单元3、第二控制单元4和示例性的四个命令单元6、7、8、9。第一控制单元3联接到第一车辆通信网络1，并且由第一通信线路11连接到所有四个命令单元6、7、8、9。第二控制单元4联接到第二车辆通信网络2，并且同样由第二通信线路10连接到所有四个命令单元6、7、8、9。第一控制单元3和第二控制单元4通过互连通信线路5连接，以交换信息或数据。
根据进一步的实施例，至少一些或所有或额外的命令单元可以连接到控制单元3、4中的一个或两个。因此，所描述的车辆架构能实现冗余车辆架构，因为所有部件都加倍，使得每个命令单元6、7、8和9可以由第一车辆通信网络1和第二车辆通信网络2以及第一控制单元3和第二控制单元4控制，而不使用其故障可能表示危急情况的公共部件。例如，第一控制单元3可以由第一车辆通信网络1控制。第二控制单元4可以由第二车辆通信网络2控制。多个命令单元6、7、...被配置成通过专用通信线路10、11从第一控制单元3和/或从第二控制单元4接收命令/数据。
尽管在示例中描述了两个控制单元3、4，但是可以有多于两个的控制单元，其中第一组控制单元连接到第一车辆通信网络1，其余的(第二组)连接到第二车辆通信网络2。互连通信线路10、11然后可以将第一组控制单元连接到第二组控制单元。
命令单元6、7、8、9可以是任何单元，只要它们中的至少一个允许转发经由第一通信线路11由第一控制单元3接收的数据和经由第二通信线路10从第二控制单元4接收的数据。因此，命令单元6、7、8、9中的一个或多个可以作为网关单元，以将信息从第一控制单元3转发到第二控制单元4，反之亦然。因此，第一和第二控制单元3、4之间的连接也是冗余的，或者经由互连通信线路5，或者经由被置于网关模式的至少一个命令单元6、7、8、9，以将数据从控制单元3、4中的一个转发到另一个控制单元4、3。应当理解，所选择的网关单元仍然可以在网关转发(gatewaying)数据时执行其专用功能(例如，致动或作为智能存储元件)。
根据实施例的设备可以由一个或两个控制单元3、4中的软件实施，所述软件被配置成将命令单元6、7、8、9中的至少一个置于网关模式中，以将从控制单元3、4中的一个接收的数据中继到另一个控制单元4、3。替代地，根据实施例的设备也可以在命令单元6、7、8、9中的一个中或在图1中未描述但能够控制命令单元6、7、8、9中的一个的另一个控制单元中实施以将所述命令单元中的一个置于网关模式中。
还应当理解，命令单元6、7、8、9中的至少一个被置于网关模式中作为网关单元就足够了，尽管本发明不应局限于这种情况。特别地，也有可能两个、三个或所有命令单元6、7、8、9被置于网关模式中。这提供了在两个控制单元3、4之间转发信息的多种可能性。
根据实施例，控制架构被配置成通过利用互连通信线路5和/或网关单元在第一车辆通信网络1和第二控制单元4之间传输数据。控制架构同样被配置成通过利用互连通信线路5在第二车辆通信网络2和第一控制单元3之间传输数据。
根据实施例，在第一操作模式中，第一控制单元3被配置成作为主控制器，第二控制单元4被配置成作为从控制器，并且在第二操作模式中，第二控制单元4被配置成作为主控制器，第一控制单元3被配置成作为从控制器。
在一个实施例中，可以有多于两个的控制单元，它们中的一个作为主控制单元，其余的作为从控制单元。因此，如果有三个控制单元，那么使用上述命名法可以有三个操作模式，其中在每个模式中，不同的控制单元作为主单元，其余的作为从单元。然后这适用于四个、五个和六个控制单元，其中将有四个、五个和六个操作模式等。
根据一个实施例，操作模式的确定包含通过互连通信线路5和/或通过网关单元的通信。
根据一个实施例，操作模式的确定是根据算法执行的，并且控制单元3、4通过互连通信线路5和/或通过网关单元统调(aligned)。
根据一个实施例，操作模式的确定由第一控制单元3和/或第二控制单元4执行。
根据一个实施例，第一控制单元3和第二控制单元4被配置成利用互连通信线路5和/或网关单元在控制单元3、4之间传输数据以执行合理性检查任务和/或交叉检查任务。这增强了安全性并且避免了两个相互矛盾的控制单元同时操作的情况。
主-从角色划分的确定由控制单元根据适当的算法执行并且通过互连通信线路统调。以这种方式，在控制单元3、4之间具有冗余通信线路(经由线路5以及线路10、11和网关单元)使得可以减轻或避免车辆通信网络1、2中的一个出现故障或停机的情况。在这种情况下，来自完好车辆通信网络1、2的数据可以经由冗余通信线路传输到另一个控制单元3、4。
图2描述了用于在车辆架构内提供冗余通信的方法的流程图。车辆架构包括：多个命令单元6、7、8、9，每个被配置成由第一通信线路11和第二通信线路10控制；至少第一控制单元3和第二控制单元4；以及在至少第一控制单元3和第二控制单元4之间的互连通信线路5。所述方法包括：
-第一控制单元3与命令单元6、7、8、9通过第一通信线路11进行通信S110；
-第二控制单元4与命令单元6、7、8、9通过第二通信线路10进行通信S120；
-控制多个命令单元6中的至少一个作为网关单元6以在第一通信线路10和第二通信线路11之间转发数据S130。
可选地，所述方法还包括通过以下步骤在第一控制单元3和第二控制单元4之间建立冗余通信的进一步步骤：
-通过互连通信线路5在第一控制单元3和第二控制单元4之间传输数据S140；或者
-通过网关单元6在第一控制单元3和第二控制单元4之间传输数据S150。
还应当理解，结合所述设备描述的每个功能可以作为用于在车辆架构中提供冗余通信的方法中的进一步可选方法步骤来实施。
所述方法也可以是计算机实施的方法。本领域技术人员将容易认识到，各种上述方法的步骤可以由编程的计算机来执行。实施例还旨在涵盖程序存储装置，例如数字数据存储介质，其是机器可读的或计算机可读的，并且对指令的机器可执行程序或计算机可执行程序进行编码，其中当在计算机或处理器上施行时，指令执行上述方法的一些或所有动作。
进一步有利的实施例涉及以下内容：
一种具有至少两个控制单元3、4的冗余车辆架构，每个控制单元连接到冗余车辆通信网络1、2中的一个以及控制单元之间的互连通信线路5，并且控制单元由控制/通信线路10、11连接到任意数量的命令单元6、7、8、9，其中互连通信线路5的冗余对(redundantpair)是通过经由命令单元(6-9)网关转发交换的信息通过控制线路10、11来实现的。
在冗余车辆架构中，交换的信息沿着从控制单元3到控制单元4以及从控制单元4到控制单元3的每个方向被网关转发。
在冗余车辆架构中，控制单元可以扮演主或从角色。控制单元中的一个具有主角色，而另一个具有从角色。
在冗余车辆架构中，主-从角色的确定由控制器根据适当的算法来执行，并且通过互连通信线路5和10/11统调。
在冗余车辆架构中，互连通信线路5和10/11用于将通过控制单元3、4中的一个从冗余车辆通信网络获得的数据传输到另一个控制单元3、4。
在冗余车辆架构中，互连通信线路5和10/11用于在控制单元之间交换数据，以执行合理性检查任务和/或交叉检查任务。
说明书和附图仅说明了本公开的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计各种布置，尽管在此没有明确描述或示出，但是这些布置体现了本公开的原理，并且被包括在本公开的范围内。
在权利要求中，词语“包含”或“包括”不排除其他要素或步骤，不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
此外，虽然每个实施例可以独立作为单独的示例，但是应当注意，在其他实施例中，所限定的特征可以不同地组合，即在一个实施例中描述的特定特征也可以在其他实施例中实现。除非声明不打算进行特定组合，否则此类组合由本文的公开内容涵盖。
附图标记列表
1、2 通信网络路线
3、4 控制单元(例如，第一控制单元和第二控制单元)
5 互连通信线路
6、7、8、9 命令单元(一个或所有可激活为网关)
10、11 通信(或控制)线路

Claims (13)

1.一种用于在车辆架构内提供冗余通信的设备，所述车辆架构包括多个命令单元(6、7、8、9)，所述多个命令单元的每个被配置成由冗余通信线路(10、11)控制，
其特征在于：
具有至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)，所述至少第一控制单元和第二控制单元由互连通信线路(5)连接，并且各自被配置成：
-通过所述冗余通信线路(10、11)中的一个与所述命令单元(6、7、8、9)通信；以及
-通过控制所述多个命令单元(6、7、8、9)中的至少一个作为网关单元(6)并且在所述冗余通信线路(10、11)之间转发信息来通过所述通信线路(10、11)彼此通信。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
所述网关单元(6)被配置成沿着在所述通信线路(10、11)之间的每个方向转发信息。
3.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于
所述多个命令单元(6、7、8、9)中的每个命令单元被配置成作为网关以在所述冗余通信线路(10、11)之间转发数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，
其特征在于
所述至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)被配置成作为主控制单元或从控制单元。
5.根据权利要求4所述的设备，
其特征在于
所述至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)被配置成遵循预定算法通过经由所述互连通信线路(5)或所述通信线路(10、11)交换信息来选择所述至少第一控制单元和第二控制单元中的一个作为主控制单元，另一个作为从控制单元。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述车辆架构包括冗余车辆通信网络(1、2)，
其特征在于
所述互连通信线路(5)和通过所述网关单元(6)的冗余通信被配置成经由所述第一控制单元(3)和第二控制单元(4)将从所述冗余车辆通信网络中的一个冗余车辆通信网络(1)接收的数据传输到所述冗余车辆通信网络中的另一个冗余车辆通信网络(2)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，
其特征在于
所述互连通信线路(5)和/或通过所述网关(6)的通信被配置成在所述至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)之间交换数据，以实现合理性检查和/或交叉检查。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，
其特征在于
所述至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)被配置成控制以下一个或多个：制动动作、转向动作、传动、能量管理、电池充电；
并且所述命令单元包括以下一个或多个：制动致动器、转向致动器、传动致动器、智能能量存储元件、轮端控制单元、调制器、阀门。
9.一种车辆架构，
其特征在于：
具有根据前述权利要求中任一项所述的设备。
10.根据权利要求9所述的车辆架构，
其特征在于：
具有冗余车辆通信网络(1、2)，所述冗余车辆通信网络被配置成向第一控制单元(3)或第二控制单元(4)提供数据。
11.一种用于在车辆架构内提供冗余通信的方法，所述车辆架构包括：多个命令单元(6、7、8、9)，所述多个命令单元的每个被配置成由第一通信线路(11)和第二通信线路(10)控制；至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)；以及在所述至少第一控制单元(3)和第二控制单元(4)之间的互连通信线路(5)，
其特征在于：
-所述第一控制单元(3)与所述命令单元(6、7、8、9)通过所述第一通信线路(11)进行通信；
-所述第二控制单元(4)与所述命令单元(6、7、8、9)通过所述第二通信线路(10)进行通信；以及
-控制所述多个命令单元(6)中的至少一个作为网关单元(6)以在所述第一通信线路(10)和第二通信线路(11)之间转发数据。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于：
通过以下步骤在所述第一控制单元(3)和第二控制单元(4)之间建立冗余通信
-通过所述互连通信线路(5)在所述第一控制单元(3)和第二控制单元(4)之间传输数据；或者
-通过所述网关单元(6)在所述第一控制单元(3)和第二控制单元(4)之间传输数据。
13.一种计算机程序，具有当所述计算机程序在处理器上执行时用于执行根据权利要求11或权利要求12所述的方法的程序代码。
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