CN114080338B - 用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构(100)，其具有：第一控制装置(105)，其构成为用于驱控第一车辆功能，且包括第一主单元(125)和第一冗余单元(130)；第二控制装置(110)，其构成为用于驱控第二车辆功能，且包括第二主单元(135)和第二冗余单元(140)。此外还具有：第一车载电网(115)，其构成为连接第一主单元(125)与第二冗余单元(140)；以及与第一车载电网(115)分离的第二车载电网(120)，其构成为连接第二主单元(135)与第一冗余单元(130)。第二主单元(135)构成为，如果第一车载电网(115)失灵，那么驱控第一冗余单元(130)；和/或第一主单元(125)构成为，如果第二车载电网(120)失灵，那么驱控第二冗余单元(140)。

Description

用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构和方法
技术领域
本方案涉及用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构和方法。
背景技术
汽车在其早期开始仅仅提供基本功能如加速、转向和制动且对于驾驶员提出完全专注度的要求，而在近些年要求已经不断得到进一步发展。在对舒适性和安全性的日益增长的需求的推动下，功能如车道保持、变道或紧急制动辅助已经进入现代机动车中。在中期可以由此减轻驾驶员负担，尽管驾驶员一如既往保留对车辆引导的责任而因此可以在故障情况下进行干预并且接管对车辆的控制。驾驶员因此形成对于电子系统的后备(Rückfallebene)。在该背景下，关于高度自动化的车辆选择的车辆自身功能应在故障情况下通过电子设备至少短期地保障，而不应坐视人员伤亡。因此，系统从此之后形成后备而不再是驾驶员。由此对这样的称为“容错”的系统的发展产生提高的要求。
发明内容
在该背景下，本方案的任务在于，实现一种用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的改善的机构和用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的改善的方法。
该任务通过本发明的控制机构、本发明的方法和本发明的计算机程序解决。
提出的方案可实现的优点在于，不仅材料成本而且制造成本是可节省的，因为在车辆中需要较少构件并因此需要较小空间。因此例如可以减小车辆重量且同时可以确保交通参与者、如车辆乘客、行人、自行车驾驶者或者其他车辆的乘客的安全。
在该背景下提出一种用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构。其中机构具有第一控制装置，其具有第一主单元和第一冗余单元。第一控制装置构成为用于驱控第一车辆功能。此外，机构具有第二控制装置，其具有第二主单元和第二冗余单元。第二控制装置构成为用于驱控第二车辆功能。此外，机构还具有第一车载电网，其构成为，连接第一主单元与第二冗余单元。与第一车载电网分离的第二车载电网构成为，连接第二主单元与第一冗余单元。其中，第二主单元构成为，如果第一车载电网失灵，那么驱控第一冗余单元；附加或替换地，第一主单元构成为，如果第二车载电网失灵，那么驱控第二冗余单元。
该机构例如可以安装在车辆中，该车辆构成为，运输人员并且附加或替换地运输物品。该机构构成为用于实施车辆功能、例如安全相关的功能、但是也执行车辆的舒适功能。安全相关的功能例如可以是提高人员保护的功能，例如安全气囊功能或紧急制动辅助功能。舒适功能例如可以是提高乘客舒适性的功能，例如座椅加热功能。第一控制装置具有第一主单元和第一冗余单元且构成为用于驱控第一车辆功能。第一主单元和第一冗余单元在此例如集成在第一控制装置中。第一冗余单元构成为，在第一主单元失灵的情况下接管其任务且与此相应地维持第一车辆功能。第二控制装置具有第二主单元和第二冗余单元且构成为用于驱控第二车辆功能。第二主单元和第二冗余单元例如集成在第二控制装置中。有利地，可以通过这种方式降低机构在车辆中的空间需求。第二冗余单元与此相应地构成为，在第二主单元失灵的情况下作为“后备”接管其任务，以便维持第二车辆功能。第一车载电网与第二车载电网可以相互无关，从而在第一车载电网失灵的情况下第二车载电网以及在第二车载电网失灵的情况下第一车载电网有利地还可以执行车辆功能。例如，在第一主部分中故障的情况下(其对第一车载电网没有影响)系统也可以通过冗余部分继续维持功能。因此，以该形式描述的系统仅仅当各车载电网非无关(或者完全仅仅具有一个车载电网)的情况下才是有利的。
按照一个实施形式，第一主单元与第一冗余单元以及附加或替换地第二主单元与第二冗余单元可以相互电分离。有利地，可以由此避免在第一控制装置的第一主单元与第一冗余单元之间以及附加或替换地在第二控制装置的第二主单元与第二冗余单元之间的冲突。
按照一个实施形式，第一车载电网可以具有第一能源且第二车载电网可以具有第二能源。其中，第一能源以及附加或替换地用于实施第一车辆功能的第一执行器可以设置在第一主单元与第一冗余单元的第一最大间隔内。此外，第二能源且附加或替换地用于实施第二车辆功能的第二执行器可以设置在第二主单元与第二冗余单元的第二最大间隔内。能源例如可以实现为电池，其可以构成为用于给第一能源或第二能源供电，从而有利地可以执行第一车辆功能或第二车辆功能。第一执行器例如可以构成为转向执行器和/或用于横向引导的执行器，其构成为由此影响车辆的车道引导。第二执行器例如可以实现为用于纵向引导的执行器和/或制动驱控系统，从而车辆有利地可以改变、特别是降低车辆的速度。未来也可以实现为在驱动系(电动机)的领域中的“制动”功能。第一能源以及附加或替换地第二能源与相应执行器或与控制装置的最大间隔例如可以为一米。有利地，可以通过最大间隔减小例如该连接内的电压降。
第一车载电网可以构成为用于给第一主单元和第二冗余单元供能。第二车载电网可以与此相应地构成为用于给第二主单元和第一冗余单元供能。有利地，在冲突或失灵的情况下，各自另一车载电网可以维持供能，从而可以仍然维持不仅第一车辆功能而且第二车辆功能。
此外，按照一个实施形式，第一控制装置以及附加或替换地第二控制装置可以构成为，如果第一车辆功能以及附加或替换地第二车辆功能失灵，那么解除车辆的至少一个舒适功能。有利地，可以由此进一步确保车辆乘客的安全，因为例如车辆的较高优先级的安全相关的功能此外可以保持激活。
此外，第一控制装置以及附加或替换地第二控制装置可以构成为用于驱控与第一车辆功能无关的第二车辆功能。有利地，可以由此确保车辆乘客的安全。
按照一个实施形式，第一控制装置可以构成为用于驱控作为第一车辆功能的车辆的运动功能、特别是转向动作。附加或替换地，第二控制装置可以构成为用于驱控作为第二车辆功能的车辆的改变速度和/或方向的动作、特别是车辆的制动动作和/或转向动作，例如通过车轮的选择性的制动。有利地，第一车辆功能以及附加或替换地第二车辆功能是车辆的安全相关的功能。
此外提出一种用于使用在之前提出的变型之一中的机构执行用于车辆的至少一个车辆功能的方法。在此，该方法包括识别步骤和驱控步骤。在识别步骤中，识别第一车载电网或第二车载电网、第一和/或第二主单元、第一和/或第二冗余单元的失灵和/或故障。在驱控步骤中，如果第一车载电网失灵，那么驱控第二主单元和第一冗余单元；以及附加或替换地在驱控步骤中，如果第二车载电网失灵，那么驱控第一主单元和第二冗余单元，以便执行第一车辆功能以及附加或替换地第二车辆功能。
该方法可在车辆中实施，该车辆例如构成为运输人员并且附加或替换地运输物品。车辆功能例如可以是车辆的安全相关的功能。如果例如第一车载电网失灵，那么可以驱控第二主单元和第一冗余单元。相反地，如果第二车载电网失灵，那么可以驱控第一主单元和第二冗余单元。有利地，通过这种方式仍然可以执行第一车辆功能以及附加或替换地第二车辆功能。
该方法例如可以以软件或硬件方式或者以软件和硬件的混合形式在例如控制装置中实现。
在此提出的方案还实现一种控制装置，其构成为，在相应的机构中实施、驱控或实现在此提出的方法的一个变型的步骤。而且通过以控制装置形式的方案的该实施变型可以快速和有效解决本方案基于的目的。
为此，控制装置可以具有至少一个用于处理信号或数据的运算单元、至少一个用于存储看信号或数据的存储单元、至少一个用于由传感器读入传感器信号或用于输出数据或控制信号给执行器的与传感器或执行器的接口和/或至少一个用于读入或输出数据的通信接口，这些嵌入通信协议中。运算单元例如可以是信号处理器、微控制器或诸如此类，其中存储单元可以是闪存、EPROM(电可编程只读存储器)或磁存储单元。通信接口可以构成为，无线和/或有线读入或输出数据，其中通信接口——其可以读入或输出有线的数据——可以将这些数据例如电气或光学方式从相应的数据传输线路读入或输出至相应的数据传输线路中。
控制装置在此可以理解为电气装置，其处理传感器信号且根据此输出控制和/或数据信号。控制装置可以具有接口，其可以按照硬件和/或软件方式构成。在按照硬件方式构成的情况下，接口可以是例如所述的系统专用集成电路的部分，该部分包含装置的不同功能。然而也可能的是，接口是自身的集成电路或至少部分由分立的结构元件组成。在按照软件方式构成的情况下，接口可以是软件模块，其例如与其他软件模块并列地存在于微控制器上。
在一个有利的设计方案中，通过该控制装置实现对用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的方法的控制。为此，控制装置例如可以访问传感器信号、如读入信号和输出信号，其中读入信号代表车载电网的失灵，且输出信号代表第一主单元和第二冗余单元的驱控或者第二主单元和第一冗余单元的驱控。驱控通过执行器如转向执行器或制动执行器实现，其构成为驱控例如安全相关的行驶功能或舒适功能。
附图说明
在此提出方案的各实施例在如下描述中参照附图进一步进行阐明。附图示出：
图1：按照第一实施例用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构的示意图；
图2：按照一个实施例在车辆的第一车载电网以及附加或替换地第一控制装置失灵之后机构的示意图；
图3：按照一个实施例用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的方法流程图；以及
图4：按照一个实施例用于驱控用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的方法的控制装置的方框图。
在本方案的有利实施例的如下描述中，对于在不同附图中示出和作用相似的元件应用相同或相似的附图标记，其中省去对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出按照第一实施例用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构100的示意图。机构100按照该实施例除了第一控制装置105之外还具有第二控制装置110，它们各自构成为用于驱控车辆功能；此外还具有第一车载电网115和第二车载电网120。第一控制装置105又具有第一主单元125和第一冗余单元130，它们构成为用于驱控第一车辆功能。与此类似地，第二控制装置110具有第二主单元135和第二冗余单元140，其构成为用于驱控第二车辆功能。按照该实施例，第一车辆功能是车辆的转向功能，其例如由驾驶员借助于方向盘141引发，从而第一控制装置105例如驱控转向执行器例如伺服电机，转向执行器作为用于调节轮轴142的行车道的执行器。第二车辆功能例如可以为制动功能，其由驾驶员通过操作踏板143引发，从而第二控制装置110例如驱控作为执行器的制动机构144。
因为第一主单元125和第一冗余单元130设置在第一控制装置105中，所以第一主单元125和第一冗余单元130按照该实施例相互电分离，以便例如避免冲突。而且第二主单元135和第二冗余单元140按照该实施例出于相同原因相互电分离。按照该实施例，第一车载电网115构成为用于给第一控制装置105的第一主单元125和第二控制装置110的第二冗余单元140供电且按照该实施例同样供能。这表示：第一车载电网115与此相应地为此具有第一能源145。第二车载电网120按照该实施例与第一车载电网115分离且连接第二控制装置110的第二主单元135与第一控制装置105的第一冗余单元130，从而这两个车载电网形成两个相互分离的电路。此外，第二车载电网120具有第二能源150，其构成为用于给第二主单元135和第一冗余单元130供能。换言之，这表示：例如为了车辆功能的两个子系统的足够独立性，首要的子系统、亦即第一主单元125或第二主单元135以及冗余的子系统、亦即第一冗余单元130和第二冗余单元140由车载电网115、120中各自之一供电且相互电分离。因此，车载电网115、120按照该实施例相互无关，但是可以具有共同的接地端。在该实施例中，车载电网115、120是相互无关的，因为它们电分离。有意义地，该电分离不仅在两个控制装置中而且也在系统层面上实现，从而各能源相互间不具有电气连接。作为改型，也可以考虑的是具有共同的接地或仅仅一个电池的实施例。然而在该情况下，不应再言及严格的电分离。
换言之，提出一种用于高度自动化的车辆的容错的横向和纵向引导的有效的系统的方案。为了实现这一点，各自另一控制装置、亦即对于第二控制装置110的第一控制装置105以及对于第一控制装置105的第二控制装置110构成其中一方的后备。因此，对于两个控制装置105、110中的每个配置主功能和后备功能。为了借助于冗余单元130、140能实现后备功能，在第一控制装置105与第二控制装置110中设有另外的电路构件，例如附加的输出级，其按照该实施例设置用于相应的冗余单元130、140。相应的电路构件例如可以用于提供电压、构成为微控制器或CAN(控制器局域网)且仅仅一次地对于每个控制装置105、110集成。因此，按照该实施例，冗余单元130、140构成为用作后备。按照一个可选择的实施例，解除车辆的舒适性功能、例如座椅加热或者作为用于制动控制装置的舒适性功能的示例解除刹车片磨损调节，以便在例如控制装置105、110中之一失灵的情况下还可以执行安全相关的车辆功能。可选择地，例如转向或第一冗余单元130的冗余的子系统的输出级也可以安置在第二控制装置110中，其例如控制制动功能。为了避免由于高电流生成的电磁兼容压力(EMV)或者电缆束的重量方面欠佳的设计，按照该实施例，导电的线路设置在与能源145、150和/或相应的执行器和相应的控制装置105、110的最大间隔内。
图2示出按照一个实施例在车辆的第一车载电网以及附加或替换地第一控制装置失灵之后机构100的示意图。在此应注意的是，车载电网或控制装置的失灵在此可以理解为不仅硬件组件的失灵而且还有涉及的单元的控制软件的软件组件的失灵/死机。在此可以涉及根据图1所述的机构的一个实施例。为了阐明在图1中提出的方案且为了阐明第一车载电网失灵的情况，机构100仅仅用第二车载电网120表示，第二车载电网120按照该实施例也与第二主单元135和第一冗余单元130连接。按照该实施例，除了第二车辆功能之外还可以驱控第一车辆功能，因为第二主单元135与方向盘141和第一冗余单元130连接。此外，第一冗余单元130与用于调节轮轴142的行车道的执行器连接，从而第二主单元135还可以驱控第一车辆功能，且驾驶员或者另外的车辆乘客的安全可以得到保障。
换言之，按照该实施例，第一车载电网失灵，微控制器失灵或者任意其他危急的故障在第一控制装置中出现，从而第二控制装置或第二主单元135驱控第一冗余单元130并继而驱控第一车辆功能。总而言之，图2示出在第一车载电网停止或第一控制装置中的微控制器失灵的情况下容错的转向功能性，第一控制装置也称为转向控制装置。
图3示出按照一个实施例用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的方法300流程图。其中，方法300可以按照该实施例由根据图1所述的用于车辆的机构执行。方法300在此按照该实施例包括识别步骤305和驱控步骤310。在识别步骤305中，识别第一车载电网或第二车载电网的失灵。在驱控步骤310中，如果第一车载电网失灵，那么驱控第二主单元和第一冗余单元。此外附加或替换地，在驱控步骤310中，如果第二车载电网失灵，那么驱控第一主单元和第二冗余单元。由此实施第一车辆功能和/或第二车辆功能。
图4示出按照一个实施例用于驱控用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的方法的控制装置400的方框图。在此可以涉及控制装置400，其构成为用于控制在图3中描述的方法。按照该实施例，例如由读入单元410读入识别信号405，该识别信号代表识别出的失灵。紧接着，按照该实施例，由输出单元420使用识别信号405输出驱控信号415，该驱控信号代表车辆功能的驱控命令。
在此提出的方法步骤可以重复以及以不同于在此所述的顺序实施。
如果一个实施例在第一特征与第二特征之间包括“和/或”关系，则这可以解读为，该实施例按照一个实施形式具有不仅第一特征而且第二特征而按照另一实施形式具有或者仅仅第一特征或者仅仅第二特征。
附图标记列表：
100机构
105第一控制装置
110第二控制装置
115第一车载电网
120第二车载电网
125第一主单元
130第一冗余单元
135第二主单元
140第二冗余单元
145第一能源
141方向盘
142轮轴
143踏板
144制动机构
150第二能源
300方法
305识别步骤
310驱控步骤
400控制装置
405识别信号
410读入单元
415驱控信号
420输出单元。

Claims (13)

1.一种用于实施用于车辆的至少一个车辆功能的机构(100)，其中该机构(100)具有如下特征：
-第一控制装置(105)，其具有第一主单元(125)和第一冗余单元(130)，其中该第一控制装置(105)构成为用于驱控第一车辆功能；
-第二控制装置(110)，其具有第二主单元(135)和第二冗余单元(140)，其中该第二控制装置(110)构成为用于驱控第二车辆功能；和
-第一车载电网(115)，其形成为用于将第一主单元(125)与第二冗余单元(140)连接；以及与第一车载电网(115)分离的第二车载电网(120)，其形成为用于将第二主单元(135)与第一冗余单元(130)连接，其中，第二主单元(135)构成为，如果第一车载电网(115)失灵，那么驱控第一冗余单元(130)；并且，第一主单元(125)构成为，如果第二车载电网(120)失灵，那么驱控第二冗余单元(140)。
2.根据权利要求1所述的机构(100)，其中，第一主单元(125)和第一冗余单元(130)相互电分离；和/或第二主单元(135)和第二冗余单元(140)相互电分离。
3.根据权利要求1或2所述的机构(100)，其中，第一车载电网(115)具有第一能源(145)，第二车载电网(120)具有第二能源(150)，其中第一能源(145)和/或用于实施第一车辆功能的第一执行器设置在第一主单元(125)与第一冗余单元(130)的第一最大间隔内；并且第二能源(150)和/或用于实施第二车辆功能的第二执行器设置在第二主单元(135)与第二冗余单元(140)的第二最大间隔内。
4.根据权利要求1或2所述的机构(100)，其中，第一车载电网(115)构成为用于给第一主单元(125)和第二冗余单元(140)供能；第二车载电网(120)构成为用于给第二主单元(135)和第一冗余单元(130)供能。
5.根据权利要求1或2所述的机构(100)，其中，第一控制装置(105)和/或第二控制装置(110)构成为，如果第一车辆功能和/或第二车辆功能失灵，那么解除车辆的至少一个舒适功能。
6.根据权利要求1或2所述的机构(100)，其中，第一控制装置(105)和/或第二控制装置(110)构成为用于驱控与第一车辆功能无关的第二车辆功能。
7.根据权利要求1或2所述的机构(100)，其中，第一控制装置(105)构成为用于驱控车辆的运动功能作为第一车辆功能；和/或第二控制装置(110)构成为用于驱控车辆的改变速度的和/或改变方向的动作作为第二车辆功能。
8.根据权利要求2所述的机构(100)，其中，第一主单元(125)和第一冗余单元(130)相互电分离。
9.根据权利要求7所述的机构(100)，其中，所述运动功能是车辆的转向动作。
10.根据权利要求7所述的机构(100)，其中，所述改变速度的和/或改变方向的动作是车辆的制动动作。
11.一种用于使用根据上述权利要求1至10之一所述的机构(100)来实施用于车辆的至少一个车辆功能的方法(300)，其中该方法(300)包括如下步骤：
-识别(305)第一车载电网(115)或第二车载电网(120)的失灵和/或故障；
-如果第一车载电网(115)失灵，那么驱控(310)第二主单元(135)和第一冗余单元(130)；并且，如果第二车载电网(120)失灵，那么驱控第一主单元(125)和第二冗余单元(140)，以便实施第一车辆功能和/或第二车辆功能。
12.一种控制装置(400)，其设立为用于在相应的单元(410、420)中实施和/或驱控根据权利要求11的方法(300)的步骤。
13.一种机器可读的存储介质，在该机器可读的存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序设立为用于实施和/或驱控根据权利要求11的方法(300)。
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