CN115410361A - 车辆控制系统和用于对车辆组进行前进运动调节的方法 - Google Patents

车辆控制系统和用于对车辆组进行前进运动调节的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆控制系统，该车辆控制系统用于对具有至少一个第一车辆、跟随第一车辆的第二车辆和又跟随第二车辆的第三车辆的车辆组通过车辆数据进行前进运动调节，其中，该车辆控制系统具有控制层和通信层，控制层具有在第一网络拓扑中的多个使用车辆数据来影响车辆的至少一种前进运动状态的控制装置，通信层具有在第二网络拓扑中的多个在车辆之间传送车辆数据的通信装置，其中，至少车辆在车辆组中运行期间，这两个网络拓扑中的至少一个网络拓扑根据另一个网络拓扑和/或根据控制层和/或通信层的工作能力和/或要求来调整。此外，本发明涉及一种用于对车辆组进行前进运动调节的方法、一种计算机程序和一种存储单元。

Description

车辆控制系统和用于对车辆组进行前进运动调节的方法
技术领域
本发明涉及一种车辆控制系统。此外，本发明涉及一种用于对车辆组进行前进运动调节的方法、一种计算机程序和一种存储单元。
背景技术
在DE 10 2019 210 643 A1中说明一种用于运行在车辆联合结构的车辆的方法。通过该方法，在车辆联合结构的车辆之间的时间间距应均匀地增大。该车辆联合结构包括在前面行驶的车辆、跟随该车辆的车辆和又跟随它该跟随的车辆的车辆。在车辆之间的时间间距通过车辆的目标速度自动化地均匀地增大。
发明内容
本发明涉及一种车辆控制系统。由此，可以提高车辆控制系统的可靠性和准确性。控制层和通信层可以相互匹配并且自动地适配。由此，可以使车辆组的整体行驶行为更相似并且可以更均匀地调整车辆之间的间距以及可以减小车辆制动过程的数量。车辆组的行驶安全性被提高。
前进运动调节可以理解为对车辆运动、优选纵向运动的建立在车辆数据上的、优选自动化的控制，尤其是通过对行驶速度的控制实现的控制，优选以便遵守车辆间的尽可能保持不变的间距。车辆运动的改变可以由对车辆制动器的操纵和/或由通过至少一个驱动元件进行的加速来实现。如果一个车辆离开车辆组，(例如其方式是，该车辆从行驶路段上拐弯)，则接着又可以使车辆间的间距均等，其方式是，前进运动调节改变了车辆组中的剩余车辆的车辆运动。
车辆组可以理解为在共同的行驶路段上的多个车辆。车辆组可以是车辆纵队或车辆车队。车辆组可以是作为前后接连行驶的车辆的编队的车辆联合结构。车辆组的车辆相互间没有机械式连接。车辆组的车辆可以通过所谓的“电子牵引杆(elektronischenDeichse)”以限定的车辆顺序先后接连地行驶。车辆组可以包括多于三个车辆。
第一、第二和第三车辆可以分别实施为机动车、乘用车、两轮车或者载车辆。车辆可以具有用于车辆的前进运动的驱动元件。驱动元件可以实施为内燃机和/或电动马达。车辆可以是部分自动化或者全自动化的车辆，尤其是根据AE标准J3016具有自动化等级4或者5的车辆。车辆可以实施为混合动力车辆或者电动车辆。
车辆数据可以用于调节车辆的彼此相关的前进运动。车辆数据可以是间接的或者直接的传感器数据。传感器数据可以由车辆传感器提供。车辆传感器可以是激光雷达、雷达、超声传感器和/或摄像机。除了用于前进运动调节以外，车辆数据也还可以用于其它目的。
车辆组的至少两个车辆、优选所有车辆可以分别具有至少一个控制装置。控制装置可以是ACC控制器、优选C-ACC控制器。在此，ACC代表自适应巡航控制(Adaptive CruiseControl)并且C-ACC代表协作式自适应巡航控制(Cooperative Adaptive CruiseControl)。控制装置可以与至少一个改变车辆速度和/或车辆加速度的车辆构件连接。车辆构件可以是车辆制动器或者驱动元件。车辆构件可以是控制器，所述控制器例如间接地或者直接地控制车辆制动器运行和/或驱动元件运行。
在与其他车辆构成车辆组的各个车辆中对车辆数据的再处理可以被理解为对其他车辆的车辆数据的数据使用。再处理可以是对车辆数据的计算、准备和/或输出，例如向车辆构件输出。
车辆组的至少两个车辆、优选所有车辆可以分别具有至少一个通信装置。通信装置可以执行Car2X通信、优选V2V(车辆到车辆，Vehicle to Vehicle)通信。对于短距离，优选可以使用通过尤其是根据802.11p标准的车辆间的WLAN和/或通过移动无线网络、例如通过5G移动无线网络进行的DSRC(专用短程通信，Dedicated Short Range Communication)。例如，在通信基础设施不充足的情况下进行DSRC时，WLAN可以有助于基础设施薄弱地区中的交通安全，因为WLAN具有短延迟时间和小数据量。通过移动无线进行的DSRC通常也被称作C-V2X(Cellular Vehicle to X)。
通信装置可以具有PC5接口或Uu接口。
单个车辆可以具有控制装置和通信装置。控制装置和通信装置可以相互连接。控制装置和通信装置可以布置在车辆上的分开的位置上或者在空间上并在一起地布置。控制装置和/或通信装置可以在内部或者外部紧固在车辆上。
第一网络拓扑可以描绘控制装置的联网结构。第二网络拓扑可以描绘通信装置的联网结构。联网结构可以理解为连接的结构。尤其是在第二网络拓扑的情况下，连接可以包括物理连接，例如通过电磁波进行的物理连接。例如在第一网络拓扑的情况下，连接可以包括在信息方面的连接。例如，在信息方面的连接可以理解为，在这些车辆中的一个车辆的控制装置中存在其他车辆中的一个车辆的控制装置的车辆数据。
控制层和/或通信层的工作能力可以涉及车辆数据的处理性能、传输性能、传输质量、输入质量和/或输出质量。通信层的工作能力可以与车辆组内的车辆的数量有关。
对控制层和/或通信层的要求可以涉及对网络拓扑提出的条件。例如，在车辆的前进运动期间，要求可能在于：第一车辆向车辆组中的所有跟随车辆发送通知。
在车辆开始运行之前、优选在初次投入运行之前，一个网络拓扑可以根据两个网络拓扑中的另一拓扑网络来调整。这个网路拓扑可以在车辆组建立之前和期间、在行驶路段上前进运动期间是可调整的。这个网络拓扑可以根据控制层和/或通信层的当前已有的和/或可预期的、优选所估计的、尤其是在时间上在前的工作能力来调整。
在本发明的一种优选实施方式中，有利的是，当控制层和/或通信层的工作能力低于一阈值时，第一网络拓扑和/或第二网络拓扑被调整为比在前进运动时可调整的较高维的第一网络拓扑和/或第二网络拓扑更低维。由此，可以考虑控制层和/或通信层的性能和容量并且可以避免不利的超负荷或者不充足的负荷程度。在此，阈值可以表明传输质量、结构、可传输数据量或者类似的。
如果网络拓扑被调整为更高维，在单元、例如控制装置或者通信装置的数量相同的情况下，联网结构可以具有比在较低维的网路拓扑、例如一维地构造的线型拓扑中更多的相互连接。如果网络拓扑被调整为更低维，则在单元、例如控制装置或者通信装置的数量相同的情况下，联网结构具有比在较高维的网络拓扑中更少的相互连接。
当控制层和/或通信层的工作能力低于一阈值时，可以将第一网络拓扑和/或第二网络拓扑例如作为线型拓扑来调整。第一网络拓扑和/或第二网络拓扑可以被调整为比在车辆前进运动期间实际上可设定的最高维的网络拓扑更低维。
在本发明的一种特定构型中，有利的是，当控制层和/或通信层的工作能力达到并且超过一阈值时，第一网络拓扑和/或第二网络拓扑被调整到更高维。就这些车辆中的一个车辆而言，更高维的联网结构可以包含与车辆组中的多于两个车辆的连接。
在本发明的一种优选实施方式中，设置，在第一网络拓扑和/或第二网络拓扑中实施单向连接和/或双向连接。在网络拓扑中可以仅使用单向连接或者仅使用双向连接。由单向连接和双向连接组成的组合也是可能的。
在本发明的一种优选实施方式中，有利的是，第一网络拓扑根据第二网络拓扑来调整。例如，第一网络拓扑可以适配于第二网络拓扑。但也可以根据第一网络拓扑来调整第二网络拓扑。例如，第二网络拓扑可以适配于第一网络拓扑。如果通过通信层向各个车辆传送了比该车辆的控制装置能够处理的车辆数据更多的车辆数据，则通信层不必要地被负荷并且可能在该通信层进行数据传输时的可靠性方面受损害，其方式是，例如在数据传输期间发生数据包冲突，这尤其导致传输频率的减小。
位于第二网络拓扑的联网程度以下的第一网络拓扑也可能仅不充分地利用可供使用的车辆数据并且损害前进运动调节的性能。
在本发明的一种优选实施方式中，设置，第一网络拓扑和/或第二网络拓扑在车辆运行期间是可变的。第一网络拓扑和第二网络拓扑可以在运行之前、尤其是在使用车辆控制系统之前相互适配。第一网络拓扑和/或第二网络拓扑在车辆组的前进运动期间也可以适配于两个网络拓扑中的对应另一个网络拓扑、和/或控制层和/或通信层的工作能力。通信层的工作能力可以例如于车辆组的周围环境条件有关。
在本发明的一种特定实施方式中，有利的是，第一网络拓扑和第二网络拓扑调整为彼此相同。由此，可以使控制层和通信层的容量相互协调。
此外，提出一种用于通过车辆控制系统通过具有至少一个前述特征的车辆系统对具有至少一个第一车辆、跟随该第一车辆的第二车辆和又跟随该第二车辆的第三车辆的车辆组进行前进运动调节的方法，其中，至少在车辆运行期间，网络拓扑中的至少一个网络拓扑根据两个网络拓扑中的另一个拓扑网络、和/或根据控制层和/或通信层的工作能力被调整。
此外，提出一种计算机程序，该计算机程序具有机器可读的并且可在至少一台计算机上实施的指令，在实施所述指令时，运行先前所说明的方法，并且，提出一种存储单元，该存储单元机器实施为可读的并且可由至少一个计算机访问并且在该存储单元上存储有该计算机程序。
由附图说明和附图得出本发明的另外的优点和有利构型。
附图说明
以下，参照附图详尽地说明本发明。详细地示出：
图1示出具有三个车辆的车辆组。
图2示出在本发明的一种特定实施方式中的车辆控制系统的网络拓扑。
图3示出在本发明另一实施方式中的不同网络拓扑。
具体实施方式
图1示出具有三个车辆的车辆组10。车辆组10包括第一车辆12、跟随该第一车辆的第二车辆14和又跟随该第二车辆的第三车辆16，所述第一车辆、第二车辆和第三车辆全部在共同的行驶路段18上行驶。车辆组10的车辆12，14，16相互间没有机械式连接并且相互间应遵守预给定间距20，以符合安全要求。在此，预给定间距20可以与车辆12，14，16的行驶速度有关。
车辆组10具有车辆控制系统22，该车辆控制系统例如在第二车辆14的情况下包括控制装置24和通信装置26。控制装置24设置为用于，处理第二车辆14的车辆数据，例如第二车辆14的行驶速度、加速踏板位置、制动踏板位置、转向角、到在前行驶的第一车辆12的间距20和类似数据，以及第一和/或第三车辆12，16的另外的车辆数据。在此，车辆数据用于调节车辆12，14，16的彼此相关的前进运动，以便车辆12，14，16之间遵守尽可能均匀的间距20。
优选地，控制装置24与对第二车辆14的车辆速度和/或车辆加速度有影响的至少一个车辆构件、例如与第二车辆14的控制器连接，所述控制器可以控制用于第二车辆14前进运动的驱动元件、例如内燃机和/或车辆制动器。由此，控制装置24可以通过车辆数据来调节第二车辆14的前进运动。
第二车辆14的通信装置26能够实现与第一和第三车辆12，16的通信用以传输车辆数据。通信装置26可以执行Car2X通信、优选V2V(车辆到车辆，Vehicle to Vehicle)通信。对于短距离，优选可以使用通过尤其是根据标准802.11p的车辆12，14，16间WLAN和/或通过移动无线网络、例如通过5G移动无线网络进行的DSRC(Dedicated Short RangeCommunication，专用短程通信)。
第一和第三车辆12，16也可以如在第二车辆14中那样具有这样的控制装置24和通信装置26。
图2示出本发明的一种特定实施方式中的车辆控制系统22的网络拓扑。车辆控制系统22的控制装置24配属于控制层30，该控制层具有第一网络拓扑32。在此，第一网络拓扑32描绘了与各个车辆相关的对其他车辆的车辆数据的数据使用34的结构。车辆控制系统22的通信装置26配属于通信层38，该通信层具有第二网络拓扑40。在此，第二网络拓扑40描绘了与各个车辆相关的与其他车辆的数据连接42的结构。
第二车辆的控制装置24.2与第二车辆的通信装置26.2连接。通信装置26.2可以得到和发送由控制装置24.2输出的车辆数据。通信装置26.2也可以将所接收到的车辆数据输出给控制装置24.2。相同的结构适用于第一车辆的控制装置24.1和通信装置26.1和第三车辆的控制装置24.3和通信装置26.3。
第一网络拓扑32实施为线型拓扑44，在该线型拓扑中，控制装置24.3处理控制装置24.2的车辆数据并且控制装置24.2处理控制装置24.1的车辆数据。
第二网络拓扑40根据第一网络拓扑32实施并且同样实施为线型拓扑44。由此，可以使第二网络拓扑40的性能和容量适配于第一网络拓扑32的性能和容量。相反地，可以根据第二网络拓扑40来调整第一网络拓扑32。
如果第一网络拓扑32如在这里所描绘地为线型拓扑44，则单个车辆、例如具有控制装置24.2的第二车辆利用在前行驶车辆和/或在后跟随车辆的车辆数据，在这里尤其是在前行驶的第一车辆的控制装置24.1的车辆数据。如果第二网络拓扑40实施为线型拓扑44，则单个车辆、例如通信装置26.2与分别在前行驶车辆和/或在后跟随车辆连接，在这里尤其是与在前行驶的第一车辆的通信装置26.1连接，用以接收车辆数据。
优选设置，根据控制层30和/或通信层38的工作能力来调整第一和/或第二网络拓扑32，40。由此，在实施第一和/或第二网络拓扑32，40时可以考虑控制层30和/或通信层38的性能和容量并且可以避免不利的超负荷或者不充足负荷程度。
图3示出本发明的另一实施方式中的不同网络拓扑。这里所示出的网络拓扑不但可以使用在控制层中而且可以使用在通信层中。在图3a)中描绘了线型拓扑44，该线型拓扑具有单向连接46，即在控制层中控制装置24的车辆数据在车辆之间的单向使用或在通信层中在车辆的通信装置26之间的单向连接46。
在图3b)中描绘多维网络拓扑，在该多维网络拓扑中，网络拓扑是更高维的。优选，将对于一个车辆而言比在线型拓扑情况下具有相对于其他车辆的更多连接的网络拓扑结构称为更高维的。例如，第三车辆的控制装置24.3或通信装置26.3使用或接收在前行驶的第二车辆的控制装置24.2或通信装置26.2的车辆数据和又在该第二车辆前面行驶的第一车辆的控制装置24.1或通信装置26.1的车辆数据。车辆组10中的n个车辆的最后车辆的控制装置24.n或通信装置26.n使用或接收紧挨着该最后车辆在前行驶的车辆、即倒数第二车辆的车辆数据以及第一车辆的车辆数据。
在图3c)中，如在图3a)中那样示出线型拓扑44，然而在这里，该线型拓扑具有车辆之间的双向连接48和第一和第二车辆之间的单向连接46。
在图3d)中，如在图3b)中那样示出更高维的网络拓扑，并且该网络拓扑补充地如图3c)中的网络拓扑中那样具有车辆间的双向连接48和第一和第二车辆之间的单向连接46。
在图3e)中所示出的网络拓扑更高维地构造，在所述网路拓扑中，对应车辆、例如第三车辆的控制装置24.3或通信装置26.3使用或接收在前行驶的第二车辆的控制装置24.2或通信装置26.2的车辆数据和又在该第二车辆前面行驶的第一车辆的控制装置24.1或通信装置26.1的车辆数据。
在图3f)中示出一种更高维的网络拓扑并且在该网络拓扑中，对应车辆对图3e)中的结构进行扩展地附加地使用或接收第一车辆的控制装置24.1或通信装置26.1的车辆数据。

Claims (10)

1.车辆控制系统(22)，用于对车辆组(10)通过至少存在于所述车辆组(10)内的车辆数据进行前进运动调节，所述车辆组具有至少一个第一车辆(12)、跟随该第一车辆的第二车辆(14)和又跟随该第二车辆的第三车辆(16)，所述车辆数据用于调节这些车辆(12，14，16)的彼此有关的前进运动，其中，所述车辆控制系统(22)具有：
控制层(30)，所述控制层具有在第一网络拓扑(32)中的多个控制装置(24)，所述控制装置使用所述车辆数据来影响这些车辆(12，14，16)的至少一个前进运动状态，所述第一网络拓扑描绘对于对应车辆(12，14，16)而言的对其他车辆(12，14，16)的车辆数据的数据使用(34)的结构，和
通信层(38)，所述通信层具有在第二网络拓扑(40)中的多个通信装置(26)，所述通信装置在这些车辆(12，14，16)之间传送所述车辆数据，所述第二网络拓扑描绘对于对应车辆(12，14，16)而言的与其他车辆(12，14，16)的数据连接(42)的结构，
其特征在于，
至少在这些车辆(12，14，16)在所述车辆组(10)中运行期间，这两个网络拓扑(32，40)中的至少一个网络拓扑根据另一个网络拓扑、和/或根据所述控制层(30)和/或所述通信层(38)的工作能力、和/或根据对所述控制层和/或所述通信层的要求来调整。
2.根据权利要求1所述的车辆控制系统(22)，其特征在于，当所述控制层(30)和/或所述通信层(38)的工作能力低于阈值时，所述第一网络拓扑和/或所述第二网络拓扑(32，40)被调整为比在所述前进运动中能设定的较高维的第一网络拓扑和/或第二网络拓扑(32，40)更低维。
3.根据权利要求1或2所述的车辆控制系统(22)，其特征在于，当所述控制层(30)和/或所述通信层(38)的工作能力达到并且超过阈值时，所述第一网络拓扑和/或所述第二网络拓扑(32，40)被调整为更高维。
4.根据以上权利要求中任一项所述的车辆控制系统(22)，其特征在于，在所述第一网络拓扑和/或所述第二网络拓扑(32，40)中实施单向连接和/或双向连接(46，48)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的车辆控制系统(22)，其特征在于，根据所述第二网络拓扑(40)来调整所述第一网络拓扑(32)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的车辆控制系统(22)，其特征在于，所述第一网络拓扑和/或所述第二网络拓扑(32，40)在所述车辆(12，14，16)运行期间能改变。
7.根据以上权利要求中任一项所述的车辆控制系统(22)，其特征在于，所述第一网络拓扑和所述第二网络拓扑(32，40)被调整为彼此相同。
8.用于通过根据以上权利要求中任一项所述的车辆控制系统(22)对车辆组(10)进行前进运动调节的方法，所述车辆组具有至少一个第一车辆(12)、跟随该第一车辆的第二车辆(14)和又跟随该第二车辆的第三车辆(16)，
其特征在于，
至少在这些车辆(12，14，16)运行期间，这两个网络拓扑(32，40)中的至少一个网络拓扑根据另一个网络拓扑、和/或所述控制层(30)和/或所述通信层(38)的工作能力来调整。
9.计算机程序，该计算机程序具有机器能读的并且能在至少一个计算机上实施的指令，在实施所述指令时运行根据权利要求8所述的方法。
10.存储单元，所述存储单元机器可读地并且能由至少一个计算机访问地实施，并且在该存储单元上存储根据权利要求9所述的计算机程序。
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