DE102013020177A1 - Motor car, has sensor systems actuated by main control unit in nominal operating mode, and replacement control unit controlling sensor systems if mistake arises in main control unit in emergency operation state - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a motor vehicle.
Moderne Kraftfahrzeug werden in zunehmendem Maße mit Sensorsystemen ausgestattet, die verschiedenartige, die momentane Umgebung des Kraftfahrzeugs charakterisierende Umgebungsinformationen erzeugen, so dass diese bei der Steuerung bzw. Bedienung des Kraftfahrzeugs durch dessen Fahrer verwendet werden können. Derartige Sensorsysteme sind seit geraumer Zeit auch zentraler Bestandteil moderner Fahrerassistenzsysteme. Ein solches Assistenzsystem mag etwa dazu dienen, den Fahrer bei der Hinderniserkennung zu unterstützen oder im Gefahrenfall ein automatisches Bremsmanöver einzuleiten. Bei den verwendeten Sensorsystemen handelt es sich in der Regel um sogenannte passive Systeme, die Umgebungssignale empfangen und auswerten, ohne selbst aktiv Signale zu erzeugen. Ein prominenter Vertreter eines solchen Sensor-Typs ist etwa eine herkömmliche Kamera, die bei geeigneter Anbringung außen am Kraftfahrzeug ein Bild des Fahrzeugvorfeldes im optischen oder nicht-optischen Wellenlängenbereich aufzuzeichnen vermag. Demgegenüber sind Radarsensoren, die aktiv Radarstrahlen und erzeugen und diese nach erfolgter Reflexion an Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs detektieren auswerten, der Gruppe der aktiven Sensoren zuzuordnen.Modern motor vehicles are increasingly being equipped with sensor systems which generate various environmental information characterizing the current environment of the motor vehicle, so that these can be used in the control or operation of the motor vehicle by its driver. Such sensor systems have also been a central component of modern driver assistance systems for quite some time. Such an assistance system may serve, for example, to assist the driver in detecting the obstacle or to initiate an automatic braking maneuver in the event of danger. As a rule, the sensor systems used are so-called passive systems which receive and evaluate ambient signals without actively generating signals themselves. A prominent representative of such a type of sensor is, for example, a conventional camera which, with suitable attachment on the outside of the motor vehicle, can record an image of the vehicle apron in the optical or non-optical wavelength range. In contrast, radar sensors that actively generate and detect radar beams and detect them after reflection on objects in the surroundings of the vehicle are assigned to the group of active sensors.
Die oben vorgestellten Sensorsysteme spielen nun bei der Entwicklung von sogenannten autonomen Kraftfahrzeugen eine zentrale Rolle. Als autonomes Fahrzeug bezeichnet man in Fachkreisen der Fahrzeugtechnik ein Fahrzeug, welches ohne menschliche Unterstützung – also ausschließlich basierend auf den von den Sensorsystemen zur Verfügung gestellten Umgebungsinformationen – zu navigieren vermag. Eine bedeutsame Vorstufe für die Realisierung solcher autonomer Fahrzeuge stellen Kraftfahrzeuge dar, die einen teilautonomen Betrieb gestatten. Im teilautonomen Betrieb werden wesentliche Funktionen zur Steuerung des Kraftfahrzeug von der im Fahrzeug verbauten Steuerungseinheit übernommen, welche die von den genannten Sensorsystemen zur Verfügung gestellten Informationen auswertet und bei der selbständigen Ansteuerung verschiedener Systeme des Fahrzeugs wie etwa dessen Lenkung oder Bremsen – unabhängig oder im Zusammenspiel mit dem Fahrer – berücksichtigt.The above-presented sensor systems now play a central role in the development of so-called autonomous motor vehicles. An autonomous vehicle is referred to in specialist circles of vehicle technology as a vehicle which is able to navigate without human assistance - that is, based solely on the environmental information provided by the sensor systems. An important preliminary stage for the realization of such autonomous vehicles are motor vehicles which permit a semi-autonomous operation. In semi-autonomous operation, essential functions for controlling the motor vehicle are taken over by the control unit installed in the vehicle, which evaluates the information provided by the sensor systems provided and in the autonomous control of various systems of the vehicle such as the steering or brakes - independently or in conjunction with the driver - considered.
Als problematisch beim teilautonomen Betrieb des Kraftfahrzeugs erweist sich indes, dass der Ausfall bereits eines der Sensorsysteme die Fähigkeit der Steuerungseinheit, das Fahrzeug teilautonom zu steuern, erheblich zu mindern vermag. Dies gilt in besonderem Maße für den Fall, dass in der Steuerungseinheit selbst ein Fehlerzustand eintritt oder dieses gar vollständig ausfällt.However, proving problematic in semi-autonomous operation of the motor vehicle is that the failure of one of the sensor systems is able to significantly reduce the ability of the control unit to control the vehicle in a partially autonomous manner. This applies in particular to the case in which a fault condition occurs in the control unit itself or even fails completely.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine verbesserte Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches insbesondere einen wenigstens teilautonomen Betrieb mit gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen erhöhter Betriebssicherheit erlaubt.The invention therefore has the object to provide an improved embodiment of a motor vehicle, which in particular allows at least partially autonomous operation with respect to conventional motor vehicles increased reliability.
Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The above objects are achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein Kraftfahrzeug sowohl in Bezug auf die verwendeten Sensorsysteme als auch hinsichtlich der mit diesen zusammenwirkenden Steuerungseinheit mit einer gewissen Redundanz auszustatten, so dass das Fahrzeug im Fehlerfall im Sensorsystem oder in der Steuerungseinheit in einer Art Notbetrieb zumindest mit eingeschränkter Funktionalität weiter betrieben werden kann. Dies gilt in besonderem Maße, wenn das Kraftfahrzeug für einen teilautonomen oder gar vollständig autonomen Fahrbetrieb ausgelegt ist.The basic idea of the invention is accordingly to provide a motor vehicle with a certain redundancy both in relation to the sensor systems used and in terms of the control unit cooperating therewith, so that the vehicle continues to operate in a kind of emergency operation, at least with limited functionality, in the event of a fault in the sensor system or in the control unit can be operated. This is particularly true when the motor vehicle is designed for a partially autonomous or even completely autonomous driving operation.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist daher mit einem ersten und wenigstens einem zweiten Sensorsystem versehen, welche die Umgebung des Fahrzeugs charakterisierende Umgebungsinformationen erzeugen. Das erste Sensorsystem, erzeugt dabei erste Umgebungsinformationen, das zweite Sensorsystem zweite Umgebungsinformationen. Solche Umgebungsinformationen können beispielsweise ein Bild der Fahrzeugumgebung sein, welches von einem der beiden Sensorsysteme – in diesem Fall eine optische Kamera – aufgezeichnet wurde. Bei der zweiten Umgebungsinformation kann es sich etwa um Radarsignale eines Radarsystems – dem zweiten Sensorsystem – handeln, welche Rückschlüsse auf etwaig in Fahrtrichtung vorhandene Hindernisse zulässt.A motor vehicle according to the invention is therefore provided with a first and at least one second sensor system which generate environmental information characterizing the environment of the vehicle. The first sensor system generates first environmental information, the second sensor system generates second environmental information. Such environmental information may be, for example, an image of the vehicle environment which has been recorded by one of the two sensor systems - in this case an optical camera. The second environment information can be, for example, radar signals of a radar system-the second sensor system-which allows conclusions to be drawn about any obstacles present in the direction of travel.
Erfindungsgemäß sind nun die wenigstens zwei Sensorsysteme derart konfiguriert, dass die ersten und zweiten Umgebungsinformationen wenigstens teilweise überlappen. Unter einem solchen Überlapp ist zu verstehen, dass die beim Ausfall eines bestimmten Sensorsystems nicht mehr zur Verfügung stehenden Umgebungsinformationen wenigstens teilweise noch vom anderen, intakten Sensorsystem geliefert werden können. Ein solcher Ansatz lässt dich etwa durch Verwendung zweier Kameras realisieren, deren optisches Sichtfeld einen gemeinsamen Überlappungsbereich aufweist. Die gewünschte Überlappung von Umgebungsinformationen lässt sich aber auch bei der Verwendung verschiedenartiger Sensorsysteme verwirklichen, etwa indem das Vorfeld des Kraftfahrzeugs sowohl mittels einer Kamera – also einem der Kategorie der passiven Sensoren zugeordneten Sensorsystem – als auch mit Hilfe eines Radarsensor – einem aktiven Sensor – überwacht wird.According to the invention, the at least two sensor systems are now configured such that the first and second environmental information overlap at least partially. Such an overlap is to be understood as meaning that the environment information which is no longer available in the event of the failure of a particular sensor system can at least partly still be supplied by the other, intact sensor system. Such an approach can be realized by using two cameras whose optical field of view has a common overlap area. The desired overlap of environmental information can also be realized when using different types of sensor systems, such as by the front of the motor vehicle both by means of a camera - ie a sensor system associated with the category of passive sensors - as is also monitored by means of a radar sensor - an active sensor.
Um auch die – gerade hinsichtlich sicherheitsrelevanter Aspekte – hinsichtlich des Auftretens von Fehlerzuständen besonders kritische Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Sensorsysteme mit der gewünschten Relevanz auszustatten, umfasst das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug nicht nur eine einzige Steuerungseinheit, sondern eine zusätzliche, zweite Steuerungseinheit, welches als Backup-System für die Erste herangezogen werden kann. Im folgenden Zusammenhang wird eine der beiden Steuerungseinheiten als Hauptsteuerungseinheit, die andere als Ersatzsteuerungseinheit bezeichnet.In order to equip the control unit, which is particularly critical with regard to safety-relevant aspects, for controlling the sensor systems with the desired relevance, the motor vehicle proposed here comprises not only a single control unit but also an additional, second control unit, which serves as a backup system can be used for the first. In the following context, one of the two control units is referred to as a main control unit, the other as a replacement control unit.
Beide Steuerungseinheiten sind unabhängig voneinander über entsprechende Anbindungen, die Haupt- bzw. Ersatz-Anbindung mit den im Fahrzeug vorhandenen Sensorsystemen kommunikationsverbunden. Unter dem Begriff „Anbindung” sind dabei jedwede Mittel zur elektrischen oder elektronischen Kommunikation – etwa ein im Fahrzeugbau übliches Bussystem in Form eines CAN- oder FlexRay-Bussystems – der beiden Steuerungseinheiten mit den Sensorsystemen gefasst. In einem ersten Szenario kann jede der beiden Steuerungseinheiten jeweils mit allen Sensorsystemen verbunden sein; alternativ kann aber auch daran gedacht sein, dass bestimmte Sensorsysteme nur mit einer der beiden Steuerungseinheiten verbunden wird; in diesem Fall ist es jedoch zwingend erforderlich, die beiden Steuerungseinheiten zu vernetzten, und zwar beispielsweise mittels einer Ethernet-Verbindung.Both control units are independently connected via appropriate connections, the main or replacement connection with the existing sensor systems in the vehicle communication. The term "connection" means any means for electrical or electronic communication - such as a usual in vehicle bus system in the form of a CAN or FlexRay bus system - the two control units with the sensor systems. In a first scenario, each of the two control units may each be connected to all sensor systems; Alternatively, however, it may also be thought that certain sensor systems are connected to only one of the two control units; In this case, however, it is absolutely necessary to network the two control units, for example by means of an Ethernet connection.
Welches der beiden Steuerungseinheiten nun die aktive Kontrolle über die Sensorsysteme übernimmt, hängt vom aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ab: In einem nominellen Betriebszustand, in welchem alle Sensorsysteme, die Haupt-Anbindung und auch die Hauptsteuerungseinheit fehlerfrei arbeiten, ist wenigstens die Hauptsteuerungseinheit aktiv und steuert die Sensorsysteme an. Dies schließt jedoch nicht aus, dass Haupt- und Ersatzsteuerungseinheit simultan aktiv sein können, d. h. beide Einheiten können insbesondere die Auswertung der von den Sensorsystemen gelieferten Umgebungsinformationen übernehmen. Die Sensorsysteme werden also entweder ausschließlich von der Hauptsteuerungseinheit oder, alternativ dazu, von der Haupt- und der Ersatzsteuereinheit gemeinsam angesteuert.Which of the two control units now takes active control of the sensor systems depends on the current operating state of the motor vehicle: In a nominal operating state, in which all sensor systems, the main connection and also the main control unit operate faultlessly, at least the main control unit is active and controls the Sensor systems on. However, this does not exclude that main and backup control units can be active simultaneously, i. H. Both units can in particular take over the evaluation of the environmental information supplied by the sensor systems. The sensor systems are therefore controlled either exclusively by the main control unit or, alternatively, by the main and the spare control unit together.
Durch eine in modernen Kraftfahrzeugen serienmäßig vorhandene, kommunikative Kopplung der Hauptsteuerungseinheit mit weiteren Aktiv-Komponenten zur Steuerung des Kraftfahrzeugs, etwa dessen Lenkung oder auch dessen Bremssystem, können die Steuerungseinheiten direkt auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs Einfluss nehmen, etwa indem sie selbsttätig eine Notbremsung einleiteten, wenn vom Sensorsystem ein gefährliches Hindernis im Fahrzeug-Vorfeld gemeldet wurde.By a standard existing in modern motor vehicles, communicative coupling of the main control unit with other active components for controlling the motor vehicle, such as the steering or its braking system, the control units can directly influence the performance of the motor vehicle, such as by automatically initiating emergency braking, if the sensor system has reported a dangerous obstacle in the vehicle apron.
Für den Fall, dass in wenigstens einem Sensorsystem oder in wenigstens einer der Anbindungen der Sensorsysteme an die Steuerungseinheiten ein Fehler – beispielsweise eine Unterbrechung der Stromversorgung, ein elektrischer Kurzschluss oder ein Software-Fehler – auftritt, wird das Kraftfahrzeug in einen Notbetriebszustand umgeschaltet. Dennoch kann die Kontrolle über die Sensorsysteme bei der nominell arbeitenden Hauptsteuerungseinheit – optional in Kombination mit der Ersatzsteuerungseinheit – verbleiben.In the event that in at least one sensor system or in at least one of the connections of the sensor systems to the control units an error - such as an interruption of the power supply, an electrical short circuit or a software error - occurs, the motor vehicle is switched to an emergency operating state. Nevertheless, control of the sensor systems may remain with the nominal master control unit, optionally in combination with the replacement control unit.
Für den Fall, dass in der Hauptsteuerungseinheit selbst ein Fehlerzustand auftritt und diese ihre funktionsgemäße Bestimmung nicht mehr zu erfüllen vermag, werden die besagten Steuerungsaufgaben von der Ersatzsteuerungseinheit übernommen. Dieser Zustand der beiden Steuerungseinheiten – die Hauptsteuerungseinheit ist fehlerbedingt inaktiv, die Ersatzsteuerungseinheit arbeitet nominell – fällt unter den oben definierten Notbetriebszustand.In the event that in the main control unit itself an error condition occurs and this is no longer able to fulfill their functional purpose, the said control tasks are taken over by the substitute control unit. This state of the two control units - the main control unit is inactive due to the error, the replacement control unit operates nominally - falls under the emergency operating state defined above.
Das hier vorgestellte Kraftfahrzeug erlaubt also aufgrund seiner redundanten Konfiguration seiner Sensorsysteme und seiner Steuerungseinheiten einschließlich deren redundanter Kommunikationsverbindungen untereinander im Fehlerfall das vorübergehende Umschalten in einen zumindest eingeschränkten, gleichwohl jedoch in jedem Falle für die Fahrzeuginsassen sicherheitsunkritischen Notbetrieb.The motor vehicle presented here thus allows due to its redundant configuration of its sensor systems and its control units including their redundant communication links with each other in case of failure, the temporary switching to an at least limited, however, in any case for the vehicle occupants safety-critical emergency operation.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung, bei welcher das Kraftfahrzeug mit einem von den beiden Steuerungseinheiten steuerbaren Lenkungs- und/oder Brems- und oder Antriebssystem ausgestattet ist, können die beiden Steuerungseinheiten derart konfiguriert sein, dass im Notbetriebszustand die vom Fahrer des Kraftfahrzeugs mittels des Lenkungs- und/oder Brems- und/oder Antriebssystems möglichen Fahrmanöver gegenüber dem nominellen Betriebszustand reduziert sind.In an advantageous development in which the motor vehicle is equipped with a controllable by the two control units steering and / or braking and or drive system, the two control units can be configured such that in the emergency operating state by the driver of the motor vehicle by means of the steering and / or braking and / or drive system possible maneuvers are reduced compared to the nominal operating state.
Im Hinblick auf die auch im hier vorgestellten, redundant konfigurierten Kraftfahrzeug im Notbetriebszustand eintretende Minderung der von den Sensorsystemen bereitgestellten Funktionalität empfiehlt es sich, das Kraftfahrzeug derart zu konfigurieren, dass es nach einem Umschalten in den Notbetriebszustand von der aktiven Steuerungseinheit automatisch bis zum vollständigen Stillstand abgebremst wird.With regard to the reduction of the functionality provided by the sensor systems in the redundant configured motor vehicle presented here, it is advisable to configure the motor vehicle so that it automatically decelerates to full standstill after switching to the emergency operating state of the active control unit becomes.
Die Redundanz des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs lässt sich nochmals deutlich erhöhen, indem für die beiden Steuerungseinheiten jeweils autonome elektrische Energieversorgungseinheiten – beispielsweise in Form zweier unabhängig voneinander verdrahteter wiederaufladbarer Batterien – zum Versorgen der Steuerungseinheiten mit elektrischer Energie vorgesehen sind. Der Ausfall einer der beiden Energieversorgungseinheiten hat in diesem Fall nicht automatische einen vollständigen Ausfall beider Steuerungseinheiten zur Folge.The redundancy of the motor vehicle according to the invention can be significantly increased again by each of the two control units autonomous electrical power supply units - for example in the form of two independently wired rechargeable batteries - are provided for supplying the control units with electrical energy. The failure of one of the two power supply units does not automatically result in a complete failure of both control units in this case.
Der vorangehend vorgestellte Gedanke einer autonomen Energieversorgung der beiden Steuerungseinheiten lässt sich auch auf die im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensorsysteme übertragen, indem jedes Sensorsystem zur Energieversorgung elektrisch mit den beide autonomen Energieversorgungseinheiten von Haupt- und Ersatzsteuerungseinheit verbunden ist. Alternativ dazu ist ein Szenario vorstellbar, bei welchem wenigstens zwei unterschiedliche Sensorsysteme mit unterschiedlichen Energieversorgungseinheiten verbunden werden.The above-presented idea of an autonomous power supply of the two control units can also be transferred to the existing in the motor vehicle sensor systems by each sensor system for power supply is electrically connected to the two autonomous power supply units of main and spare control unit. Alternatively, a scenario is conceivable in which at least two different sensor systems are connected to different power supply units.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.
Es zeigen, jeweils schematisch:It show, each schematically:
Das Kraftfahrzeug
Für beide Steuerungseinheiten
Die Hauptsteuerungseinheit
Beim teilweisen oder vollständigen Ausfall etwa des ersten Sensorsystems
Welche der beiden Steuerungseinheiten
Im nominellen Betriebszustand, in welchem beide Sensorsysteme
In the nominal operating state, in which both
Durch eine in modernen Kraftfahrzeugen serienmäßig vorhandene, kommunikative Kopplung der Steuerungseinheiten
Für den Fall, dass in wenigstens einem Sensorsystem
Sobald sich das Kraftfahrzeug
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