DE102019101314A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung von Komponenten eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung (100) zur Nutzung von Komponenten (108, 110, 112) eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung (100) eine Recheneinrichtung (102) und einen Speicher (104) für Instruktionen sowie eine Schnittstelle (106) für Komponenten (108, 110, 112) des Fahrzeugs umfasst, wobei die Recheneinrichtung (102) ausgebildet ist, die Komponenten (108, 110, 112) des Fahrzeugs anzusteuern, wenn die Instruktionen durch die Recheneinrichtung (102) ausgeführt werden, wobei eine für einen automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeugs erforderliche erste Komponente (108) und eine zweite Komponente (110) redundant zueinander ausgebildet sind, wobei wenigstens ein Verbraucher (116) der zweiten Komponente (110) für einen automatisierten Fahrbetrieb abhängig von einer Bedingung wahlweise eingeschaltet oder zumindest teilweise abgeschaltet wird, wobei die Bedingung die Notwendigkeit eines redundanten Betriebs der ersten Komponente (108) und der zweiten Komponente (110) charakterisiert.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nutzung von Komponenten eines Fahrzeugs.
- Fahrzeuge die für hochautomatisiertes Fahren ab Level
4 , d.h. hohe Automation, vorgesehen sind, enthalten eine Vielzahl von Steuergeräten und Sensoren, die für die Umsetzung der Funktionalität zuständig sind. - Da sich der Fahrer während des automatisierten Fahrbetriebs anderen Tätigkeiten widmen darf, die nicht der Fahrzeugführung entsprechen, ergeben sich an die Sicherheit sehr hohe Anforderungen.
- Diese werden u.a. nach ISO26262 festgelegt und bedingen bei diesem Automatisierungsgrad eine redundante Ausführung von Sensoren und Steuergeräten. Sollte ein sicherheitsrelevantes Steuergerät oder ein Sensor ausfallen, so ist mindestens ein weiteres Steuergerät oder Sensor als Rückfallebene vorhanden.
- Ab Start des Fahrzeugs sind alle Systeme im Fahrzeug aktiv und kommunizieren über Kommunikationsbusse, z.B. Ethernet, Flexray, CAN, etc., miteinander. Damit dies möglich ist, werden alle Systeme mit Strom versorgt.
- Wünschenswert ist es, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Nutzung von Komponenten eines Fahrzeugs anzugeben.
- Dies wird durch das Verfahren und die Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
- Das Verfahren zur Nutzung von Komponenten eines Fahrzeugs sieht vor, dass eine für einen automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeugs erforderliche erste Komponente und eine zweite Komponente redundant zueinander ausgebildet sind, wobei wenigstens ein Verbraucher der zweiten Komponente für einen automatisierten Fahrbetrieb abhängig von einer Bedingung wahlweise eingeschaltet oder zumindest teilweise abgeschaltet betrieben wird, wobei die Bedingung die Notwendigkeit eines redundanten Betriebs der ersten Komponenten und der zweiten Komponente charakterisiert. Die zweite Komponente ist beispielsweise eine Sekundärkomponente als Rückfallebene für die im Normalbetrieb des Fahrzeugs verwendete erste Komponente. Hochautomatisiertes Fahren wird anfangs nur auf besonderen Strecken wie z.B. Autobahnabschnitten freigegeben werden, die bestimmte Voraussetzungen erfüllen, z.B. Mindestanzahl Fahrspuren, keine Verengungen, keine Baustellen, genügend Umfeldinformationen über die Strecke, etc.. Durch die Bedingung ist die zweite Komponente bei nicht freigegebenem hochautomatisierten Fahren in einem Ruhezustand abgeschaltet betrieben, da sie in diesem Fall als Rückfallebene nicht unbedingt benötigt wird. Anderenfalls wird die zweite Komponente, wenn sie als redundante Komponente benötigt wird, beispielsweise nach IS026262-1:2011 oder neuer betrieben.
- Vorzugsweise wird der Verbraucher über einen schaltbaren Versorgungspfad mit Energie versorgt, wobei der Versorgungspfad abgeschaltet wird, wenn die Bedingung erfüllt ist. Damit wird beispielsweise die Stromzufuhr zum Verbraucher unterbrochen und der Verbrauch des Fahrzeugs insgesamt reduziert. Dadurch erhöht sich die Reichweite insbesondere eines Elektrofahrzeugs.
- Vorzugsweise wird der Verbraucher über ein Signal in einen Ruhezustand geschaltet, wenn die Bedingung erfüllt ist. Damit erfolgt die Ansteuerung beispielsweise über einen Kommunikationsbus.
- Vorzugsweise wird im Ruhezustand insbesondere der zweiten Komponente eine Überwachung des Signals ausgeführt, wobei wenigstens eine Funktion des Verbrauchers abgeschaltet ist. Damit kann die Komponente durch die Signalisierung aus dem Ruhezustand aktiviert werden.
- Vorzugsweise werden die erste Komponente und die zweite Komponente zumindest in einer Initialisierungsphase nach einem Start des Fahrzeugs eingeschaltet betrieben. Zur Absicherung und Fahrerinformation werden derart alle Systeme bei Fahrzeugstart, d.h. Hochfahren der Kommunikationsbusse, gestartet und initialisiert. Damit ist zu Fahrtbeginn sichergestellt, dass grundsätzlich alle Systeme bereit und fehlerfrei sind. Sollte dies nicht der Fall sein, wird dies beispielsweise dem Fahrer per Meldung mitgeteilt und die Funktion hochautomatisiertes Fahren gesperrt oder deaktiviert.
- Nach dieser Prüfung werden die Sekundärkomponenten deaktiviert und in den Ruhezustand versetzt.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
-
1 schematisch eine Vorrichtung zur Nutzung von Komponenten eines Fahrzeugs. -
2 schematisch Schritte in einem Verfahren zur Nutzung von Komponenten. - In
1 ist eine Vorrichtung100 zur Nutzung von Komponenten eines Fahrzeugs schematisch dargestellt. - Die Vorrichtung umfasst eine Recheneinrichtung
102 und einen Speicher104 für Instruktionen sowie eine Schnittstelle106 . Diese sind mit Datenleitungen verbunden. - Das Fahrzeug umfasst eine erste Komponente
108 , eine zweite Komponente110 und eine dritte Komponente112 des Fahrzeugs. Die erste Komponente108 und die zweite Komponente110 sind im Beispiel redundant zueinander ausgebildet. Beispielsweise sind diese Komponenten nach IS026262-1:2011 oder neuer betreibbar. Ein oder mehrere in der dritten Komponente112 enthaltene Verbraucher118 entsprechen einem Verbraucherkreis, der gegenüber der in der ersten Komponente108 und der zweiten Komponente110 enthaltenen Verbrauchern gemäß ISO26262-1:2011 oder neuer rückwirkungsfrei abtrennbar sein muss. Im Beispiel sind die erste Komponente108 und die zweite Komponente110 Teilenergienetze nach Automotive Safety Integrity Level, ASIL, die die Redundanz abbilden. Die Verbraucher der dritten Komponente112 sind im Beispiel der Einstufung QM gemäß der ISO 26262-1:2011 oder neuer zugeordnet. Durch die rückwirkungsfrei abtrennbare Ausführung können die einzelnen Verbraucher der dritten Komponente keine Rückwirkung auf die anderen Komponenten haben. - Die erste Komponente
108 umfasst wenigstens einen ersten Verbraucher114 . Die zweite Komponente110 umfasst wenigstens einen zweiten Verbraucher116 . Die dritte Komponente112 umfasst wenigstens einen dritten Verbraucher118 . - Das Fahrzeug weist im Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine auf, die einen Generator
120 zur Energieversorgung der Verbraucher antreiben kann. In einem Elektrofahrzeug erfolgt die Versorgung der Verbraucher aus einer entsprechenden Hochvolt-Batterie150 , die über eine Versorgungsleitung155 an einen DC/DC-Wandler122 angeschlossen ist. Auf der Sekundärseite des DC/DC-Wandlers122 werden die Verbraucher versorgt. Der Generator120 und ein Verbund aus Hochvolt-Batterie150 , Versorgungsleitung155 und DC/DC-Wandler122 kann sich gegenseitig ersetzen. - Sowohl der Generator
120 als auch der Verbund aus Hochvolt-Batterie150 , Versorgungsleitung155 und DC/DC-Wandler122 können Niedervolt-Batterien170 und160 versorgen und laden. Die Niedervolt-Batterien170 und160 können die Verbraucher im Falle eines Ausfalls des Generators120 oder des Verbunds aus Hochvolt-Batterie150 , Versorgungsleitung155 und DC/DC-Wandler122 mit Energie versorgen. - Der erste Verbraucher
114 ist über eine erste Versorgungsleitung124 mit Energie des DC/DC Wandlers122 und/oder dem Generator120 versorgbar. Im Beispiel ist die erste Versorgungsleitung124 durch ein erstes Trennelement126 unterbrechbar. - Der zweite Verbraucher
116 ist über eine zweite Versorgungsleitung128 mit Energie des DC/DC Wandlers122 und/oder dem Generator120 versorgbar. Im Beispiel ist die zweite Versorgungsleitung128 durch ein zweites Trennelement130 unterbrechbar. - Der dritte Verbraucher
118 ist über eine dritte Versorgungsleitung132 mit Energie des DC/DC Wandlers122 und/oder dem Generator120 versorgbar. Im Beispiel ist die dritte Versorgungsleitung132 durch ein drittes Trennelement134 unterbrechbar. - Die Schnittstelle
106 ist im Beispiel mit dem ersten Trennelement126 über eine erste Signalleitung136 verbunden. Die Schnittstelle106 ist im Beispiel mit dem zweiten Trennelement130 über eine zweite Signalleitung138 verbunden. Die Schnittstelle106 ist im Beispiel mit dem dritten Trennelement134 über eine dritte Signalleitung140 verbunden. - Die separaten Trennelemente sind optional und können in entsprechend ausgestaltete Verbraucher integriert sein. In diesem Fall sind die Komponenten, die die Verbraucher umfassen, direkt mit der Schnittstelle
106 verbunden. - Die Recheneinrichtung
102 ist ausgebildet, die Komponenten des Fahrzeugs in dem im Folgenden anhand der2 beschriebenen Verfahren anzusteuern, wenn die Instruktionen durch die Recheneinrichtung102 ausgeführt werden. - Das Verfahren beginnt beispielsweise beim Fahrzeugstart. Durch das Verfahren werden die für einen automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeugs erforderliche erste Komponente
108 und die zweite Komponente110 abhängig von einer Bedingung wahlweise redundant zueinander betrieben oder nicht. Genauer wird wenigstens ein Verbraucher116 der zweiten Komponente110 für einen automatisierten Fahrbetrieb abhängig von einer Bedingung wahlweise eingeschaltet oder zumindest teilweise abgeschaltet. Die Bedingung charakterisiert die Notwendigkeit eines redundanten Betriebs der ersten Komponente108 und der zweiten Komponente110 . - Nach dem Start wird ein Schritt
202 ausgeführt. - Im Schritt
202 werden die erste Komponente108 und die zweite Komponente110 zumindest in einer Initialisierungsphase nach einem Start des Fahrzeugs eingeschaltet betrieben. - Anschließend wird ein Schritt
204 ausgeführt. - Im Schritt
204 wird überprüft, ob eine Bedingung ein Abschalten der zweiten Komponente110 indiziert. - Die Bedingung indiziert im Beispiel ein Abschalten der zweiten Komponente
110 , wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug außerhalb einer für das hochautomatisierte Fahren freigegebenen Strecke befindet. - Die Bedingung kann zudem oder alternativ dazu auch ein Abschalten der zweiten Komponente
110 indizieren, wenn ein zum Betrieb im hochautomatisierten Fahren notwendiges Steuergerät oder ein dafür notwendiger Sensor nicht verfügbar oder fehlerhaft ist. - Die Bedingung kann zudem oder alternativ dazu auch ein Abschalten der zweiten Komponente
110 indizieren, wenn ein Fahrzeugparameter beispielsweise eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen für das hochautomatisierte Fahren unzulässigen Wert aufweist. - Die Bedingung kann zudem oder alternativ dazu auch ein Abschalten der zweiten Komponente
110 indizieren, wenn eine Fahrzeugfunktion einen Fahrer des Fahrzeugs zum manuellen Fahren auffordert und der Fahrer dieser Aufforderung gesichert nachgekommen ist. - Die Bedingung kann zudem oder alternativ dazu auch ein Abschalten der zweiten Komponente
110 indizieren, wenn eine manuelle Deaktivierung des hochautomatisierten Fahrens durch einen Fahrer erkannt wird. - Wenn die Bedingung ein Abschalten der zweiten Komponente
110 indiziert, wird ein Schritt206 ausgeführt. Anderenfalls wird der Schritt204 ausgeführt. - Im Schritt
206 wird die zweite Komponente110 zumindest teilweise in einen Ruhezustand versetzt. Im Beispiel wird die zweite Trenneinheit130 über die Schnittstelle106 angesteuert, um die zweite Versorgungsleitung128 zu unterbrechen. Damit wird der zweite Verbraucher116 stromlos. - Anschließend wird ein Schritt
208 ausgeführt. - Im Schritt
208 wird geprüft, ob die Bedingung ein Einschalten der zweiten Komponente110 indiziert. - Im Beispiel indiziert die Bedingung ein Einschalten der zweiten Komponente
110 , wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug auf einer für hochautomatisiertes Fahren freigegebenen Strecke befindet oder sich dieser nähert. - Die Bedingung kann zudem oder alternativ dazu auch ein Einschalten der zweiten Komponente
110 indizieren, wenn die erste Komponente108 eine Freigabe des hochautomatisierten Fahrens indiziert. - Die Bedingung kann zudem oder alternativ dazu auch ein Einschalten der zweiten Komponente
110 indizieren, wenn eine manuelle Aktivierung des hochautomatisierten Fahrens durch einen Fahrer erkannt und freigegeben werden soll. - Wenn die Bedingung ein Einschalten der zweiten Komponente
110 indiziert, wird ein Schritt210 ausgeführt. Anderenfalls wird der Schritt208 ausgeführt. - Im Schritt
210 wird die zweite Komponente110 aus dem Ruhezustand wieder eingeschaltet. Beispielsweise wird die Energieversorgung über die zweite Versorgungsleitung128 wieder verbunden. Im Beispiel wird die zweite Trenneinheit130 über die Schnittstelle106 angesteuert, um die zweite Versorgungsleitung128 zu verbinden. Damit wird der zweite Verbraucher116 mit Strom versorgt. - Anschließend wird der Schritt
204 ausgeführt. - Der zweite Verbraucher
116 wird im Beispiel über den schaltbaren zweiten Versorgungspfad128 mit Energie versorgt. Der zweite Versorgungspfad128 wird im Beispiel abgeschaltet, wenn die Bedingung erfüllt ist. - Der zweite Verbraucher
116 kann auch direkt über ein Signal in einen Ruhezustand geschaltet werden, in dem der zweite Verbraucher116 weniger Energie benötigt, wenn die Bedingung zum Abschalten erfüllt ist. - In diesem Fall wird im Ruhezustand insbesondere an der zweiten Komponente eine Überwachung des Signals ausgeführt, wobei wenigstens eine Funktion des zweiten Verbrauchers
116 abgeschaltet ist. - Der erste Verbraucher
114 und der dritte Verbraucher118 können entsprechend geschaltet werden. - Eine Kommunikation über den jeweiligen Zustand der Komponenten über Kommunikationsbusse, beispielsweise Ethernet, Flexray, CAN, kann eingesetzt werden, um die Verbraucher oder Komponenten rechtzeitig und in vorgegebener Reihenfolge aus dem Ruhezustand zu aktivieren. Um dies zu ermöglichen werden alle Komponenten in ihrem Ruhezustand zumindest zur Überwachung der Signale mit Strom versorgt, durch die das Einschalten der jeweiligen Komponente umsetzbar ist.
- Die Situationserkennung, insbesondere der Fahrsituation des Fahrzeugs oder des Fahrerwunsches hinsichtlich der Aktivierung oder Deaktivierung des hochautomatisierten Fahrens, kann zur Auswertung der Bedingung abhängig von Signalen erfolgen, die über den Kommunikationsbus ausgetauscht werden.
- Durch die Einsparung an Energie wird die Reichweite des Fahrzeugs erhöht und der Verbrauch und die damit verbundenen Emissionen reduziert.
Claims (8)
- Verfahren zur Nutzung von Komponenten (108, 110, 112) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine für einen automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeugs erforderliche erste Komponente (108) und eine zweite Komponente (110) redundant zueinander ausgebildet sind, wobei wenigstens ein Verbraucher (116) der zweiten Komponente (110) für einen automatisierten Fahrbetrieb abhängig von einer Bedingung wahlweise eingeschaltet oder zumindest teilweise abgeschaltet betrieben wird, wobei die Bedingung die Notwendigkeit eines redundanten Betriebs der ersten Komponente (108) und der zweiten Komponente (110) charakterisiert.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (116) über einen schaltbaren Versorgungspfad (128) mit Energie versorgt wird, wobei der Versorgungspfad (128) abgeschaltet wird, wenn die Bedingung erfüllt ist. - Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (116) über ein Signal in einen Ruhezustand geschaltet wird, wenn die Bedingung erfüllt ist. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand insbesondere an der zweiten Komponente eine Überwachung des Signals ausgeführt wird, wobei wenigstens eine Funktion des Verbrauchers (116) abgeschaltet ist. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (108) und die zweite Komponente (110) zumindest in einer Initialisierungsphase nach einem Start des Fahrzeugs eingeschaltet betrieben werden (202).
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung ein Abschalten der zweiten Komponente indiziert, wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug außerhalb einer für das hochautomatisierte Fahren freigegebenen Strecke befindet, ein zum Betrieb im hochautomatisierten Fahren notwendiges Steuergerät oder ein dafür notwendiger Sensor nicht verfügbar oder fehlerhaft ist, ein Fahrzeugparameter einen für das hochautomatisierte Fahren unzulässigen Wert aufweist, eine Fahrzeugfunktion einen Fahrer des Fahrzeugs zum manuellen Fahren auffordert, und/oder eine manuelle Deaktivierung des hochautomatisierten Fahrens durch einen Fahrer erkannt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung ein Einschalten der zweiten Komponente indiziert, wenn festgestellt wird, dass sich das Fahrzeug auf einer für hochautomatisiertes Fahren freigegebenen Strecke befindet oder sich dieser nähert, die erste Komponente eine Freigabe des hochautomatisierten Fahrens indiziert, und/oder eine manuelle Aktivierung des hochautomatisierten Fahrens durch einen Fahrer erkannt wird.
- Vorrichtung (100) zur Nutzung von Komponenten (108, 110, 112) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Recheneinrichtung (102) und einen Speicher (104) für Instruktionen sowie eine Schnittstelle (106) für Komponenten (108, 110, 112) des Fahrzeugs umfasst, wobei die Recheneinrichtung (102) ausgebildet ist, die Komponenten (108, 110, 112) des Fahrzeugs in einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis7 anzusteuern, wenn die Instruktionen durch die Recheneinrichtung (102) ausgeführt werden.
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