DE102020107751A1

DE102020107751A1 - Verfahren zur Arbitrierung von Signalen von Steuergeräten in einem redundanten System für autonomes Fahren

Info

Publication number: DE102020107751A1
Application number: DE102020107751.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Boesch; Peter Hiemer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Arbitrierung von Signalen von Fahr-Steuergeräten in einem redundanten System für autonomes Fahren, bei welchem die Fahr-Steuergeräte (3, 5) Aktoren (11, 13) ansteuern. Bei einem Verfahren erfolgt die Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte (3, 5) unter Zugrundelegung einer Entscheidungsmatrix (17) dezentral.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Arbitrierung von Signalen von Fahr-Steuergeräten in einem redundanten System für autonomes Fahren, bei welchem die Steuergeräte Aktoren ansteuern.
Bei redundanten Systemen für vollautomatisiertes Fahren werden mindestens zwei unabhängige Fahr-Steuergeräte, mindestens zwei unabhängige Aktoren jeweils für eine Bremse und eine Lenkung sowie mindestens zwei unabhängige Bewegungs-Sensoreinheiten benötigt. Beide Fahr-Steuergeräte müssen aus Gründen der Überwachung permanent aktiv sein. Es darf aber nur eines des beiden Fahr-Steuergeräte in einem Eingriff mit einem Fahrzeug-Regelkreis sein. Zu diesem Zweck ist in jedem der Fahr-Steuergeräte eine Entscheidungseinheit enthalten, welche nach dem Master/Slave-Konzept gemeinsam über die Rolle jedes Fahr-Steuergerätes entscheiden. Damit diese Entscheidung, welches Fahr-Steuergerät der Master ist, konsistent getroffen werden kann, ist eine hochverfügbare und zuverlässige Verbindung zwischen allen Fahrzeugsteuergeräten erforderlich. Eine fehlerhaft inkonsistente Kommandierung kann nicht aufgelöst werden. Außerdem besteht bei der Umschaltung von einem Fahr-Steuergerät auf das andere ein Zeitfenster, in welchem der fehlerhafte Aktor auf das Kommando des neuen Masters warten muss.
Aus der DE 10 2012 202 467 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Bremssystems bekannt, bei welchem eine Arbitrierung für ein System mit redundanter Architektur bekannt ist, die zentral in einem Steuergerät erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Arbitrierung von Signalen von Steuergeräten in einem redundanten System für autonomes Fahren anzugeben, bei welchem die genannten Lösungen verbessert werden.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Die Aufgabe ist mit dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte unter Zugrundelegung einer Entscheidungsmatrix dezentral erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass keine Kommandierungslücke im Aktor entsteht, da nicht auf die Entscheidung einer zentralen Kommandierungseinheit gewartet werden muss. Eine sichere Kommunikation zur Zustandsabstimmung der Fahr-Steuergeräte ist nicht erforderlich.
Vorteilhafterweise erfolgt die dezentrale Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte in einem Aktor. Jeder Aktor kann somit selbständig anhand einer eindeutigen Priorisierung durch die Entscheidungsmatrix entscheiden, welches Fahr-Steuergerät über welchen Kommunikationspfad gerade genutzt werden soll.
In einer Variante wird die Entscheidungsmatrix in jedem Aktor hinterlegt, wobei jeder Aktor selbständig die Einordnung in ein Funktionslevel und die Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte vornimmt. Somit ist eine konsistente Kommandierung der Aktoren gewährleistet
In einer Ausgestaltung wird die Entscheidungsmatrix einmalig festgelegt. Durch die Verwendung einer einheitlichen Entscheidungsmatrix wird bei gleichem Informationsstand der Aktoren Konsistenz hergestellt.
In einer Ausführungsform meldet der Aktor seinen Betriebsstatus und/oder den Empfangsstatus von Kommandierungen an eine aktive Kommandoschnittstelle oder an alle Fahr-Steuergeräte. Zwischen den Fahr-Steuergeräten ist keine Kommunikation erforderlich, da die Umschaltung direkt in den Aktoren erfolgt.
Es ist von Vorteil, wenn eine inkonsistente Kommandierung durch Passivierung des entsprechenden Fahr-Steuergerätes aufgehoben wird. Inkonsistente Kommandierungen der Aktoren, welche beim dezentralen und asynchronen Umschalten der Aktoren auftreten können, werden so einfach wieder behoben.
In einer weiteren Ausgestaltung meldet jedes Fahr-Steuergerät nur seinen eigenen Status an die anderen Fahr-Steuergeräte und/oder die Aktoren. Dadurch wird der Signalumfang verringert, was zu einer Entlastung der Signalleitungen führt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer redundanten Netzwerkarchitektur für eine Bewegungskontrolle eines autonom fahrenden Fahrzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig, 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Entscheidungsmatrix.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer redundanten Netzwerkarchitektur für autonomes Fahren eines Fahrzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Diese Netzwerkarchitektur 1 umfasst zwei Fahr-Steuergeräte 3, 5, welche über je eine Signalleitung 7, 9 jeweils zwei Aktoren 11, 13 ansteuern. Feder Aktor umfasst dabei ein Aktor-Steuergerät. Die Signalleitung 7 ist dabei als Flexray ausgebildet und die Signalleitung 9 als Backup-CAN. Beide Fahr-Steuergerät 3, 5 sind Bestandteil eines Fahrzeugsystems, bei welchem die beiden Fahr-Steuergeräte auf das Bremssystem 15 oder die Lenkung oder eine Motorsteuerung des Fahrzeuges zugreifen. In Abhängigkeit eines Fehlerstatus der beiden Fahr-Steuergräte 3, 5 erfolgt eine Arbitrierung der beiden Aktoren 11, 13 auf der Grundlage einer Entscheidungsmatrix 17, welche jeweils in beiden Aktoren 11, 13 abgelegt ist. Die Entscheidungsmatrix 17 ist für beide Aktoren 11, 13 identisch.
Die beiden Fahr-Steuergeräte 3, 5 senden eine Kommandierung mit einer identischen Botschaft parallel jeweils über die Signalleitungen 7, 9 an die beiden Aktoren 11, 13. Eine Kommandierung ist für das elektronische Bremssystem 15 oder die Lenkung oder die Motorsteuerung des Fahrzeuges gültig, wenn die Kommandierung selbst korrekt und der Fehlerstatus der Fahr-Steuergeräte 3, 5 ok ist.
In Fig: 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Entscheidungsmatrix 17 dargestellt, welche zur Arbitrierung der von den Fahr-Steuergeräten 3, 5 gesendeten Kommandierungen genutzt wird. Die beiden Fahr-Steuergeräte 3, 5 sind dabei Bestandteil eines ESP-Systems des Fahrzeuges, welches im Bedarfsfall das Bremssystem 15 des Fahrzeuges aktiviert. Sind beide Kommandierungen auf beiden Signalleitungen 7, 9 gültig, wird durch die Aktoren 11, 13 auf die Verbindung mit dem ersten Fahr-Steuergerät 3 geschaltet, dessen Kommandierung verwendet wird. Dies stellt die Vollfunktion des Systems dar.
Ist eine der beiden Kommandierungen ungültig, wird ein eingeschränktes Funktionslevel 1 verwendet. D.h. ist die Kommandierung des ersten Fahr-Steuergerätes 3 gültig und die Kommandierung des zweiten Steuergerätes 5 ungültig, werden die Eingänge des ersten fahr-Steuergerätes 3 genutzt. Ist im umgekehrten Fall die Kommandierung des ersten Fahr-Steuergerätes 3 ungültig und die des zweiten Fahr-Steuergerätes 5 gültig, werden die Signaleingänge des zweiten Fahr-Steuergerätes 5 genutzt.
Für den Fall, dass die Kommandierungen von beiden Steuergeräten 3, 5 ungültig sind, wird das Funktionslevel 2 herangezogen, welches gegenüber dem Funktionslevel 1 weiter eingeschränkt ist und die SES-Funktion des Fahrzeuges angesteuert. SES (secundary emergency stop) ist die zweite Rückfallebene, welche durch direkte Ansteuerung des elektronischen Bremssystems 15 einen Notstop einleitet.
Die vorgeschlagene Lösung kann auch bei Verwendung von mehr als zwei Steuergeräten zuverlässig eingesetzt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Netzwerkarchitektur
3: Fahr-Steuergerät
5: Fahr-Steuergerät
7: Signalleitung
9: Signalleitung
11: Aktor-Steuergerät
13: Aktor-Steuergerät
15: Bremssystem
17: Entscheidungsmatrix

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012202467 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Arbitrierung von Signalen von Fahr-Steuergeräten in einem redundanten System für autonomes Fahren, bei welchem die Fahr-Steuergeräte (3, 5) Aktoren (11, 13) ansteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte (3, 5) unter Zugrundelegung einer Entscheidungsmatrix (17) dezentral erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte (3, 5) in einem Aktor (11, 13) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidungsmatrix (17) einmalig festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidungsmatrix (17) in jedem Aktor (11, 13) hinterlegt wird, wobei jeder Aktor (11, 13) selbständig die Einordnung in ein Funktionslevel und die Arbitrierung der Signale der Fahr-Steuergeräte (3, 5) vornimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (11, 13) seinen Betriebsstatus und/oder den Empfangsstatus von Kommandierungen der Fahr-Steuergeräte (3, 5) an eine aktive Kommandoschnittstelle oder an alle Fahr-Steuergeräte (3, 5) sendet.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine inkonsistente Kommandierung durch Passivierung des entsprechenden Fahr-Steuergerätes (3, 5) aufgehoben wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Fahr-Steuergerät (3, 5) nur seinen eigenen Status an die anderen Fahr-Steuergeräte (3, 5) und/oder die Aktoren (11, 13) meldet.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fahr-Steuergeräten (3, 5) keine Kommunikation erfolgt.