车辆控制装置和方法与流程

本发明涉及一种用于车辆的车辆控制装置以及一种相应方法。

背景技术：

尽管本发明在后面主要结合轿车进行描述，但并不局限于轿车，它适用于各种形式的机动车辆。

现代化机动车辆中所使用的驾驶员辅助系统日益复杂。对例如高度自动化行驶等驾驶员辅助系统和功能需要在车辆中使用大量的传感器，以便能精确检测机动车辆的环境。为了能自主控制车辆，例如需要可靠识别行驶车道，以便使车辆能在所识别的车道内行驶。

当今的辅助系统致力于对环境传感器的合并方案的设计处理。从例如雷达传感器、摄像机、行驶机动性传感器、全球定位系统(gps)以及数字地图等不同的数据源建立一个车辆环境的典型—即所谓的环境模型。数据合并的目标是相对单一数据源实现更高的准确性和安全性并达到更大的视野范围。

尤其从高度自动化行驶的观点出发，提高系统的可用性极为必要。如今所实施的合并结构重点放在提高准确性、扩大视野范围以及提高检测可靠性。

由此产生的单一部件或软件模块的大幅度互联结果是，单一模块的故障失灵会轻易影响总体系统的功能性。

但这与自动驾驶必需的高系统可用性相矛盾。

例如，目前以esc传感器集群(esc：电子稳定控制)为基础，并使用诸如目标跟踪、占用网格或占用格状图等模块计算车辆位置。如果esc传感器集群发生故障或定位模块出错，同样会因此涉及到所有其他模块，从而导致整个系统故障。

技术实现要素：

因此，本发明的一项任务是为车辆提供经改进的控制装置。

据此，本发明公布一种带有权利要求1所述特征的车辆控制装置以及具有权利要求10所述特征的方法。

据此提出：

一种车辆控制装置，带有：一定数量的、即一个或多个相互独立的第一控制装置，它们被布置在第一逻辑层面中并且被设计用于计算预设的第一车辆控制功能，并输出第一计算结果；一定数量的、相互独立的其他控制装置，这些其他控制装置被布置在一定数量的、在第一逻辑层面上位的并且相互分层级布置的逻辑层面中，用于计算预设的其他控制装置功能和输出其他计算结果，其中，所述其他控制装置被设计成，仅将布置在比相应的控制装置所在的逻辑层面层级低的逻辑层面中的那些控制装置中的计算结果用作相应的车辆控制功能的输入变量。

此外提出：

一种控制车辆的方法，所述车辆具有一定数量的、即一个或多个在第一逻辑层面中的相互独立的第一控制装置，所述方法包括：计算在第一控制装置中的预设的第一车辆控制功能；在一定数量的、在第一逻辑层面上位的且相互分层级布置的逻辑层面中，设置一定数量的相互独立的其他控制装置；计算在相互独立的其他控制装置中的其他预设的车辆控制功能，该计算仅基于布置在比相应的车辆控制功能的控制装置所在的逻辑层面层级低的逻辑层面中的控制装置中的那些车辆控制功能的计算结果。

本发明所基于的认知是，上位功能与下位的传感器的密切联系导致各单一系统组件相互之间的高度依赖关系。

本发明所基于的想法是，考虑到这一认知并提供一种解决这些依赖关系的方法。

对此，本发明规定，将用于车辆控制的计算划分在多个逻辑层面中。在每个层面中都不发生各功能或控制装置的互联。各单一控制装置因而相互独立。所以当一个组件出现故障时，相应层面的其他控制装置保持功能正常。

相应的逻辑层面上可以对应有基于此建立的功能。例如低逻辑层面中的功能可以例如是仅不完整的、不确定的车辆周围环境信息，因此只能提供有限的功能性。随着每个上位的逻辑层面，数据质量提高，从而改善功能范围和功能质量。

因此，在逻辑层面方面要理解的是，一个逻辑层面的功能或控制装置彼此间不互联，并且第一逻辑层面的功能或控制装置仅访问在层级上布置在该第一逻辑层面之下的第二逻辑层面的功能或控制装置的数据。但逻辑层面不是指各单一控制装置的物理布局。

由从属权利和参照附图的描述得出有益的实施形式和其他结构形式。

在一种实施形式中，控制装置用于凭借相应的计算结果控制车辆，尤其是车辆的横向加速和/或纵向加速。这使得能够在不同的逻辑层面中根据相应可用的数据单独实施车辆控制。

在一种实施形式中，第一控制装置分别具有传感器并且根据自身传感器的数据估计车辆运动和/或目标对车辆的相对运动和/或车辆位置和/或车辆定向。这使第一控制装置能不依赖其它控制装置，仅根据其自己的传感器估计车辆运动。

在一实施形式中第一控制装置设计用于在第一计算结果的基础上控制车辆，使车辆避免与障碍碰撞或降低碰撞的剧烈程度和/或避免车辆偏离车道。因此，所述第一控制装置使得能够在例如只有必须迅速使车辆减速的情形中控制车辆。

在一种实施形式中第一控制装置被设计用于作为计算结果输出关于车辆环境的环境数据。

在一种实施形式中，环境数据尤其包括车辆的占用网格和/或目标清单和/或位置数据和/或车辆的定向数据。尤其是可分别设置多个第一控制装置，它们给出相同类型的环境数据。这就可在其他逻辑层面上对第一控制装置的数据加以使用。

在一种实施形式中，车辆控制装置包括一定数量的、相互独立的第二控制装置，它们被布置在第一逻辑层面上位的第二逻辑层面中，并且组合第一控制装置的同类的计算结果，并用作相应车辆控制功能的输入变量。因此，第二控制装置合并第一控制装置的各项数据。但在此第二控制装置仅合并同类的计算结果。其中，所谓同类的计算结果是指例如占用网格或目标列表等具有同类内容的计算结果。

在一实施形式中显示了第二控制装置，其基于相应计算结果对车辆的控制方式是，使车辆沿着预先设置的行驶车道行驶。由此，第二控制装置能以部分自动化的形式对指定车辆加以控制。

在一种实施形式中，第二控制装置是至少具有一个冗余计算单元和/或冗余供电电源的冗余控制装置。这增加了第二控制装置的可用性，并由此增加了相应车辆的控制功能。

在一种实施形式中，车辆控制装置有一定数量的、相互独立的第三控制装置，这些第三控制装置被布置在第二逻辑层面上位的第三逻辑层面中，并被设计用于组合由第二控制装置所组合的、第一控制装置的同类的计算结果，并将其用作相应车辆控制功能的输入变量。因此，第三控制装置合并不同类型的计算结果，例如第三控制装置之一可合并占用网格、目标列表和车辆位置数据。

在一种实施形式中，第三控制装置用于：基于由第二控制装置组合的第一控制装置的同类的计算结果的组合，计算具有车辆周围可用空间的车辆环境模型，该模型使得能够计算其他交通参与者的运动情况。这可有预见和有计划地控制车辆和估计其他交通参与者的运动情况。

只要适用，上述结构设计以及其他结构形式可任意相互组合。其他可能的结构设计、其他结构形式以及本发明的实施还包括事先或以下描述实施案例中本发明特征方面没有明确列举的组合。尤其是，专业人员还向本发明各基本形式添加各种观点作为改进或补充。

附图说明

根据在示意图中所给出的实施案例对本发明进行进一步的解释。其中：

图1示出根据本发明的车辆控制装置的一种实施形式的方框图；

图2示出一种根据本发明的方法的实施形式的流程图；

图3示出根据本发明的车辆控制装置另一种实施形式的方框图；

所有图中，只要没有另外说明，相同或功能一样的部件具有相同的参考号。

具体实施方式

图1显示一种根据本发明的车辆控制装置1-1的实施形式的方框图。

图1的车辆控制装置1-1具有第一逻辑层面4，其中示出了第一控制装置3-1和第二控制装置3-n，两个控制装置之间通过第三点说明了其他控制装置。

第一控制装置3-1拥有两个车辆控制功能5-1和5-2，第二控制装置3-n同样具有两个车辆控制功能5-3和5-4。

在视觉上和在层级上设置在第一层面4上位的另一第二逻辑层面10中，示出有两个第二控制装置9-1和9-n，它们之间同样用3个点说明其他控制装置。控制装置9-1有两个车辆控制功能5-5和5-6，而控制装置9-n具有车辆控制功能5-(n-1)和5-n。

图1中可以看到，第一逻辑层面4的控制装置3-1和3-n彼此未互联或互相不交换信息。同样，第二逻辑层面10的控制装置9-1和9-n彼此未互联或互相不交换信息。

第二逻辑层面10的控制装置9-1和9-n只从第一逻辑层面4中获取以控制装置3-1和3-n的计算结果为形式的、用于计算相应车辆控制功能5-5、5-6、5-(n-1)以及5-n的信息。

车辆控制功能5-1至5-n可以是多个不同的车辆控制功能5-1至5-n。在一种实施形式中，可对控制装置3-1至3-n、9-1至9-n以及11-1至11-n进行设计，使其利用相应计算结果6-1至6-n控制车辆，尤其是控制车辆的横向加速和/或纵向加速。

例如，车辆功能5-1至5-n可以包括紧急制动，该紧急制动仅用于避免碰撞或降低碰撞剧烈程度。其他的车辆控制功能可以例如包括车道保持功能、车辆跟踪、车辆横向引导(例如在施工现场或在规定车道上)、以及在复杂的交通状况或相似情况下用于引导车辆的轨迹规划的功能。在此，由各单一控制装置3-1至3-n或9-1至9-n所提供的计算结果6-1至6-n可以是各单一控制装置在用于执行相应的车辆控制功能的各单一计算步骤中所计算的计算结果6-1至6-n。例如，计算结果6-1至6-n可以是车辆的环境模型或车辆环境的占用网格，可以是车辆环境中识别出的目标的目标列表，可以是车辆的位置或车辆的定向数据或相似数据。

图1中可以看出，环境模型和功能被分成多个逻辑层面4和10。图1中两个逻辑层面4和10的图示在此仅仅是示范性的。例如在图3中示出有三个逻辑层面4、10、12的实施形式。

在每个逻辑层面内，各单一的控制装置3-1至3-n或9-1至9-n不能存在互联，即在控制装置3-1至3-n或9-1至9-n失效的情况下，其他控制装置3-1至3-n或9-1至9-n仍保持正常运行。因此，控制装置3-1至3-n或9-1至9-n可以例如作为在车辆中的单独的控制装置被设计为单独的硬件，或例如作为autosar(车辆开放系统架构)兼容组件被设计为单独的程序模块，其在autosar(车辆开放系统架构)兼容控制装置中被分开实施。

可给逻辑层面4和10分配建立其上的车辆控制功能5-1至5-n。在低逻辑层面上的车辆控制功能5-1至5-n仅具有不完整、不确定的车辆环境信息，例如基于自身传感器7-1至7-3采集的信息(见图3)，并因此能力有限。随着逻辑层面4和10的增加，数据质量提高，功能范围和功能质量也随之提高。但基于不断增加的互联，在较低逻辑层面4、10、12中的错误会使功能受限。车辆控制功能5-1至5-n可按照逻辑层面4、10、12在其干预时间上不同。在最高逻辑层面12上(见图3)，通过提前干预，例如低加速，实现舒适的车辆控制功能5-1至5-n；而在最低逻辑层面4上主要是避免碰撞，或将其后果减小到最小程度，而不考虑舒适性。

图2示出根据本发明的用于控制车辆的方法的实施形式的流程图。

该方法规定：在逻辑层面4中设置(s1)一定数量的相互独立的第一控制装置3-1至3-n，并计算(s2)在第一控制装置3-1至3-n中预设的第一车辆控制功能5-1至5-n。此外，在一定数量的、在第一逻辑层面4上位的且相互分层级布置的逻辑层面4、10、12中，设置(s3)一定数量的相互独立的其他控制装置9-1至9-n、11-1至11-n，并且，计算(s4)相互独立的其他控制装置9-1至9-n以及11-1至11-n中的其他预设的车辆控制功能5-1至5-n，该计算仅基于布置在比该相应的车辆控制功能5-1至5-n的控制装置3-1至3-n、9-1至9-n以及11-1至11-n所在的逻辑层面4、10、12层级低的逻辑层面4、10、12中的控制装置3-1至3-n、9-1至9-n以及11-1至11-n中的那些车辆控制功能5-1至5-n的计算结果6-1至6-n。

车辆控制功能5-1至5-n在一实施形式中可用于分别凭借各相应计算结果6-1至6-n控制车辆。在此尤其是可以对车辆的横向加速和/或纵向加速进行控制。

为了实现各单一的第一车辆控制功能5-1至5-n的分离，第一车辆控制功能5-1至5-n仅以执行相应的车辆控制功能5-1至5-n的相应第一控制器3-1至3-n的传感器7-1至7-n的传感器数据为基础。其中，在一实施形式中，第一辆车控制功能5-1至5-n可计算该车辆的车辆运动和/或目标相对于车辆的相对运动和/或车辆的位置和/或车辆的定向。

其中，第一车辆控制功能5-1到5-n可以如此控制车辆：使其避免与障碍的碰撞或降低碰撞的剧烈程度和/或避免车辆偏离车道。

在一种实施形式中，第一辆车控制功能5-1至5-n作为计算结果6-1至6-n给其他控制装置9-1至9-n、11-1至11-n提供有关车辆周围环境的环境数据，其中环境数据尤其包括占用网格和/或目标列表和/或车辆的位置数据和/或车辆的定向数据。

根据本发明，在更高逻辑层面10、12中可提高车辆控制功能5-1至5-n的复杂性。为此，在第一逻辑层面4上位的第二逻辑层面10中布置一定数量的相互独立的第二控制装置9-1至9-n。在此，第二控制装置9-1至9-n仅使用第一控制装置3-1至3-n的同类型的计算结果6-1至6-n作为相应的车辆控制功能5-1至5-n的输入变量。

在此，第二控制装置9-1至9-n已经能够执行初步的舒适功能，该舒适功能例如根据第一计算结果6-1至6-n这样控制车辆：使车辆沿预设的车道行进，或类似于此。

在该方法的一种实施形式中，在第二逻辑层面10上位的第三逻辑层面12中设置了一定数量的相互独立的第三控制装置11-1至11-n。第三控制装置11-1至11-n组合了由不同的第二控制装置9-1至9-n所组合的、第一控制装置3-1至3-n的同类型的计算结果6-1至6-n，并将其用作相应的车辆控制功能5-1至5-n的输入变量。

第二控制装置9-1至9-n只合并例如同类型的计算结果6-1至6-n，比如目标列表，而第三控制装置11-1至11-n则组合不同类型的计算结果6-1至6-n，比如目标列表、占用网格以及车辆定向信息等。

第三控制装置11-1至11-n可在组合由第二控制装置9-1至9-n所合并的同类型的计算结果6-1至6-n的基础上，计算车辆的综合环境模型，该模型标注车辆周围的可用空间，并使得能够计算其他交通参与者的运动情况。因此，对于第三控制装置11-1至11-n而言，能够计划车辆在复杂状况下的复杂运动。

图3显示根据本发明的车辆控制装置1-2的另一种实施形式的方框图。

图3的车辆控制装置1-2基于图1的车辆控制装置1-1，并拥有三个逻辑层面4、10、12。在第一逻辑层面4中示出了四个第一控制装置3-2至3-5。第二逻辑层面10示出在第一逻辑层面4上方，并具有三个第二控制装置9-2到9-4。在第二逻辑层面10上位的第三逻辑层面12中示出了两个第三控制装置11-1和11-n。所有层面中控制装置的数量都可不同。

第一控制装置3-2是具有雷达传感器7-1或雷达传感器7-1网络的雷达系统3-2。第一控制装置3-3是基于摄像机的控制装置3-3，具有摄像机7-2作为传感器7-2。第一控制装置3-4是可定位车辆的定位控制装置3-4。因此它具有例如gps传感器、惯性传感器和/或测程传感器来作为传感器7-3。最后，第一控制装置3-5是后端，可提供例如地图数据14。后端3-5可以是车辆中的本地后端3-5或是能够通过网络通达的中央后端3-5。

在第一逻辑层面4中，各单一的第一控制装置3-2至3-5或传感器7-1至7-3彼此未互联。由此另外要求：每个控制装置3-2至3-5或每个传感器7-1至7-3都必须由自己的数据中估算或计算车辆运动。在雷达系统3-2方面，可以例如使用跟踪静态雷达集群的slam方案15(同步定位与创建地图；德语“simultanelokalisierungundkartenerstellung”)。在一实施形式中，基于此的车辆控制功能5-7例如可以是避免碰撞或紧急制动。

对基于摄像机的控制装置3-3，例如可使用基于光流的视觉测程方案16。在一实施形式中，基于此的车辆控制功能5-8、5-9可以例如是防撞及紧急制动功能，或车道偏离预防及车道保持功能。

此外，第一控制装置3-2、3-5可在相应的传感器数据基础上实施目标识别17-1、17-2。

所述的车辆控制功能5-7至5-9的示例不确保舒适的车辆引导，不能在任何情况下防止碰撞，但通过分离数据源，即使在车辆控制装置1-2的多个组件发生故障的情况下仍可供使用，并且在驾驶员在车辆自主驾驶功能故障的情况下对车辆的接管延迟或停滞时，继续起控制作用。

在一实施形式中，车辆控制功能5-7至5-9能够根据提供所需数据的控制装置或控制装置3-2至3-5被分区。以此确保在硬件方面的和在软件方面的分离。

在第一逻辑层面4上的车辆控制功能5-7至5-9构成最低层。因此，车辆控制功能5-7至5-9可以被设计成只在极为可靠识别时功能才触发。此外，车辆控制功能5-7至5-9可以多次存在，例如可以基于雷达和基于摄像机进行紧急制动。

控制装置3-2至3-5分别将传感器7-1、7-2和7-3或slam方案(雷达同步定位与创建地图)15、视觉测程16或目标识别17-1、17-2的各种数据或计算结果提供给第二控制装置9-2至9-4。

第二控制装置9-2是合并由第一控制装置3-2和第一控制装置3-3所提供的占用网格的控制装置9-2。第二控制装置9-3是合并由第一控制装置3-2和第一控制装置3-3所提供目标的控制装置9-3。第二控制装置9-4是根据第一控制装置3-3的视觉测距和控制装置3-4的数据执行基于路标的车辆定位的控制装置9-4。

因此，在第二逻辑层面10上进行相同的输入数据的合并，即将例如多个第一控制装置3-2至3-5的占用格状图或占用网格或目标列表相互合并。由此各模块互联增多并且相互间依赖性更大。但通过合并同类型数据，数据被减少到所需的最小限度。所以，在占用网格的合并中，没有关于定位的传感器数据。

在一实施形式中，在集成新的占用网格时采用所谓的注册方法(registerierungsverfahren)进行位置判断，以此方法确定该占用网格在已合并的占用网格中的最佳比对/对齐。

类似地，在目标合并时例如利用扩展卡尔曼滤波器-同步定位与创建地图(slam)由目标匹配确定位置并且然后进行目标的状态评估。与第一逻辑层面4相似，可在第二逻辑层面10上设置车辆控制功能5-10至5-12，但需在改进的数据库基础上实施。这种车辆控制功能5-10至5-12可以例如是改进车辆的横向引导或横向控制，这也对隆起的目标作出反应。用此方法，例如可在建筑工地场景中执行横向引导。在摄像机出现故障时或在不具有车道标识线时则能够防止车辆偏离车道。也可使用启发法(heuristik)来例如通过在右侧的三分之一自由区域中识别车辆使车辆在正确的范围内行驶。在该逻辑层面上，虽然第一控制装置3-2至3-5彼此之间互联，使得在单一的第一控制装置3-2至3-5出错或故障时会造成功能受限，但各单独的算法彼此间却没有关联。此外，由于不同的第一控制装置3-2至3-5提供类似的输入数据或计算结果6-2至6-8(这些数据属相同类型，有视觉范围和精度的差异)，所以在第一控制装置3-2至3-5之一故障情况下虽然数据质量受限，但依然保证基本功能。

在第二控制装置9-2到9-4之一因故障而失灵的情况下，其他第二控制9-2到9-4依然可供使用，由此，如果单一车辆控制功能5-10到5-12失灵，整个系统不会全面受到影响。

因此在一种实施形式中，在第二逻辑层面10上的车辆控制功能5-10至5-12在高可用性的或冗余的控制装置上实施。

第三控制装置11-1和第三控制装置11-n从第二控制装置9-2至9-4分别获得所有计算结果6-9至6-11。此外，第三控制装置11-1和第三控制装置11-n还可获得第一控制装置3-2至3-5的计算结果6-2至6-8。这在图3中针对第一控制装置3-5的地图数据14示例性示出。

在第三逻辑层面12上，建立各单一的数据源之间的关系。例如可以从至少一个占用网格或占用格状图、从至少一个目标列表和从地图数据中计算出实际可供操作机动性使用的空间，或从目标列表和地图数据中作出关于其他交通参与者目前行为状态的结论。

因此在第三逻辑层面12上存在了一个近似完整的、对场景有大幅了解的情况描述。这使得能够实现车辆控制功能5-13，例如规划和实施像车道转换等复杂的操作机动，以及舒适地、非常前瞻性地规划车辆运动。

模块之间的高互联程度导致：尤其是在个别算法出错时(例如占用网格的合并由于出现错误而无法使用时)，在第三逻辑层面12上的车辆控制功能5-13无法再使用。

但是在此情况下，至少部分还有在第二逻辑层面10上的车辆控制功能5-10至5-12以及视故障情况而定还有第一逻辑层面4的整个范围是可用的，由此还可实现防碰撞行驶。

虽然可能无法再实施例如变道或出现具有高制动延迟的情形，但车辆还例如可以防碰撞地保持在当前车道上行驶。

本发明虽然参照优选实施例作如上描述，但并不被局限于此，而是可以以各种方式作调整。尤其是，本发明可以以许多方式作出改变和调整，而不脱离本发明实质。

附图标记列表

1-1、1-2车辆控制装置

3-1至3-n第一控制装置

4第一层面

5-1至5-n车辆控制功能

6-1至6-n计算结果

7-1至7-n传感器

9-1至9-n第二控制装置

10第二层面

11-1至11-n第三控制装置

12第三层面

14地图数据

15雷达同步定位与创建地图(slam)

16视觉测程

17-1、17-2目标识别

s1–s4方法步骤