JP2004502581A - 車両用の制御システムおよび車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

１．車両の制御システムおよび車両の制御方法。
２．１．本発明は、特にブレーキ、ステアリング、エンジンおよびギヤボックスのために作動信号を変換するための複数の信号処理レベルおよびアクチュエータを有する車両用の制御システム、および車両の制御方法に関する。
２．２．本発明によれば、この目的のため、連続的な規定の入力レベル、または不連続的な規定の入力レベルおよび設定値信号を生起するための自動レベルと、設定値信号を補正するための予測レベルおよび／または反応レベルと、設定値信号を作動信号に変換するための調整レベルと、アクチュエータを備える実行レベルとが設けられる。アクチュエータは相互にかつ調整レベルに故障許容性のある、冗長的かつ双方向のデータバスにより接続される。冗長的信号処理のための方策が取られ、データは故障許容性のある、冗長的かつ双方向様式で伝達される。２．３．例えば自動車用に使用される。

Description

【０００１】
本発明は、特にブレーキ、ステアリング、エンジンおよびギヤボックスのための作動信号を変換する複数の信号処理レベルおよびアクチュエータを有する車両用の制御システムおよび車両の制御方法に関する。
【０００２】
一般的なタイプの車両制御システムは、ドライブバイワイヤ・システムあるいはエックスバイワイヤ・システムとも称される。その種のシステムにおいては、車両のステアリング、ブレーキおよびドライブが電子的に制御され、それにはステアリング・ホイールと被操向車輪の間の連続的機械的接続が無く、またブレーキ・ペダルと車輪のサービス・ブレーキの間の連続的機械的接続または油圧接続が無い。
【０００３】
ドイツの公開出願ＤＥ４１１１０２３Ａ１は車両制御システムを開示しており、そのシステムは階層レベルにより構築され、その階層レベルが信号処理中に予め定義されたシーケンスで実行される。ステアリング、ホイール・ドライブおよびシャシ領域の信号処理が別々に実行され、その結果、信号処理パスが下層レベルにおいて分岐し、そのために複雑な構造の制御システムになっている。安全システムを備えないため、部品故障の可能性がある。
【０００４】
ドイツ特許ＤＥ４０３９００５Ｃ２に記載の車両制御システムでは、システムの操作性を保証するために、オペレータ制御要素の中央制御装置およびアクチュエータへのサブコントローラによるデータバスを介した接続に加え、さらにオペレータ制御要素とアクチュエータの間をサブコントローラにより直接接続する設備がある。したがって、２つの異なる構成によるシステム配線が同時に存在することになる。
【０００５】
ヨーロッパ公開出願ＥＰ０７５４６１１Ａ１は車両用制動およびステアリングシステムを開示しており、そのシステムにおいて故障許容性および冗長性手段により部品故障時の操作信頼性を保証することを試みている。故障許容性は、限られた数のサブシステムが故障してもシステムが特定の機能を果たす能力のことをいう用語である。冗長性は、所期のタスクを実行するために必要とする分以上の手段の存在を指す用語である。
【０００６】
本発明は、構造が比較的に簡単で安全かつ信頼性のある制御システムを提供し、ならびに信頼性がありかつ安全な車両制御方法を利用可能とする技術的課題に基づくものである。
【０００７】
本発明によれば、この目的のため、車両用の制御システムは、特にブレーキ、ステアリング、エンジンおよびギヤボックスのために作動信号を変換するための複数の信号処理レベルおよびアクチュエータを備え、このシステムにおいて以下の信号処理レベル、即ち、ドライバの連続的な規定を入力し、規定を設定値信号に変換するための装置を備える入力レベル、または、駆動システムの不連続的な規定を入力するための装置を備える入力レベルおよび入力レベルの規定を設定値信号に変換するための第１の信号処理モジュールを備える自動レベルと、駆動状態の予測を参照して設定値信号を補正するための第２の信号処理モジュールを備える予測レベル、および／または現駆動状態を参照して設定値信号を補正するための第３の信号処理モジュールを備える反応レベルと、設定値信号を作動信号に変換するための第４の信号処理モジュールを備える調整レベルと、作動信号を変換するためのアクチュエータを備える実行レベルとが設けられ、アクチュエータが故障許容性のある、冗長的かつ双方向のデータバスによって接続され、第１、第２、第３および／または第４の信号処理モジュールが冗長的信号処理のために構成されており、データの故障許容性のある、冗長的かつ双方向伝達のための装置が２つの連続する信号処理レベルの間に設けられるものである。
【０００８】
それらの特徴の結果、構造が簡単な、モジュラー式の制御システムが提供され、これにおいては個々の信号処理レベル、たとえば予測レベルが、その機能性が要求されない場合には、制御システムの下位構造を犠牲にすることなく省略することができる。その結果、従来の制御システムと比較してきわめてフレキシブルな制御システムが提供される。設定値信号を作動信号に変換するための調整レベルが限定されたインタフェースを提供し、それを用いて原規定が処理されるレベルが、処理済規定が実行されるレベルから切り離される。そのような限定されたインタフェースによって構造が簡素化され、制御システムの変更および拡張がかなり容易になる。さらに、制御システムの故障に対する高度の保護が冗長的信号処理およびデータの故障許容性のあるかつ冗長的伝達によって与えられる。連続する信号処理レベル間、ならびにアクチュエータと調整レベルの間のデータの双方向処理により、設定値信号の伝達および実際値信号および診断値信号のフィードバックが可能となる。
【０００９】
本発明の一態様においては、反応レベルが調整レベルと実行レベルの間に配置される。その結果、アクチュエータのための作動信号が現駆動状態を参照して補正される。これは、アクチュエータのための作動信号が直ちに補正されるので、不安定な駆動状態に対する迅速な反応のために有利になり得る。
【００１０】
少なくとも１つのアクチュエータが反応信号処理モジュールに有利に直接に割り当てられ、不安定な現駆動状態に反応する。本発明のこの実施形態は、不安定な駆動状態に対して迅速に反応する点でも有利である。したがって、たとえばアンチロック・ブレーキ・システムを直接ホイール・ブレーキに割り当てることができる。
【００１１】
一態様の方策として、すべての信号処理レベルに電力を供給するための装置が冗長的に付与されるようになされる。この方策によって、制御システムの故障に対する保護が相当に強化される。
【００１２】
データの双方向伝達のための装置が光導波路として付与されることもまた有利である。光導波路により、外的な破壊的影響から比較的無関係にデータの高速伝達が可能になる。
【００１３】
本発明の一態様において、冗長的信号処理のための少なくとも２つの物理的に別個の第１、第２、第３および第４の信号処理モジュールが自動レベル、予測レベル、反応レベルおよび調整レベルのそれぞれに設けられる。そのようなハードウエアの冗長によって、制御システムの信頼性が向上する。
【００１４】
一態様の方策として、第１、第２、第３および第４の信号処理モジュールに設けられるソフトウェアが冗長的に付与される。その結果、制御システムの信頼性が一層向上する。
【００１５】
本発明はまた、車両、特にそのブレーキ、ステアリング、エンジンおよびギヤボックスの制御方法も提案し、その方法は以下のステップ、即ち、ドライバの連続的な規定または駆動システムの不連続的な規定を入力し、かつ規定を設定値信号に変換するステップと、駆動状態の予測を参照して設定値信号を補正するステップ、および／または現駆動状態を参照して設定値信号を補正するステップと、設定値信号を作動信号に変換するステップと、作動信号をアクチュエータにより実行するステップと、作動信号がアクチュエータに伝達され、かつ実際値信号および診断信号がアクチュエータによりデータバスを介して故障許容性のあるかつ冗長的様式で伝達され、規定の設定値信号への変換、設定値信号の補正、および設定値信号の作動信号への変換が冗長的様式で実行され、かつ設定値信号、実際値信号および診断信号が共通のデータ・ラインで故障許容性のある、冗長的かつ双方向様式で伝達されるステップとを有する。
【００１６】
本発明のさらに別の特徴および長所は、以下の説明および添付図面から明らかとなろう。
【００１７】
図１の本発明による車両用制御システムの概念図に複数の信号処理レベルが示されている。１つの入力レベルＥにおいて、ドライバにより縦方向移動が連続的に規定されると、それが装置１０において設定値信号に変換される。ドライバは、たとえばサイド・スティックもしくはアクセル・ペダル、ブレーキ・ペダルおよびステアリング・ホイール等のオペレータ制御要素を作動させるか、または特定位置に維持するだけで、連続して幾度も車両の縦方向移動が生起するように規定できる。ドライバの連続的な規定と対照的に、たとえば車両制御システムで実行される「ＡからＢまで走行」等の一時的な不連続的規定は、図２の実施形態のような自律駆動システムが使用されたときに行われる。
【００１８】
ドライバの連続的な規定から生成される設定値信号は、予測レベルＰに供給され、そこで設定値信号は駆動状態の予測を考慮して補正される。駆動状態の予測は、たとえば車両内にある不安定な駆動状態回避のための予測システムにより行われる。そのようなシステムは、たとえば過度の高速で急カーブ時に警告を発し、あるいは車両のブレーキを掛けることさえある。カーブの半径はたとえばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）およびロードマップを使用して求めることができ、かつさらに道路状態を検知するセンサから診断信号を得ることができる。予測レベルＰの機能は、信号処理モジュール１２および１４によって実行される。図１で明らかなように、設定値信号は装置１０によって信号処理モジュール１２および１４に別々のデータ・ラインを介して供給される。信号処理モジュール１２および１４は、ここでは物理的に別個となっている。次いで信号処理が、信号処理モジュール１２および信号処理モジュール１４の両方において冗長して生起する。したがって、モジュール１２および１４の一方が故障のときでも予測レベルＰの機能は保証される。
【００１９】
設定値信号は、予測レベルＰの信号処理モジュール１２および１４により補正される可能性があり、前記モジュールによって反応レベルＲ内にある信号処理モジュール１６および１８に伝達される。反応レベルＲでは、車両の不安定な駆動状態に反応するシステム機能が実行される。そのようなシステム機能は、たとえば車両のカーブにおける過度に高速な方向転換を防止するドライビング・ダイナミクス制御作動等である。
【００２０】
反応レベルＲでは、設定値信号が補正される可能性があり、反応レベルＲにより、次いで設定値信号は調整レベルＫおよびそこにある信号処理モジュール２０および２２に供給される。設定値信号の作動信号への変換が信号処理モジュール２０および２２において生起する。
【００２１】
それらの作動信号は、調整レベルＫによって故障許容性のある、冗長的かつ双方向データバス２４を介して実行レベルＦにあるアクチュエータ２６、２８および３０に伝達される。アクチュエータ２６はここで車両ブレーキに割り当てられ、アクチュエータ２８はステアリングに、かつアクチュエータ３０は車両のエンジンおよびギヤボックスに割り当てられる。実行レベルＦでは、調整レベルＫの作動信号がアクチュエータ２６、２８および３０によって実行される。図１の概念図では、図解を簡単にするために１つのアクチュエータ３０のみエンジンおよびギヤボックスに設けられている。現に、複数のアクチュエータがエンジンおよびギヤボックスに設けられることがあるが、その場合に、たとえばエンジン用等の安全上枢要でないアクチュエータは、必ずしも冗長的データバスに接続する必要はない。なぜなら、安全上枢要でないアクチュエータは単純なデータバスに接続すれば十分だからである。
【００２２】
車両ブレーキ用に設けられるアクチュエータ２６に直接割り当てられる反応信号処理モジュール３２も実行レベルＦに配置される。この信号処理モジュール３２は、アンチロック・ブレーキ・システムの機能を実施し、信号処理および信号中継の時間短縮を達成するために、実行レベルＦに配置されかつアクチュエータ２６に直接割当てられる。
【００２３】
電力を個々のレベルＥ１、Ｐ、Ｒ、ＫおよびＦに供給するために設けられる車両の電気系統３４も図１に示されている。電力供給はここでは冗長的に実施され、それによって高レベルの信頼性が達成される。ただし、図１の図解では、個々の信号処理モジュール１２から２０およびアクチュエータ２６から３０への電力供給は点々のみで示されており、その点々は給電ラインの継続を表している。
【００２４】
予測レベルＰの信号処理モジュール、反応レベルＲの信号処理モジュールおよび調整レベルＫの信号処理モジュール間におけるデータの伝達は故障許容性のある、冗長的かつ双方向様式で生起する。図１の設定値信号は、上から下、即ちたとえば予測レベルＰから反応レベルＲおよび調整レベルＫへのように伝達されるが、実際値信号および診断値信号は反対方向に伝達される。実際値信号および診断値信号はまた、実行レベルＦに配置されたアクチュエータ２６、２８および３０により調整レベルＫの信号処理モジュール２０および２２にバス２４を介して伝達される。
【００２５】
このように、レベルＰ、Ｒ、ＫおよびＦ間のデータ伝達はすべて故障許容性のある、冗長的かつ双方向様式で生起する。電気導体およびガラス・ファイバ・ライン等の光導波路の両方とも、ここでデータ伝達のために使用できる。
【００２６】
図２の概念図は、さらに創意のある車両用の制御システムを示し、これにおいて自律駆動システム４０により、たとえば「ＡからＢまで目的地座標を参照して走行」を指示する等の不連続的な値が規定される。したがって自律駆動システム４０は、図２に示す制御システムの入力レベルＥ２にある。
【００２７】
自律駆動システム４０による不連続的規定は、自動レベルＡ内の信号処理モジュール４２および４４に伝達される。信号伝達モジュール４２およびモジュール４４とも自律駆動システム４０による規定を設定値信号に変換し、それによって冗長的信号処理が保証される。
【００２８】
図２のレベルＰ、Ｒ、ＫおよびＦを備える制御システムの構造の他の部分については図１に示す構造および図１に関する説明に対応するので、これ以上の説明を省く。図２に示しかつ図１の対応する要素と機能的に同一の要素には同じ符号を付してある。
【００２９】
図１に示す実施形態の入力レベルＥ１、予測レベルＰ、反応レベルＲ、調整レベルＫおよび実行レベルＦならびに図２に示す実施形態の入力レベルＥ１、自動レベルＡおよびレベルＰ、Ｒ、ＫおよびＦにおける信号処理シーケンスは固定され、周期的処理が固定クロックにより生起される。
【００３０】
しかし、反応レベルＲを調整レベルＫの下位にのみ配置する制御システムの実施形態も考えられる。次いで、現駆動状態を参照した補正が調整レベルＫにおいて生成される作動信号の処理によって実行される。そのような方法においては、作動信号が即座に補正され、調整レベルＫの信号処理をまず待つ必要がないので、現駆動状態への迅速な反応に関して有利となり得る。
【００３１】
図１および図２に示す制御システムの信頼性は、信号処理モジュール１２から２０および４２および４４にソフトウェアを冗長実装することによって向上する。ソフトウェアの部分的故障がある場合でも、一方では、信号処理の結果を検査することができ、他方では制御システムの機能が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態による制御システムの概念図である。
【図２】
本発明の第２の実施形態による制御システムの概念図である。

Claims (8)

1. 特にブレーキ、ステアリング、エンジンおよびギヤボックスのために作動信号を変換するための複数の信号処理レベル（Ｅ１、Ｅ２、Ａ、Ｐ、Ｒ、Ｋ、Ｆ）およびアクチュエータ（２６、２８、３０）を有する車両用の制御システムであって、
   −　ドライバの連続的な規定を入力し、規定を設定値信号に変換するための装置（１０）を備える入力レベル（Ｅ１）、または、駆動システム（４０）の不連続的な規定を入力するための装置を備える入力レベル（Ｅ２）および入力レベル（Ｅ２）の規定を設定値信号に変換するための第１の信号処理モジュール（４２、４４）を備える自動レベル（Ａ）と、
   −　駆動状態の予測を参照して設定値信号を補正するための第２の信号処理モジュール（１２、１４）を備える予測レベル（Ｐ）、および／または現駆動状態を参照して設定値信号を補正するための第３の信号処理モジュール（１６、１８）を備える反応レベル（Ｒ）と、
   −　設定値信号を作動信号に変換するための第４の信号処理モジュール（２０、２２）を備える調整レベル（Ｋ）と、
   −　作動信号を実行するためのアクチュエータ（２６、２８、３０）を備える実行レベル（Ｆ）と
   が信号処理レベルとして設けられ、
   −　アクチュエータ（２６、２８、３０）が第４の信号処理モジュール（２０、２２）および故障許容性のある、冗長的かつ双方向のデータバス（２４）に相互に接続され、第１（４２、４４）、第２（１２、１４）、第３（１６、１８）、および／または第４（２０、２２）の信号処理モジュールが冗長的信号処理に適しており、データの故障許容性のある、冗長的かつ双方向伝達のための装置が２つの連続する信号処理レベルの間に設けられること、
   を特徴とする制御システム。
2. 反応レベルが調整レベルと実行レベルの間に配置されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
3. 少なくとも１つのアクチュエータ（２６）が反応信号処理モジュール（３２）に直接に割り当てられ、不安定な現駆動状態に反応することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
4. すべての信号処理レベル（Ｅ１、Ｅ２、Ａ、Ｐ、Ｒ、Ｋ、Ｆ）に電力供給するための装置（３４）が冗長的に付与されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
5. データの双方向伝達のための装置が光導波路として付与されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
6. 冗長的信号処理のための少なくとも２つの物理的に別個の第１（４２、４４）、第２（１２、１４）、第３（１６、１８）および第４（２０、２２）の信号処理モジュールが自動レベル（Ａ）、予測レベル（Ｐ）、反応レベル（Ｒ）および調整レベル（Ｋ）のそれぞれに設けられることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
7. 第１（４２、４４）、第２（１２、１４）、第３（１６、１８）および／または第４（２０、２２）の信号処理モジュールに設けられるソフトウェアが冗長的に付与されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
8. 車両、特にそのブレーキ、ステアリング、エンジンおよびギヤボックスの制御方法であって、
   −　ドライバの連続的な規定または駆動システム（４０）の不連続的な規定を入力し、かつ規定を設定値信号に変換するステップと、
   −　駆動状態の予測を参照して設定値信号を補正するステップ、および／または現駆動状態を参照して設定値信号を補正するステップと、
   −　設定値信号を作動信号に変換するステップと、
   −　作動信号をアクチュエータ（２６、２８、３０）により実行するステップと、
   −　作動信号がアクチュエータ（２６、２８、３０）に伝達され、かつ実際値信号および診断信号がアクチュエータ（２６、２８、３０）によりデータバス（２４）を介して故障許容性のあるかつ冗長的様式で伝達され、規定の設定値信号への変換、設定値信号の補正、および設定値信号の作動信号への変換が冗長的様式で生起し、かつ設定値信号、実際値信号および診断信号が共通のデータ・ラインで故障許容性のある、冗長的かつ双方向様式で伝達されるステップと、
   を特徴とする制御方法。