用于控制车辆的车辆功能的控制设备和用于运行控制设备的方法与流程

1.本方案涉及用于控制车辆的车辆功能的控制设备和用于运行控制设备的方法。


背景技术：

2.车辆中的当前e/e(电气/电子)架构给每个控制设备集成了一个或少量的车辆功能。因此，控制设备和分布式软件功能的数量非常大，联网的复杂性也很大。


技术实现要素：

3.在此背景下，本方案根据独立权利要求提供了一种改进的用于控制车辆的车辆功能的控制设备和用于运行改进的控制设备的方法。有利的设计方案由从属权利要求和以下描述得出。
4.以所提出的方案能实现的优势在于，提供了一种控制设备，其中，各个构件或结构组件为了实施不同的车辆功能可以根据需要而被接通或关断。在一个实施方式中，在此提供了一种高度集成的控制设备，其能够实现节省每个车辆功能的许多单独的控制设备。
5.用于控制车辆的车辆功能的控制设备具有至少一个电子或电气的构件、至少一个主开关和构件开关。构件被构造成用于实施车辆功能。主开关经由电气线路连接在构件与用于为构件提供电源电压的电源电压端子之间。构件开关布置在构件与主开关之间，并被构造成用于将构件与线路连接起来。
6.车辆可以是能高度自动化或完全自动化驾驶的车辆，它可以被成形用于运送人员且附加或替选地运送货物。构件例如可以是用于实施车辆功能的多个电子或电气的构件的结构组件的一部分。控制设备也可以包括该整个结构组件。为了实施车辆功能例如可以提供电源电压以用于车辆的任意的用来实施车辆功能的车辆部件的运行。主开关可以是一种开关，经由该开关，在主开关闭合的状态下，可以向控制设备的所有构件供应电源电压，或者借助该开关，在主开关断开的状态下，可以将控制设备的所有构件与电源电压分开。因此，构件开关可以被用于为特定构件提供或中断电源电压。控制设备的所提到的部件可以布置在共同的电路板上，并且附加或替选地可以布置在共同的壳体中。
7.此外，控制设备可以包括用于实施车辆的另外的车辆功能的至少一个电子或电气的第二构件和第二构件开关，第二构件开关布置在第二构件与主开关之间并被构造成用于将第二构件与线路连接起来。另外的车辆功能可能与车辆功能有区别。因此，可以经由一个控制设备来控制多个车辆功能。例如，在所有的开关都闭合的状态下，所有的构件都可以被供应电源电压，或者在主开关断开的情况下，没有构件可以被供应电源电压，或者在主开关闭合并且构件开关闭合而第二构件开关断开的情况下，只有构件可以被供应电源电压，或者在主开关闭合并且构件开关断开而第二构件开关闭合的情况下，只有第二构件可以被供应电源电压。这就能够实现节能，这是因为根据使用或需要的车辆功能，可以单独供应电源电压。
8.电子或电气的构件和电子或电气的第二构件可以相对于主开关并联。
9.此外有利的是，控制设备包括用于实施车辆的附加的车辆功能的至少一个电子或电气的第三构件和第三构件开关，第三构件开关布置在第三构件与主开关之间并被构造成用于将第三构件与线路连接起来。附加的车辆功能可能与车辆功能和另外的车辆功能有区别。因此，可以经由一个控制设备控制更多个车辆功能。控制设备还可以具有任意数量的另外的电子或电气的构件，以用于实施车辆的每种不同的另外的车辆功能，以及具有分别配属的构件开关，这些构件开关分别布置在另外的构件与主开关之间，并被构造成用于分别将另外的构件与线路连接起来。
10.根据一个实施方式，控制设备还可以包括第二主开关，它经由第二电气线路连接在构件与用于提供第二电源电压的第二电源电压端子之间，并且附加或替选地还具有布置在构件与第二主开关之间的另外的构件开关，它被构造成用于将构件与第二线路连接起来。因此，提供了冗余系统，如果第一主开关、电气线路和附加或替选的构件开关失效，则该冗余系统可以进行代替。
11.电气线路和第二电气线路可以相互电隔离和/或相互电绝缘。因此，构件可以要么经由电气线路要么经由第二电气线路被供应电源电压。例如，电气线路在此可以被构造成用于提供电源电压，而第二电气线路可以被构造成用于提供第二电源电压，其中，电源电压和第二电源电压不同。例如，电源电压端子可以与提供12伏电压的电压源连接，并且附加或替选地，第二电源电压端子可以与提供48伏电压的另外的电压源连接。因此，可以为具有不同电压需求的构件供应电压。但是，这些电压源也可以提供相同的电压并因此被用作冗余。
12.此外有利的是，控制设备根据一个实施方式具有电源电压变换器，它经由另外的电气线路连接在主开关与构件的附加构件开关之间，其中，电源电压变换器被构造成用于改变电源电压。在此，电源电压变换器可以被构造成用于例如扼制和附加或替选地提高电源电压。因此，构件可以经由电压源被供应电压，其中，第二构件可以例如经由相同的电压源被供应另一电压。附加或替选地，控制设备可以具有经由另外的电气线路或附加的线路连接在第二主开关与构件的附加的构件开关之间的电源电压变换器。
13.控制设备还可以具有监控装置，监控装置被构造成用于识别构件的故障，并当识别到构件的故障时，附加或替选地引起构件开关断开并且附加或替选地引起其闭合。将构件失灵或不起作用理解为故障。由于这样的监控装置，使得有故障的构件有利地例如被关断或执行对有故障的构件的复位。
14.控制设备还可以具有另外的监控装置，另外的监控装置被构造成用于识别控制设备的故障，并当识别到控制设备的故障时，附加或替选地引起主开关断开并且附加或替选地引起其闭合。将控制设备的失灵或不起作用理解为故障。由于这样另外的监控装置，使得例如当整个控制设备出现故障时，可以对该控制设备进行复位。
15.替选或附加地，另外的监控装置也可以被构造成用于识别电源电压端子处的故障，并当识别到电源电压端子处的故障时，引起主开关断开。此外也能想到的是，另外的监控装置被构造成用于识别电源电压端子处的故障，并当识别到电源电压端子处的故障时，引起第二主开关断开。
16.根据另外的实施方式，另外的监控装置也可以被构造成用于识别电源电压端子处的故障，并当识别到电源电压端子处的故障时，引起主开关断开，其中，例如通过闭合第二
主开关可以同时引起电源电压继续经由电源电压端子不中断地待命。类似地，根据另外的实施方式，另外的监控装置也可以被构造成用于识别电源电压端子处的故障，并当识别到电源电压端子处的故障时，引起第二主开关断开，其中，在此例如也可以同时通过闭合主开关引起电源电压继续经由电源电压端子不中断地待命。
17.在另外的实施方式中，监控装置可以被构造成当电源电压端子处发生故障时保持两个主开关闭合，或者闭合它们，其中，然后主开关断开。当识别到第二电源电压端子处的故障时，可以经由监控单元或另外的监控单元断开第二主开关。这通过实现不间断的电压供应导致了更高的可用性。
18.此外，这里提出的方案的另外的实施方式可以特别有利于两个主开关都闭合的初始情况，这是因为例如相应地需要的大量电力。如果现在识别到电源电压端子处有故障，那么主开关例如被断开，并且根据优先级列表经由另外的构件开关关断结构组件，或者说使这些相关的开关断开，以便避免作为供应线路的第二电气线路过载。
19.对于另外的初始情况，还可以设置这里提出的方案的一个实施方式，其中，两个主开关都是闭合的或被闭合，这是因为相应地需要大量电力。如果识别到第二电源电压端子处有故障，那么第二主开关可以被断开，并且可以根据优先级列表经由构件开关将结构组件关断，或者这些构件开关可以被断开，以避免作为供应线路的电气线路过载。
20.根据一个实施方式，控制设备可以具有至少一个供应能量存储单元，尤其是超级电容器并且附加或替选地具有缓冲电池，供应能量存储单元被构造成用于为构件提供附加的电源电压。这样的供应能量存储单元例如可以在车辆停电的情况下有助于继续为车辆提供供应能量。在车辆停电的情况下，在此，主开关可以是断开的或被断开。
21.构件可以被构造为通信接口、计算机单元、电压变换器单元、处理器、电子传感器、执行器并且附加或替选地被构造为功率分配器。这些都是用于实施车辆功能的常用构件。
22.用于运行上述变体之一的控制设备的方法具有提供步骤和加载步骤。在提供步骤中，提供控制设备。在加载步骤中，在电源电压端子处加载电源电压，以便运行控制设备。
23.该方法例如可以在软件或硬件中或在由软件和硬件构成的混合形式中来实现，例如在控制设备中实现。
24.具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，程序代码可以存储在可机读的载体上，如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器，并且当程序在计算机或设备上实施时，该程序被用于执行根据上述实施方式之一的方法。
附图说明
25.这里提出的方案的实施例在附图中示出并在下面的描述中更详细地解释。其中：
26.图1示出车辆的示意图，车辆具有根据一个实施例的用于控制车辆的车辆功能的控制设备；和
27.图2示出根据一个实施例的用于运行控制设备的方法的流程图表。
28.在下面对本方案的优选实施例的描述中，对各图中所示的且作用类似的元件使用了相同或类似的附图标记，其中，省去了对这些元件的重复描述。
具体实施方式
29.图1示出了车辆100的示意图，其具有根据一个实施方式的用于控制车辆100的车辆功能的控制设备105。
30.控制设备105具有至少一个电子或电气的构件110、至少一个主开关115和构件开关120。构件110被构造成用于实施车辆功能。主开关115经由电气线路125连接在构件110与用于为构件110提供电源电压的电源电压端子130之间。构件开关120布置在构件110与主开关115之间，并被构造成用于将构件110与线路125连接起来。
31.仅示例性地，根据本实施例，控制设备105布置在车辆100上或车辆中。根据本实施例，车辆100被构造为能高度自动化或完全自动化驾驶的车辆100，该车辆被成形用于运送人员和/或货物。车辆功能例如是用于高度自动化或完全自动化驾驶的驾驶功能或者是车辆100的任意的车辆部件。根据一个实施例，构件110是多个电子或电气的构件110的结构组件135的一部分，其中，结构组件135被构造成用于实施车辆功能。根据这样的实施例，控制设备105包括该整个结构组件135。根据该实施例，控制设备105的所述部件110、115、125和/或130布置在共同的电路板145上和/或共同的壳体中。
32.根据该实施例，控制设备105还具有用于实施车辆100的另外车辆功能的至少一个电子或电气的第二构件150以及第二构件开关155，第二构件开关布置在第二构件150与主开关115之间并被构造成用于将第二构件150与线路125连接起来。根据该实施例，另外的车辆功能与车辆功能不同。根据该实施例，电子或电气的构件110和电子或电气的第二构件150相对于主开关115并联。此外，根据该实施例，控制设备105还具有用于实施车辆的附加的车辆功能的至少一个电子或电气的第三构件160以及第三构件开关165，第三构件开关布置在第三构件与主开关之间并被构造成用于将第三构件160与线路125连接起来。根据该实施例，附加的车辆功能与车辆功能和另外的车辆功能不同。根据一个实施例，控制设备105还具有用于实施车辆100的分别不同的另外的车辆功能的任意数量的另外的电子或电气的构件bn以及分别配属的构件开关sn，这些构件开关分别布置在另外的构件bn与主开关115之间并被构造成用于分别将另外的构件bn与线路125连接起来。第二构件150、第三构件160和/或一个/多个另外的构件bn也可能分别是由多个第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn组成的独立结构组件的一部分。这些结构组件可能彼此不同。
33.根据该实施例，控制设备105还具有第二主开关170，第二主开关经由第二电气线路175连接在构件110与用于提供第二电源电压的第二电源电压端子180之间，和/或具有布置在构件110与第二主开关170之间的另外的构件开关185，另外的构件开关被构造成用于将构件110与第二线路175连接起来。
34.根据该实施例，电气线路125和第二电气线路175相互电隔离。根据一个实施例，电气线路125在此例如被构造成用于提供电源电压，而第二电气线路175被构造成用于提供第二电源电压，其中，电源电压和第二电源电压不同或相互对应。例如，根据该实施例，电源电压端子130与提供12伏电压的电压源连接，和/或第二电源电压端子180与提供48伏电压的另外的电压源连接。根据该实施例，第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn也分别具有另外的构件开关185，它们被构造成用于将第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn分别与第二线路175连接起来。
35.此外，根据该实施例，控制设备105还具有电源电压变换器187，它经由另外的电气
线路190连接在第二主开关170，或替选的是主开关115，与构件110的附加的构件开关192之间，其中，电源电压变换器187被构造成用于改变第二电源电压，或者替选地改变电源电压。根据一个实施例，电源电压变换器187被构造成用于扼制和/或提高第二电源电压或电源电压。附加地，根据一个实施例，控制设备105可以具有一个或多个另外的此类电源电压变换器187，其经由一个或多个附加的线路连接在主开关115或第二主开关170与第二构件150的、第三构件160的和/或另外的构件bn的分别所属的构件开关之间。
36.根据一个实施例，控制设备105还具有监控装置，监控装置被构造成用于识别构件110的故障，和/或当识别到构件110有故障时引起构件开关120和/或构件110的另外的构件开关185和/或构件110的附加的构件开关192断开和/或闭合。因此，根据该实施例，监控装置被构造成用于识别第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn的故障，和/或当识别到第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn有故障时引起第二构件150的、第三构件160的和/或另外的构件bn的分别所属或所有分别所属的构件开关155、165、185、sn的断开和/或闭合。根据一个实施例，控制设备105还具有另外的监控装置，另外的监控装置被构造成用于识别控制设备105的故障，和/或当识别到控制设备105有故障时引起主开关115和/或第二主开关170的断开和/或闭合。根据一个实施例，控制设备105具有至少一个供应能量存储单元，例如超级电容器和/或缓冲电池，其被构造成用于为构件110或所有构件110、150、160、bn提供附加的电源电压。
37.根据一个实施例，构件110、第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn被构造为通信接口、计算机单元、电压变换器单元、处理器、电子传感器、执行器和/或功率分配器。根据本实施例，构件110、第二构件150、第三构件160和/或另外的构件bn分别与接地端子195连接。
38.在这里提出的高度集成化的控制设备105中，有利地能实现用于集成各种车辆功能的电压供应。尽管车辆100有大量的功能，但在车辆100中针对大的功能规模有利地只有一个控制设备105。所使用的控制设备通常是不能升级的，并被设计成使得在车辆整个寿命中实施相同的功能。软件更新可以在有限的范围内通过空中下载(over the air)或在车间中实施。通常不设置硬件更新。所使用的设备符合车辆开发时的现有技术，并且通常提供很少的储备以节省成本。此外有必要在自动驾驶车辆的情况下根据sae级别(根据自动化水平的分类级别)确保车辆在例如电源电压方面出现故障的情况下(故障运行)仍然继续行驶。所有这些都能够通过在此提出的控制设备105来实现。
39.形式为硬件部件或硬件功能的构件110、150、160、bn在尺寸和结构形式方面根据应用情况适应的方式集成在这里提出的控制设备105中，并像模块化系统一样进行组装。基于该模块化的电路板布局能够有利地在一个中央平台上集成大量不同的模块。通过将特定功能和功能组组装在合适的区域内，使得电路板布局得到了优化。由此也确保减少彼此影响，如由热辐射、短路和超温所造成的影响。
40.在用于电源电压的电源电压端子130处使用主开关115，和/或在用于第二电源电压的第二电源电压端子180处使用第二主开关170，以便在发生故障时，例如在发生短路、过电流、过热和/或功能故障时，接通和切断通往所有构件110、150、160、bn或其结构组件的整个路径。此类故障要么可以在开关处通过电流或电压测量识别，要么可以经由各自结构组件中的监控装置识别。根据一个实施例，监控附加或替选地也经由单独的例如上游或下游
的结构组件进行。可选地，可以使用第二外部电源电压或另外的第二外部电源电压，以便在电源电压方面出现个别故障时继续对结构组件进行供应。如果电源电压出现问题，根据一个实施例，经由主开关115使得开关例如经由半导体结构元件断开，以便避免回馈。如果在具有例如标准化通信接口、cpu、电子传感器、外部传感器信号的处理装置、执行器控制部、电源分配器和/或电压供应器的构件110的结构组件中发生故障，根据一个实施例，经由构件开关sn、120、155、165、185、192，根据故障情况，接通或切断电源电压和/或第二电源电压。因此，一方面不仅使得有故障的结构组件与所有其他结构组件隔离，而且根据一个实施例还执行硬复位。根据一个实施例，通过切断电压供应来建立安全状态。根据一个实施例，通过有针对性地切断不需要的消耗器来实现节能。此外，电源电压和第二电源电压可以是相同的，例如各为12伏或各为48伏，也可以是不同的，例如12v和48v，或12v和高电压作为主电源电压。高电压应被理解为60v至1.5kv直流电压之间的电压大小。不同的电压也可以用于驱控具有不同标称电压的执行器，见另外的电气线路190。当根据一个实施例，第二电源电压是48v而电源电压是12v时，那么根据一个实施例，可以将dc/dc变换器形式的电源电压变换器187用于将48v转换为12v。通过不间断的电压供应，使得在也可以被称为“ecu”的控制设备105之内大大提高了可用性。可选地，超级电容器或缓冲电池可以在车辆停电的情况下确保一定时间的功能。在这种情况下，断开一个或多个主开关115、170。
41.在此提出的控制设备105的主要特征总结如下：利用主开关115以及形式为结构组件上的开关的各个构件开关120、155、165、sn进行电压供应(无冗余)。可选地，附加地存在利用第二主开关170以及形式为结构组件上的开关的另外和/或附加的构件开关185、192进行电压供应(有冗余)。可选地，对于电源电压和第二电源电压来说存在不同的电压水平，并有可能电压在内部改变。
42.其中一个另外的监控装置也可以被构造成用于识别控制设备105的故障和/或在识别到控制设备105的故障时引起第二主开关170的断开和/或闭合。此外，根据一个实施例，另外的监控设备还被构造成用于识别电源电压端子130处的故障，并在识别到电源电压端子130处的故障时引起主开关115的断开。类似地，根据另外的实施例，另外的监控装置也被构造成用于识别电源电压端子180处的故障，并在识别到电源电压端子180处的故障时引起第二主开关170断开。根据另外的实施例，另外的监控装置还被构造成用于识别在电源电压端子130处的故障，并在识别到电源电压端子130处的故障时引起主开关115的断开。在这种情况下，也可以例如同时通过闭合第二主开关170引起经由电源电压端子180继续提供电源电压而不中断。
43.此外也能想到的是，根据另外的实施例，另外的监控装置被构造成用于识别在电源电压端子180处的故障，并在识别到电源电压端子180处的故障时引起第二主开关170断开，其中，在此例如也同时通过闭合主开关115引起经由电源电压端子130继续提供电源电压而不中断。
44.在另外的实施例中，监控装置或另外的监控单元被构造成用于在电源电压端子130处发生故障时保持主开关115和170闭合或者闭合它们，其中，然后断开主开关115。当识别到第二电源电压端子180处的故障时，可以经由监控单元或另外的监控单元断开第二主开关170。这通过实现不间断的电压供应导致了更高的可用性。此外，在此提出的方案的另外的实施例特别有利于如下初始情况：即两个主开关115和170都是闭合的，例如这是因为
需要相应的大量电力。如果现在识别到在电源电压端子130处的故障，那么例如断开主开关115，并且经由另外的构件开关185根据优先级列表关断结构组件，或者说断开这些相关的开关185，以避免作为供应线路175的第二电气线路过载。
45.对于另外的其中两个主开关115和170都是闭合的或被闭合的初始情况(这是因为需要相应的大量电力)，在此提出的方案的一个实施例也是有利的。如果识别到在第二电源电压端子180处的故障，那么断开第二主开关170，并根据优先级列表经由构件开关120、155、165、sn关断结构组件，或者断开这些构件开关120、155、165、sn，以避免作为供应线路的电气线路125过载。
46.图2示出了根据一个实施例的用于运行控制设备的方法200的流程图表。在此，该控制设备可以是图1中描述的控制设备。
47.方法200具有提供步骤205和加载步骤210。在提供步骤205中，提供了控制设备。在加载步骤210中，将电源电压加载给电源电压端子，以便运行控制设备。
48.所描述的和图中所示的实施例仅示例性地选择。不同的实施例可以完全相互组合，或者也可以就个别特征进行组合。一个实施例也可以由另外的实施例的特征来补充。
49.此外，在此提出的方法步骤可以重复，以及也可以按照与描述不同的顺序实施。
50.如果一个实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”关联词，则这将被解读为该实施例根据一个实施方式具有第一特征和第二特征，而根据另外的实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
51.附图标记列表
52.bnꢀꢀꢀꢀ
另外的构件
53.snꢀꢀꢀꢀ
所配属的构件开关
54.100
ꢀꢀꢀ
车辆
55.105
ꢀꢀꢀ
控制设备
56.110
ꢀꢀꢀ
构件
57.115
ꢀꢀꢀ
主开关
58.120
ꢀꢀꢀ
构件开关
59.125
ꢀꢀꢀ
电气线路
60.130
ꢀꢀꢀ
电源电压端子
61.135
ꢀꢀꢀ
结构组件
62.145
ꢀꢀꢀ
电路板
63.150
ꢀꢀꢀ
第二构件
64.155
ꢀꢀꢀ
第二构件开关
65.160
ꢀꢀꢀ
第三构件
66.165
ꢀꢀꢀ
第三构件开关
67.170
ꢀꢀꢀ
第二主开关
68.175
ꢀꢀꢀ
第二电气线路
69.180
ꢀꢀꢀ
第二电源电压端子
70.185
ꢀꢀꢀ
另外的构件开关
71.187
ꢀꢀꢀ
电源电压变换器
72.190
ꢀꢀꢀ
另外的电气线路
73.192
ꢀꢀꢀ
附加的构件开关
74.195
ꢀꢀꢀ
接地端子
75.200
ꢀꢀꢀ
用于运行控制设备的方法
76.205
ꢀꢀꢀ
提供步骤
77.210
ꢀꢀꢀ
加载步骤