DE10062506B4 - X-by-wire-System - Google Patents

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Abstract

X-by-wire-System in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Betätigungseinrichtung, mindestens einen Sensor zur Umsetzung einer mechanischen Eingangsgröße der Betätigungseinrichtung in ein elektrisches Steuersignal und ein Steuergerät zur Erzeugung von Stellsignalen, wobei ein Eingang eines Digital-Analog-Wandlers (9) mit einem Bussystem (5) verbunden ist, wobei die digitalen oder digitalisierten Steuersignale des Sensors (3, 11) über das Bussystem (5) zum Digital-Analog-Wandler (9) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4)ufweist, wobei dem Steuergerät (4) der Digital-Analog-Wandler (9) zugeordnet ist, mittels dessen digitale Bus-Signale in analoge Steuersignale umsetzbar sind, wobei ein Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (9) mit der analogen Schnittstelle (7) des Steuergerätes (4) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein x-by-wire-System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Unter x-by-wire-Systemen werden allgemein Systeme verstanden, bei denen keine mechanische Wechselwirkung mehr zwischen einem Bedienelement und einem zugeordneten Aktuator besteht, sondern die Betätigung in ein der mechanischen Wirkung äquivalentes elektrisches Signal gewandelt wird, das dann an ein Steuergerät übertragen wird, was den Aktuator entsprechend der mechanischen Betätigung des Bedienelementes ansteuert. Beispiele für x-by-wire-Systeme sind insbesondere in einem Kraftfahrzeug steer-, brake- oder drive-by-wire-Systeme. Die beiden letzteren werden auch als elektromechanische Bremsanlage und elektrische Gaszuführung bzw. E-Gas bezeichnet. Dabei sind üblicherweise die Bedienelemente wie Lenkrad, Brems- oder Gaspedal wie die mechanischen Systeme ausgebildet, sodass sich für den Nutzer hinsichtlich der Bedienung nicht ändert.
  • Bei drive-by-wire-Systemen ist die Betätigungseinrichtung beispielsweise als Pedal ausgebildet, die mit mindestens einem Potentiometer als Sensor gekoppelt ist, der ein der Betätigung entsprechendes analoges Ausgangssignal erzeugt. Aus Sicherheitsaspekten ist das Potentiometer vorzugsweise redundant ausgebildet. Diese analogen Ausgangssignale werden dann über separate Verbindungsleitungen einer analogen Schnittstelle eines Motorsteuergerätes zugeführt. Das Motorsteuergerät setzt dann die analogen Sensorsignale in digitale Stellsignale für die Drosselklappe und ähnliches um, die dann über ein Bussystem übertragen werden. Nachteilig an den bekannten x-by-wire-Systemen ist, dass bei räumlicher Trennung von Betätigungseinrichtung und Sensor zum Steuergerät die separate Verbindungsleitung relativ aufwendig verlegt werden muss. Ein weiterer Nachteil ist die mangelnde Flexibilität bei Verwendung unterschiedlicher Sensoren. Andererseits ist die Bereitstellung unterschiedlicher Steuergeräte relativ kostenintensiv.
  • Aus der DE 198 22 535 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs bekannt, mit einem Bremspedal, einer Bremspedalsensoreinrichtung zum Erfassen einer Betätigung des Bremspedals und Ausgeben eines Bremspedalsignals und zumindest einer Radbremseinrichtung, die nach Maßgabe des Bremspedalsignals betätigt wird, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen und Hinzufügen einer Zeitreferenz an das Bremspedalsignal aufweist. Die Vorrichtung kann auch als Brake-by-Wire-System bezeichnet werden. Dabei weisen Sensorelemente der Bremspedalsensoreinrichtung jeweils einen Sensor, einen A/D-Wandler zum Digitalisieren des Sensorsignals und einen Zähler zum Erzeugen eines Zeitstempels bzw. einer Zeitreferenz auf.
  • Aus der DE 198 53 036 A1 ist ein elektromechanisches Bremssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt, mit einem Pedalsimulator zum redundanten Erfassen einer Fahrerbetätigung eines Bremspedals mittels einer geeigneten Sensorik, einem Zentralmodul zum Ermitteln eines Bremssollwertes basierend auf Ausgangssignalen der Sensorik, zumindest einem Bremsmodul zum Ansteuern von zumindest einer Radbremse basierend auf dem Bremssollwert, und einer Datenübertragungseinheit, die eine Datenverbindung zwischen dem Zentralmodul und dem Bremsmodul herstellt, wobei das Zentralmodul eine Fehlererkennungsschaltung aufweist, die einen Fehler bei der Ermittlung des Bremssollwertes erkennt. Die Ausgangssignale der Sensorik können analoge oder digitale Signale sein, wobei die analogen Ausgangssignale durch einen A/D-Wandler digitalisiert werden.
  • Aus der EP 0 171 641 A1 ist ein elektronisches Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einem Sollwertgeber, der mechanisch mit einem Gaspedal verbunden ist, mit einem Istwertgeber, der mechanisch mit einer Drosselklappe verbunden ist, mit einem Differenzbildner, der aus Istwert und Sollwert eine Regeldifferenz bildet, und mit einem Regler, der in Abhängigkeit der Regeldifferenz eine Endstufe für einen Stellmotor der Drosselklappe ansteuert, wobei zwischen Sollwertgeber und Differenzbildner ein Rechner vorgesehen ist, durch den der Sollwert solange verändert wird, bis am Ausgang des Reglers entweder ein Regelabgleich oder ein Antrieb der Drosselklappe gegen den Drosselklappenanschlag erkannt wird, wobei der dabei erhaltene Sollwert als Anschlagsollwert gespeichert wird. Der Rechner kann dabei über analoge und digitale Ein- und Ausgänge verfügen. Dabei werden die analogen Ein- bzw. Ausgangssignale über Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Wandler in digital verarbeitbare Form überführt und umgekehrt.
  • Aus der gattungsgemäßen US-5,255,653 A ist ein x-bx-wire-System in einem Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine Betätigungseinrichtung und mindestens einen Sensor zur Umsetzung einer mechanischen Eingangsgröße der Betätigungseinrichtung in ein elektrisches Steuersignal. Weiter umfasst das x-by-wire-System ein Steuergerät zur Erzeugung von Stellsignalen, nämlich einen Mikrocomputer. Weiter wird offenbart, das ein Eingang eines Digital-Analog-Wandlers mit einem Bussystem verbunden ist und über das Bussystem digitale oder digitalisierte Steuersignale des Sensors zum Digital-Analog-Wandler übertragbar sind. Der Mikrocomputer erzeugt das Stellsignal, das über den Digital-Analog-Wandler, einen Gleichrichter und einen Verstärker einer Drosselklappe zugeführt wird.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein x-by-wire-System zu schaffen, welches hinsichtlich einer Integration von Elementen flexibel ist, wobei auch ein Verkabelungsaufwand minimiert wird.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst das x-by-wire-System in einem Kraftfahrzeug eine Betätigungseinrichtung, mindestens einen Sensor zur Umsetzung einer mechanischen Eingangsgröße der Betätigungseinrichtung in ein elektrisches Steuersignal und ein Steuergerät zur Erzeugung von Stellsignalen, wobei ein Eingang eines Digital-Analog-Wandlers mit einem Bussystem verbunden ist, wobei die digitalen oder digitalisierten Steuersignale des Sensors über das Bussystem zum Digital-Analog-Wandler übertragbar sind, wobei das Steuergerät eine analoge Schnittstelle für das Steuersignal aufweist, wobei dem Steuergerät der Digital-Analog-Wandler zugeordnet ist, mittels dessen digitale Bus-Signale in analoge Steuersignale umsetzbar sind, wobei ein Ausgang des Digital-Analog-Wandlers mit der analogen Schnittstelle des Steuergeräts verbunden ist. Dadurch kann auf die separate Verbindungsleitung zwischen Sensor und analoger Schnittstelle des Steuergerätes gänzlich verzichtet werden und die gesamte Datenkommunikation über das ohnehin vorhandene Bussystem geführt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor als Digital-Sensor ausgebildet und direkt mit dem Bussystem verbunden. Dabei wird unter einem Digital-Sensor ein Sensor verstanden, der ein digitales Ausgangssignal erzeugt. In diesem Fall wird ausschließlich der Digital-Analog-Wandler am Steuergerät benötigt. Ist der Sensor hingegen ein Analog-Sensor, so wird diesem ein Analog-Digital-Wandler zugeordnet, der die Sensordaten für die Übertragung über das Bussystem digitalisiert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Bussystem als CAN-Bus oder zeitgesteuertes Bussystem ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist das x-by-wire-System als drive-by-wire-System ausgebildet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
  • 1 ein x-by-wire-System mit einem Analog-Sensor,
  • 2 ein x-by-wire-System mit einem Digital-Sensor und
  • 3 ein x-by-wire-System mit Analog-Sensor (Stand der Technik).
  • In der 3 ist ein x-by-wire-System 1 gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Das x-by-wire-System 1 umfasst eine Betätigungseinrichtung 2, einen Analog-Sensor 3, ein Steuergerät 4 und ein Bussystem 5. Die Betätigungseinrichtung 2 ist mechanisch mit dem Analog-Sensor 3 gekoppelt, der eine mechanische Stellbewegung in ein äquivalentes analoges elektrisches Steuersignal umsetzt. Die Betätigungseinichtung 2 ist beispielsweise als Pedal und der Analog-Sensor 3 als Potentiometer ausgebildet. Der Analog-Sensor 3 ist über eine Verbindungsleitung 6 mit einer analogen Schnittstelle 7 des Steuergerätes 4 verbunden. Über eine digitale Schnittstelle 8 ist das Steuergerät 4 mit dem Bussystem 5 verbunden. In dem Steuergerät 4 werden die analogen Steuersignale des Analog-Sensors 3 in elektrische Stellsignale für Aktuatoren umgesetzt und über die digitale Schnittstelle 8 und das Bussystem 5 an diese übertragen.
  • In der 1 ist das erfindungsgemäße x-by-wire-System 1 mit einem Analog-Sensor 3 dargestellt. Dabei ist dem Steuergerät 4 ein Digital-Analog-Wandler 9 zugeordnet, dessen digitaler Eingang mit dem Bussystem 5 und dessen analoger Ausgang mit der analogen Schnittstelle 7 des Steuergerätes 4 verbunden ist. Des weiteren ist dem Analog-Sensor 3 ein Analog-Digital-Wandler 10 zugeordnet, dessen analoger Eingang mit dem Analog-Sensor 3 und dessen digitaler Ausgang mit dem Bussystem 5 verbunden ist. Der Analog-Digital-Wandler 10 digitalisiert die analogen elektrischen Steuersignale des Analog-Sensors 3 und setzt diese in ein entsprechendes Datenformat des Bus-Systems 5 um. Entsprechend extrahiert der Digital-Analog-Wandler 9 die digitalen Daten aus einem empfangenen Bussignal und setzt diese digitalen Daten in ein Analogsignal um. Aufgrund dieses Aufbaus kann die separate Verbindungsleitung 6 aus dem Stand der Technik eingespart werden, ohne dass das Steuergerät 4 modifiziert werden muss. Die Datenübertragung findet dabei ausschließlich über das ohnehin vorhandene Bussystem 5 statt. Ebenso erlaubt dieses Schaltungskonzept die Verwendung von Digital-Sensoren 11 anstelle von Analog-Sensoren, ohne dass das Steuergerät 4 modifiziert werden muss, was in 2 dargestellt ist. Der Digital-Sensor 11 kann dabei beispielsweise als Drucksensor ausgebildet sein. Somit lassen sich auch kostengünstig Klein-Serien fertigen, da jeweils das gleiche Steuergerät 4 Verwendung finden kann.

Claims (6)

  1. X-by-wire-System in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Betätigungseinrichtung, mindestens einen Sensor zur Umsetzung einer mechanischen Eingangsgröße der Betätigungseinrichtung in ein elektrisches Steuersignal und ein Steuergerät zur Erzeugung von Stellsignalen, wobei ein Eingang eines Digital-Analog-Wandlers (9) mit einem Bussystem (5) verbunden ist, wobei die digitalen oder digitalisierten Steuersignale des Sensors (3, 11) über das Bussystem (5) zum Digital-Analog-Wandler (9) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) eine analoge Schnittstelle für das Steuersignal aufweist, wobei dem Steuergerät (4) der Digital-Analog-Wandler (9) zugeordnet ist, mittels dessen digitale Bus-Signale in analoge Steuersignale umsetzbar sind, wobei ein Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (9) mit der analogen Schnittstelle (7) des Steuergerätes (4) verbunden ist.
  2. X-by-wire-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Digital-Sensor (11) ausgebildet und direkt mit dem Bussystem (5) verbunden ist.
  3. X-by-wire-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Analog-Sensor (3) ausgebildet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers (10) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Bussystem (5) verbunden ist.
  4. X-by-wire-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Sensor (3) als mindestens ein Potentiometer ausgebildet ist.
  5. X-by-wire-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (5) als CAN-Bus ausgebildet ist.
  6. X-by-wire-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das x-by-wire-System (1) als drive-by-wire-System ausgebildet ist.
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