DE102004036046A1

DE102004036046A1 - System und Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004036046A1
Application number: DE102004036046A
Authority: DE
Inventors: Markus Fislage
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-24
Filing date: 2004-07-24
Publication date: 2006-02-16
Also published as: FR2873461A1; US20060041338A1; FR2873461B1; GB0515171D0; US7603206B2; GB2416602A; GB2416602B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug mit einer Anzahl von Steuereinheiten (1, 2, 3), die jeweils mit einem Kommunikationsbus (4) verbunden sind. Es wird vorgeschlagen, eine zentrale Datenverwaltungseinheit (5) vorzusehen, die ihrerseits an den Kommunikationsbus (4) angeschlossen und derart ausgebildet ist, dass sie den Steuereinheiten (1, 2, 3) jeweils spezifische Daten aus einem permanenten Speicher (6) zur Verfügung stellt. Hierdurch können Permanentspeicher in den einzelnen Steuergeräten zum Vorhalten von Konfigurationsdaten der Steuereinheiten (1, 2, 3) eingespart werden, wodurch sich die Betriebssicherheit erhöht und der Aufwand mindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug mit einer Anzahl von Steuereinheiten, die jeweils mit einem Kommunikationsbus verbunden sind.

Aus der DE 100 27 006 A1 ist ein System zur Steuerung/Regelung der Betriebsabläufe bei einem Kraftfahrzeug bekannt, das einen Zentralspeicher aufweist, in dem alle Programme abgelegt sind, die zur Steuerung/Regelung der Betriebsabläufe eines Fahrzeugs notwendig sind. Beim Start des Systems werden die benötigten Programme in die Arbeitsspeicher der Steuergeräte geladen. Sinn und Zweck dieses bekannten Systems ist es, Programme und die damit verbundenen Funktionalitäten zentral vorrätig zu halten.

Weiterhin ist aus der EP 1 169 686 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung von Daten in einem Fahrzeug zur Auswertung der gespeicherten Daten bekannt. Die Lehre dieser Schrift verfolgt hier den Zweck, dynamische Daten über den gesamten Lebenszyklus oder Nutzungszeitraum eines Fahrzeugs zu erfassen, zu klassifizieren und zu speichern und anhand dieser Daten die Fahrzeugnutzung und -abnutzung zwischen dem Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme und einem beliebigen Auslesezeitpunkt zu rekonstruieren. Zur Speicherung der interessierenden Daten ist ein zentrales Speichermedium vorgesehen, das mit dem Datenbus verbunden ist, mit dem auch die datenliefernden Komponenten verbunden sind. Die zentral abgelegten Gerätedaten werden analysiert, um ein Maß für die Benutzung oder Abnutzung des Fahrzeuges oder seiner Komponenten zu finden. Eine Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug wird hier nicht vorgesehen.

Moderne Fahrzeuge enthalten eine Vielzahl von Steuergeräten, die die verschiedenen Betriebsabläufe (elektromechanisches Bremsen (EMB), ABS, Airbag elektronische Geräte im Fahrzeug, Antrieb, elektrisch bedienbare Fahrzeugelemente und anderes mehr) steuern oder regeln, wobei die meisten Steuergeräte mit anderen vernetzt sind.

Unter Steuereinheit soll im folgenden das Steuergerät selbst oder die Steuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) in einem Steuergerät verstanden werden.

Viele Steuereinheiten benötigen permanenten Speicher, etwa zum Vorhalten der spezifischen Konfigurationsdaten. Dieser permanente Speicher wird meist in Form von EEPROMs (elektronisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher) verwirklicht. Solche EEPROMs machen die Steuergeräte teuer und stellen eine Hardware dar, die bedient werden muss.

Weiterhin müssen diese EEPROMs elektromagnetisch verträglich und stabil gegen Bestrahlung und sogenannte "Bit-Kipper" sein, was in der Praxis oft nicht der Fall ist. Die Anzahl der EEPROMs erhöht somit die Gefahr des Ausfalls oder des Fehlfunktionierens mit entsprechend negativen Folgen für die Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe im Fahrzeug. Die Steuereinheiten sind üblicherweise über einen Kommunikationsbus miteinander vernetzt, können also auch untereinander Daten austauschen. Als Kommunikationsbus wird heute meist ein CAN-System (Controller Area Network), ein rechnergestütztes Datenbussystem mit serieller Datenübertragung, verwendet.

Die Steuereinheiten, die permanente Daten benötigen, legen diese in einem eigenen permanenten Speicher ab. Je nach Bedarf werden die Daten beim Anlaufen oder "on demand" aus dem permanenten Speicher (EEPROM) gelesen. Hierfür wird meist ein Treiber-Software-Modul benötigt. Je nachdem, wie sensibel die Daten sind, werden diese mittels Checksummen gesichert oder auch doppelt oder dreifach abgelegt.

Es soll ein System zur Verfügung gestellt werden, das mit höherer Sicherheit und gleichzeitig geringerem Aufwand zur Steuerung und Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Weiterhin soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße System sieht eine zentrale Datenverwaltungseinheit vor, die wie die Steuereinheiten an den Kommunikationsbus angeschlossen ist, und die derart ausgebildet ist, dass sie den Steuereinheiten jeweils spezifische Daten aus einem permanenten Speicher zur Verfügung stellt. Zu diesen spezifischen Daten gehören insbesondere die Konfigurationsdaten der jeweiligen Steuereinheit (oder des jeweiligen Steuergeräts). Bei diesem Systemaufbau können die bisher in einer Steuereinheit vorhandenen EEPROMs entfallen. Dies senkt die Kosten und erhöht die Ausfallsicherheit beim genannten System.

Die zentrale Datenverwaltungseinheit stellt eine Datenbankfunktionalität dar, die permanenten Speicher über den Kommunikationsbus (eventuell auch mehrere Interfaces in einem Gerät) an alle Teilnehmer am Bus zur Verfügung stellt. Die erfindungsgemäße Datenverwaltungseinheit kann eine eigene Steuereinheit (ECU) sein, oder nur eine Ergänzung zu einer solchen ECU, die im Fahrzeug immer vorhanden ist (bspw. das Kombiinstrument).

Die Erfindung ermöglicht den Vorteil, dass viele Geräte im Fahrzeug auf einen eigenen permanenten Speicher verzichten können. Dies senkt zusammen mit dem möglichen Verzicht auf entsprechende Treibersoftware die Systemkosten. Zudem werden durch das Zentralisieren der Datenbankfunktionalität aufwendige Verfahren zur Datensicherheit (Kodierungskonzepte sowie Kryptoverfahren sehr viel wirtschaftlicher, da diese Funktionalitäten nun nur noch in einem Gerät (zentrale Datenverwaltungseinheit) zu finden sein müssen. Weiterhin erlaubt die Erfindung das Bereitstellen von mehr Datenraum je Gerät (Steuereinheit). Schließlich werden der Platz und die Aufteilung des Speichers fahrzeugweit skalierbar.

Es ist von Vorteil, wenn die zentrale Datenverwaltungseinheit derart ausgebildet ist, dass sie umgekehrt auch spezifische Daten der Steuereinheiten speichern kann. Somit ist ein Lese- und Schreibbetrieb möglich. Die zentrale Datenverwaltungseinheit kann bei dieser Ausgestaltung somit auch spezifische Gerätedaten sammeln, um diese einer späteren Analyse unterziehen zu können.

Der Kommunikationsbus ist beim erfindungsgemäßen System mit Vorteil als serieller Datenbus ausgeführt, so dass ein herkömmliches CAN (Controller Area Network) oder auch andere verwendet werden können. Diese sehr schnellen Bussysteme erlauben ein Informationsaustausch zwischen den angeschlossenen Geräten mit hoher Effizienz und Leistung.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug mit einer Anzahl von Steuereinheit, die jeweils mit einem Kommunikationsbus verbunden sind, ist vorgesehen, dass spezifische, zu einer Steuereinheit gehörende Daten in besagter zentraler Datenverwaltungseinheit permanent gespeichert und bei Bedarf der jeweiligen Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden. Die zentrale Datenverwaltungseinheit verwaltet folglich Daten und Konfigurationsdaten völlig unterschiedlicher Steuergeräte zentral.

Hierzu ist es sinnvoll, den Steuereinheiten zur Nutzung des permanenten Speichers der zentralen Datenverwaltungseinheit einen virtuellen Adressraum in dieser Datenverwaltungseinheit zuzuweisen. Es kann dann jedem Gerät, das permanten Speicher benutzen will, ein virtueller Adressraum vom Fahrzeughersteller zugeteilt werden. Dieser wird dazu genutzt, um auf den Datenraum via Kommunikationsbus zuzugreifen. Hierzu können insbesondere die im Fahrzeug eingesetzten Diagnose-Transportprotokolle verwendet werden. So wären bpsw. die Standard KWP2000 Services ReadDataByAddress und WriteDateByAddress ausreichend. Bustreiber sowie Diagnoseprotokolle sind in jeder Steuereinheit (ECU) vorhanden und bedeuten somit keinen Overhead, d.h. verursachen keinen zusätzlichen Auf wand.

Es ist sinnvoll, die von der zentralen Datenverwaltungseinheit zur Verfügung gestellten (Konfigurations-) Daten in einen flüchtigen Speicher der betreffenden Steuereinheit zu laden. Hierbei ist zu beachten, dass im Falle der Unterbrechung der Kommunikation über den Kommunikationsbus die Steuereinheiten in einem Notmodus weiterbetrieben werden müssen. Hierzu ist es sinnvoll, die Steuereinheiten mit entsprechend voreingestellten Parametern zu betreiben, die in einem nicht-flüchtigen Speicher (ROM, Read Only Memory) der jeweiligen Steuereinheit abgespeichert sind.

Allein die Tatsache, dass erfindungsgemäß die Steuereinheiten spezifische Daten über den Kommunikationsbus abholen, erhöht die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems nicht. Es ist in jedem Fall zweckmäßig, beim Unterbrechen der Kommunikation über den Bus entsprechende (Warn-) Signale auszulösen. Da in heutigen Fahrzeugen ohne die Buskommunikation die volle Funktionsfähigkeit einer Vielzahl von Geräten nicht mehr gewährleistet ist, wäre eine Fahrt in die Werkstatt ohnehin unerlässlich.

Es ist sinnvoll, wenn die zum Hochfahren des Systems notwendigen Daten (Boot up-Daten) von der zentralen Datenverwaltungseinheit direkt an die jeweilige Steuereinheit über den Kommunikationsbus übertragen werden.

Um diese Übertragung möglichst schnell, also ohne Kommunikations-Overhead zu bewerkstelligen, sollte ein gewisser Bereich des virtuellen Adressraumes ohne Flow-Control direkt über den Bus verteilt werden. Der sonst bei der Datenübertragung zum Einsatz kommende sogenannte "Flow-Control", bestehend aus "Fragen", "Antworten", "Prüfen" und "Bestätigen", würde beim Hochfahren des Systems zu lange dauern. Die Daten könnten dann über einen MessageIdentifier direkt an die Empfänger indiziert werden (bspw. CAN MessageIdentifier/KMatrix des Herstellers). Sollte ein Gerät dennoch Daten verpassen, kann es diese später über einen Standardzugriff abfragen.

Zeichnung
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der nachfolgenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
1 zeigt schematisch die Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe in einem Fahrzeug.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Das in 1 schematisch dargestellte System zeigt verschiedene Steuereinheiten 1, 2 und 3, die beispielsweise Steuergeräte in einem Kraftfahrzeug darstellen können, die für den Antrieb (Bremsen, Getriebe, Motor, Kombi, Airbag) mitverantwortlich sind. Andere Steuergräte sind in einem Kraftfahrzeug beispielsweise für elektrisch bedienbare Fahrzeugelemente, wie Tür, Dach und Sitze, andere Steuergeräte wiederum für elektronische Geräte an Bord, beispielsweise CD-Player, Navigation, Klimaanlage, etc. zuständig. Solche weiteren Steuergeräte sind in 1 nicht im Einzelnen wiedergegeben, sondern lediglich einzelne Vertreter solcher Steuereinheiten/Steuergeräte mit 8 und 9 bezeichnet.
Die Steuergeräte in einem Kraftfahrzeug sind über den Kommunikationsbus 4 miteinander vernetzt, um untereinander Daten austauschen zu können. Eine Vernetzung der Steuergeräte ist notwendig, da häufig das gegenseitige Abfragen von Daten für eine einwandfreie Regelung der Betriebsabläufe unerlässlich ist. Diese Vernetzung kann beispielsweise durch einen sogenannten CAN-Bus (Controller Area Network) realisiert werden. Mit einem solchen seriellen Bussystem ist eine Datenübertragung von 10 MBit/s möglich, wodurch ein effektiver Informationsaustausch zwischen den Steuereinheiten sichergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Datenverwaltungseinheit 5 vorgesehen, die ihrerseits an den Kommunikationsbus 4 angeschlossen ist. Diese hier nur schematisch dargestellte Verwaltungseinheit umfasst einen Rechner 7 sowie einen Speicher 6. Der Rechner 7 ist insbesondere für Datenaustausch mit den einzelnen Steuereinheiten 1, 2 und 3 zuständig, er erhält entsprechende Treibersoftware sowie, soweit es die Datensicherheit erforderlich macht, Kodierungs- oder Verschlüsselungslogik sowie eventuell weitere Funktionalitäten.
Der Speicher 6 der Datenverwaltungseinheit 5 ist, wie in 1 angedeutet, in verschiedene Adressräume 11, 12, 13 unterteilt. Es kann sich hierbei um physikalische Speichersegmente oder aber um virtuelle Adressräume handeln. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Steuereinheit 1 der virtuelle Adressraum 11, der Steuereinheit 2 der virtuelle Adressraum 12 und so fort zugeordnet.
Beim erfindungsgemäßen System enthalten die Steuereinheiten 1, 2 und 3 keine eigenen EEPROMs, wodurch eine kostengünstige Realisierung möglich ist. Weiterhin wird der Aufwand bei einem möglicherweise notwendigen Neuprogrammieren dieser EEPROMs gesenkt und die Betriebssicherheit (durch Ausfall oder Fehlfunktion einzelner EEPROMs) erhöht. Die genannten EEPROMs sind sozusagen durch die Datenverwaltungseinheit 5 mit ihrem Speicher 6 ganz oder teilweise ersetzt, wobei sich die Steuereinheiten 1, 2, 3 beim Hochfahren des Systems oder bei Bedarf steuergerätespezifische Daten von der zentralen Datenverwaltungseinheit 5 holen. Die Art und weise dieser Datenübertragung wird durch den Rechner 7 der Datenverwaltungseinheit 5 gesteuert. Beim Hochfahren des Systems ist es sinnvoll, die Konfigurationsdaten der einzelnen Steuereinheiten 1, 2, 3 direkt in diese Steuergeräte zu laden, ohne die Daten von Diagnoseprotokollen prüfen zu lassen. Ein derartiger Flow-Control, bei dem sich Sender und Empfänger in einem Frage Antwort-Dialog die korrekte Datenübermittlung gegenseitig bestätigen, könnte beim Hochfahren des Systems, also beim Starten des Fahrzeugs, zu lange dauern.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Steuereinheiten 1, 2, 3 Notfallparameter in einem nicht flüchtigen Speicher im jeweiligen Steuergerät selbst gespeichert haben. Steuergeräte verfügen bereits über einen solch nicht flüchtigen Speicher (ROM), der die spezifischen Programme des jeweiligen Steuergeräts enthält. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei Abreißen des Kommunikationsbusses 4 die Steuereinheiten 1, 2, 3 Zugriff auf voreingestellte Parameter besitzen, die einen Notfallbetrieb ermöglichen. In jedem Fall muss das Abreißen des Busses 4 dem Fahrer angezeigt werden.
Die erfindungsgemäße Datenübertragung zwischen Datenverwaltungseinheit 5 und Steuereinheiten 1, 2, 3 kann ohne einen zusätzlichen Aufwand (Overhead) an Bustreibern, Diagnose- und Transportprotokollen realisiert werden. Da die Datenverwaltungseinheit 5 selbst als Steuereinheit betrachtet werden kann, ist der zusätzliche Aufwand gering, die Nutzen der Erfindung durch Einsparungen der EEPROMs und die Erhöhung der Datensicherheit jedoch enorm.

Claims

System zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug mit einer Anzahl von Steuereinheiten (1, 2, 3), die jeweils mit einem Kommunikationsbus (4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Datenverwaltungseinheit (5) vorgesehen ist, die ihrerseits an den Kommunikationsbus (4) angeschlossen und derart ausgebildet ist, dass sie den Steuereinheiten (1, 2, 3) jeweils spezifische Daten aus einem permanenten Speicher (6) zur Verfügung stellt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Datenverwaltungseinheit (5) derart ausgebildet ist, dass sie spezifische Daten der Steuereinheiten (1, 2, 3) speichert.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Datenverwaltungseinheit (5) selbst eine Steuereinheit oder eine Ergänzung zu einer im Fahrzeug vorhandenen Steuereinheit darstellt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationsbus (4) als serieller Datenbus ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug mit einer Anzahl von Steuereinheiten (1, 2, 3), die jeweils mit einem Kommunikationsbus (4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass spezifische, zu einer Steuereinheit (1, 2, 3) gehörende Daten in einer zentralen mit dem Kommunikationsbus (4) verbundenen Datenverwaltungseinheit (5) permanent gespeichert und bei Bedarf der jeweiligen Steuereinheit (1, 2, 3) zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass spezifische Daten einer Steuereinheit (1, 2, 3) in der zentralen Datenverwaltungseinheit (5) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Datenverwaltungseinheit (5) zur Verfügung gestellten Daten in einen flüchtigen Speicher der Steuereinheit (1, 2, 3) geladen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Steuereinheiten (1, 2, 3) zur Nutzung des permanenten Speichers der zentralen Datenverwaltungseinheit (5) jeweils ein virtueller Adressraum (11, 12, 13) in einem Speicher (6) der Datenverwaltungseinheit (5) zugewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kommunikation zwischen den Steuereinheiten (1, 2, 3) und der Datenverwaltungseinheit (5) über den Kommunikationsbus (4) im Fahrzeug vorhandene Transportprotokolle und/oder Diagnoseprotokolle und/oder Bustreiber verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Unterbrechung der Kommunikation über den Kommunikationsbus (4) die Steuereinheiten (1, 2, 3) mit voreingestellten Parametern in einem Notmodus betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Hochfahren des Systems notwendigen Daten von der zentralen Datenverwaltungseinheit (5) direkt an die jeweilige Steuereinheit (1, 2, 3) über den Kommunikationsbus (4) übertragen werden.