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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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Aus
EP 0 613 428 B1 ist ein Bussystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bekannt, das einen mehrere Steuergeräte miteinander verbindenden Bus umfasst und bei dem auf dem Bus übertragene Daten in einer zentralen Einrichtung ausgewertet werden. Die Einrichtung ist als Datenmodul ausgebildet, durch das die auf dem Bus übertragenen Daten ausgelesen und aus ihnen zeitunkritische Informationen erzeugt werden, die als Nachrichten mit geringer Sendewiederholfrequenz über den Bus ausgegeben bzw. von einzelnen Steuergeräten bei Bedarf dem Bus entnommen werden.
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Aus
US 6 088 810 A ist eine Einrichtung für eine synchronisierte Datenübertragung zwischen örtlich voneinander abgesetzten Messgeräten bzw. Sensoren oder zwischen diesen und einer Datenverarbeitungseinrichtung bekannt. Die Einrichtung umfasst einen seriellen Bus, über den die Komponenten der Einrichtung in zwei unterschiedlichen Betriebsarten kommunizieren.
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Aus
US 4 736 367 A ist eine Einrichtung für die Steuerung und Überwachung einer Vielzahl von Relaisschaltungen bekannt, die über ein Eindrahtbussystem mit der Einrichtung verbunden sind.
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Aus
DE 102 06 764 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einparken eines Fahrzeugs bekannt. Für die Erkennung von Parklücken und die Bestimmung von Abständen zwischen dem einparkenden Fahrzeug und Hindernissen sind Abstandssensoren vorgesehen, die über einen Datenbus mit einer Auswerteeinheit verbunden sind.
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Aus
US 2003/0034883 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem bekannt, das ein Steuergerät und eine Mehrzahl von Ultraschallwellen aussendenden und empfangenden Abstandssensoren aufweist. Jeder Sensor umfasst Komponenten zur Signalauswertung und Abstandsberechnung. Die Sensoren sind über ein Bussystem mit dem Steuergerät verbunden. Das Bussystem ist als Multidrop-Bus System ausgeführt.
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Aus
DE 197 42 716 A1 und
DE 100 06 265 A1 sind aus dem Bereich der Automatisierungstechnik als Schieberegister aufgebaute serielle Bussysteme bekannt, die jeweils ein sogenanntes Summenrahmenprotokoll implementieren.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht eine Zeit und Kosten sparende Integration einer Mehrzahl von Sensoren in ein Fahrerassistenzsystem. Das Fahrerassistenzsystem umfasst dabei Sensoren für die Überwachung des Fahrzeugumfelds im Nahbereich des Fahrzeugs. Unter Nahbereich ist in diesem Zusammenhang ein Entfernungsbereich in der Größenordnung von einigen Zentimetern bis einigen Metern zu verstehen. Bei den Sensoren handelt es sich um Sensoren, die Schallwellen, insbesondere Ultraschallsignale, aussenden und an Objekten reflektierte Ultraschallsignale wieder empfangen und in elektrische Signale umwandeln. Ein derartiges Fahrerassistenzsystem ermöglicht die Erkennung von Objekten im Nahbereich des Fahrzeugs, die Abstandsmessung zu diesen Objekten und unterstützt den Fahrer insbesondere bei Einparkvorgängen. Eine kritische Forderung für ein derartiges Fahrerassstenzsystem ist die Echtzeitfähigkeit, da die Ermittlung des Abstands zu einem von den Sensoren detektierten Objekt direkt von der Laufzeit der Schallsignale abgeleitet wird. Besonders einfach und vorteilhaft sind die Sensoren dabei über ein als Schieberegister aufgebautes serielles Bussystem mit einem Steuergerät verbunden. Vorteilhaft erfolgt der Datenverkehr zwischen den Sensoren und dem Steuergerät einerseits in einem Adressierungsrahmen und andererseits in einer Kommunikationssequenz. Um die Echtzeitfähigkeit des Systems zu ermöglichen, ist für den Datenaustausch eine Bitfolge vorgesehen, die für jeden Sensor lediglich ein Bit bereitstellt.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Bus-Architektur eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fahrerassistenzsystems;
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2 die Darstellung von Adressierungs- und Kommunikationssequenzen;
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3 eine grafische Darstellung der Datenübertragung zwischen Steuergerät und Sensoren des Fahrerassistenzsystems;
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4 eine weitere grafische Darstellung der Datenübertragung zwischen Steuergerät und Sensoren;
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5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines Busimpulses;
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6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bussystems.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Bussystems 20 bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrerassistenzsystems 101 dargestellt. Dabei zeigt die 1, neben einem Steuergerät 15, beispielhaft lediglich drei Sensoren S1, S2, S3, die über das Bussystem 20 mit dem Steuergerät 15 verbunden sind. Das Bussystem 20 selbst umfasst mehrere Leitungen 20.1, 20.2, 20.3, 20.4, 20.5 und 20.6. Dabei ist 20.1 eine mit Masse (GND = GROUND) verbundene Leitung. Die Leitung 20.2 (VSens) ist eine Versorgungsleitung. Die Leitungen 20.3 (Data), 20.4 (Data), 20.5 (Data) und 20.6 (Data) sind für den Datenaustausch in dem Bussystem 20 vorgesehen.
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Im Rahmen dieser Busarchitektur sind, wie in 2 dargestellt, zwei unterschiedliche Sequenzen für die Datenkommunikation vorgesehen. Zunächst eine Initialisierungssequenz 40, die es dem Fahrerassistenzsystem 101 ermöglicht, die Position der Sensoren S1, S2, S3 in dem Bussystem 20 festzustellen und ihre Adresse abzuleiten. Zudem ermitteln alle Busteilnehmer (Sensoren und Steuergerät) die Anzahl der Sensoren. Diese Initialisierungssequenz 40 beginnt auf der in 2 dargestellten Zeitachse T zu dem Zeitpunkt T1 und endet zu dem Zeitpunkt T2. Schließlich folgen die Kommunikationssequenzen 41.1, 41.2, die ständig direkt hintereinander ablaufen (das heißt, ohne dazwischen angeordnete Zeitschlitze), in denen einerseits Informationen für die Steuerung der Sensoren S1, S2, S3 und andererseits Echoinformationen, die die Sensoren von reflektierenden Objekten empfangen, oder Sensorstatusinformationen, übertragen werden. So beginnt beispielsweise eine Kommunikationssequenz 41.1, die der Steuerung der Sendefunktion der Sensoren S1, S2, S3 dient, zu dem Zeitpunkt T3 und endet zu dem Zeitpunkt T4. In dem Zeitpunkt T4 beginnt sofort eine weitere Kommunikationssequenz 41.2, die zu dem Zeitpunkt T5 endet. In dieser Kommunikationssequenz 41.2 werden Echosignale, bzw. von einem Echosignal ausgelöste Signale, von den Sensoren S1, S2, S3 zu dem Steuergerät 15 übertragen. Die von einem empfangenen Echosignal ausgelösten Signale sind beispielsweise elektronische Signale, die angeben, dass ein Echosignal detektiert wurde. Ein derartiges Signal wird beispielsweise erzeugt, wenn ein von den Sensoren empfangenes Schallsignal eine vorgegebene Empfangsschwelle überschritten hat.
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Im Folgenden wird die Steuerung des Fahrerassistenzsystems 101 noch eingehender beschrieben. Das Bussystem 20 ist vorteilhaft ein als Schieberegister aufgebautes serielles Bussystem. Es wird zunächst die Initialisierung der Sensoren S1 bis S3 (1) erläutert (siehe Initialisierungssequenz 40 in 2). Die Adressierung der Sensoren, das heißt, die Zuweisung der ihnen zugeordneten Adresse in dem System, wird über die Reihenfolge bestimmt, in der der jeweilige Sensor S1, S2, S3 in dem Bussystem 20 angeordnet ist. Jedem Busteilnehmer wird ein Bereich mit der Dauer einer Busperiode zugeordnet. In diesem Bereich wird jeweils ein Busimpuls übertragen. Der verwendete Rahmen wird auch als Summenrahmen bezeichnet, da in einem einzigen Rahmen alle Busteilnehmer angesprochen werden. Jeder Rahmen beginnt mit einem Steuergeräteimpuls und bildet damit die Rahmensynchronisation. Ihm folgen, in absteigender Reihenfolge, die Sensorimpulse. Ein beispielhafter Aufbau der Busimpulse ist in 5 dargestellt. Jeder Busimpuls der Länge TBUS ist in drei Bits Sync, S1 und S0 von im Wesentlichen gleicher Dauer TBUS1, TBUS2, TBUS3 und ein viertes Bit STOP von längerer Dauer TBUS4 unterteilt, das als Stopbit fungiert. Das erste Bit Sync dient der Synchronisation und ist immer LOW. Das Stopbit STOP ist immer HIGH. Die Bits S1 und S0 repräsentieren die zu übertragende Information. Mit diesen zwei Bits kann man vier verschiedene Impulse erzeugen, die, beispielhaft, in dem rechten Teil der 5 dargestellt sind. Zwei von diesen Impulsen, nämlich SG0 und SG1, werden dem Steuergerät zugeordnet und können auch nur von diesem erzeugt werden. Die anderen zwei Impulse, D0, D1, werden von den übrigen Busteilnehmern (Sensoren) verwendet. Die Steuergerätebits und die Sensorbits unterscheiden sich demzufolge hinsichtlich ihrer physikalischen Struktur. Die Sensoren S1, S2, S3 zählen nun die Takte bis das Steuergerätebit bei ihnen ankommt. Für die Taktzählung wird vorzugsweise die abfallende Flanke zwischen dem Bit STOP des vorhergehenden Busimpulses und dem Bit Sync des folgenden Busimpulses ausgewertet. Jeder Sensor S1, S2, S3 umfasst zu diesem Zweck einen Taktzähler S1.1, S2.1, S3.1 (3, 4). Der Inhalt des Taktzählers des jeweiligen Sensors entspricht dann der Adresse des jeweiligen Sensors. Das Steuergerät 15 umfasst ebenfalls einen Taktzähler 15.1. Der Taktzähler 15.1 zählt ebenfalls die Takte mit und kann somit die Anzahl der Busteilnehmer ermitteln und prüfen. Die Taktweitergabe des Systemtakts erfolgt somit innerhalb der physikalischen Bitkodierung ohne eine zusätzliche Taktleitung. In einem zweiten Zyklus ermitteln die Sensoren S1, S2, S3 ebenfalls die Anzahl der Busteilnehmer. Vorteilhaft wird diese Adressierung bei jeder Aktivierung des Fahrerassistenzsystems 101, also praktisch bei jedem Systemstart, ausgeführt. Dadurch wird vorteilhaft auch ein Reparaturfall abgedeckt. Das bedeutet, dass nach Austausch eines defekten Sensors ein diesen ersetzender neuer Sensor im Rahmen einer Adressierung nach einem Systemstart ohne weiters erkannt und in das System integriert wird, ohne dass er bei der Fertigung codiert werden muss. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein Typ von Sensoren produziert und gehandelt werden muss. Im Folgenden wird, anhand von 3 und 4, die Kommunikation zwischen den Sensoren S1, S2, S3 und dem Steuergerät 15 noch eingehender erläutert. Durch die Anwendung einer entsprechenden Codierung wird über ein Ringsystem der Takt von einem Sensor zu dem jeweils nächsten Sensor mit bekannter, sehr kleiner Verzögerungszeit auf den Datenleitungen 20.3, 20.4, 20.5 und 20.6 weitergeführt. Durch den quasi-synchronen Takt sind alle Taktzeiten bekannt und die Echtzeitfähigkeit des Systems ist gewährleistet. Quasi-synchron bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es sich, vom Prinzip her, zwar um eine asynchrone Übertragung der Daten handelt, dass deren Zeitverzögerung jedoch zum einen bekannt und zum zweiten vernachlässigbar klein ist. Jedem Sensor S1, S2, S3 wird jeweils nur ein einziges Bit einer Bitfolge zugeordnet. Auf diese Weise wird der Kommunikationsrahmen (41.1, 41.2) zeitlich kurz gehalten und vorteilhaft die kurze Reaktionszeit des Fahrerassistenzsystems 101 gewährleistet. Zudem enthält der Kommunikationsrahmen ein Steuergerätebit, das in einer Realisierungsmöglichkeit die Richtung der Kommunikation, Sensor in Richtung Steuergerät oder Steuergerät in Richtung Sensor, angibt und zudem der Synchronisation des Kommunikationsrahmens dient. In 3 ist beispielhaft je eine Datenübertragung von dem Steuergerät 15 zu den Sensoren S1, S2, S3 einerseits und von den Sensoren S1, S2, S3 zu dem Steuergerät 15 andererseits dargestellt. Die Codierung der Kommunikationsrichtung von dem Steuergerät 15 zu den Sensoren erfolgt in einem ersten Kommunikationsrahmen 42 durch die 1 in dem Steuergerätebit. Die Sensorbits enthalten für den Sensor S1 eine 1, für den Sensor S2 eine 0 und für den Sensor S3 wiederum eine 1. In einem zweiten Kommunikationsrahmen 43 ist in dem Steuergerätebit durch die 0 die Kommunikationsrichtung von dem Sensor zu dem Steuergerät codiert und sind die Daten der einzelnen Sensoren, also von S1 eine 1, von S2 eine 1 und von S3 eine 0, für das Steuergerät 15 enthalten. Eine weitere Realisierungsmöglichkeit ist in 4 dargestellt. Auf der Hinleitung zwischen dem Steuergerät 15 und dem entsprechenden Sensor sind die Daten für den Sensor und auf der Rückleitung zu dem Steuergerät 15 die Daten von dem Sensor für das Steuergerät enthalten. Hierbei dient das Steuergerätebit lediglich für eine Rahmensynchronisation. Beispielhaft sende das Steuergerät eine 1 an den Sensor S1, eine 0 an den Sensor S2 und eine 1 an den Sensor S3. Die Sensoren S1, S2, S3 entnehmen dem Kommunikationsrahmen die Information und ersetzen diese durch ihre an das Steuergerät 15 gerichtete Information, hier also eine 0 von S3, eine 1 von S2 und eine 1 von S1. Das Steuergerät 15 entnimmt diese Information und ersetzt sie durch Daten für die Sensoren S1, S2, S3. Aus den einzelnen Wertigkeiten der zugeordneten Sensorbits aufeinander folgender Kommunikationsrahmen wird, auf einer höheren Protokollschicht, die entsprechende Information in dem Sensor bzw. in dem Steuergerät abgeleitet. Diese kann neben den Hauptfunktionen, wie Sendeinformation und Empfangsinformationsübertragung, vorteilhaft zur Fehlerbehandlung, Übertragungssicherheit, Parameterübertragung, Statusabfrage und ggf. zur Umsetzung weiterer Funktionen verwendet werden. Als höhere Protokollebene könnten vorteilhaft ein Resetrahmen und ein Überprüfungsrahmen vorgesehen werden. Damit wäre es beispielsweise möglich, die Initialisierung des Fahrerassistenzsystems zu prüfen. Nachdem die jeweilige Adresse ermittelt worden ist, würde das Steuergerät über sein Businterface einen Anzahlrahmen aussenden. Dieser müsste von den Businterfaces der Sensoren in Daten „EINS” umgewandelt werden. Wenn alles korrekt ist, liest das Businterface des Steuergeräts nur Daten „EINS” zurück. Falls ein Businterface eines Sensors dagegen die Anzahl und/oder die Adresse falsch ermittelt hat, so würde es sein eigenes Bit nicht mehr erkennen und es verbleiben Daten „NULL” in dem Anzahlrahmen zurück. Das Businterface des Steuergeräts würde dann einen Resetrahmen aussenden mit dem Ziel, die Initialisierung erneut zu starten. Abgesehen von Fehlern in der Initialisierungsphase sind auch Unterbrechungen der Busleitung als Fehlerquellen in Betracht zu ziehen. Durch eine Erkennung dieser Fehlerquelle ist zwar der temporäre Ausfall des Fahrerassistenzsystems nicht zu verhindern. Für eine schnelle Reparatur ist es aber vorteilhaft zu wissen, wo das Bussystem unterbrochen ist. Dies trifft insbesondere bei einem Fahrerassistenzsystem zu, das, wie das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel, über eine größere Anzahl von Sensoren verfügt. Unter der Voraussetzung einer korrekten Initialisierung kennen alle Teilnehmer des Bussystems ihre Adresse. In Abhängigkeit der Adresse haben alle Sensoren eine bestimmte Watchdogzeit. Beispielsweise besitze der Sensor S3' in 6 eine Watchdogzeit von 3 ms. Bei einer Unterbrechung der Busleitung zwischen dem Sensor S2' und dem Sensor S3' empfangen alle nachfolgenden Sensoren und das Steuergerät keine Impulse mehr und die Watchdogzeiten beginnen zu laufen. Die Watchdogzeit des Sensors S3' würde zuerst überlaufen, mit der Folge, dass der Sensor S3' einen selbst generierten Busimpuls auf seiner Busausgangsleitung ausgibt. Alle nachfolgenden noch intakten Sensoren geben ihrerseits diesen Busimpuls weiter. Das Steuergerät kann nun durch Auswertung des Abstands der Busimpulse erkennen, an welcher Stelle die Unterbrechung der Busleitung vorliegt. Würde diese Unterbrechung zwischen dem letzten Sensor S12' und dem Steuergerät liegen, so würde das Steuergerät keinen Busimpuls mehr empfangen und die Watchdogzeit des Steuergeräts würde überlaufen.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fahrerassistenzsystems 101'. Mit Bezugsziffer 15' ist ein Steuergerät bezeichnet. Über ein Bussystem 15.1' sind ein Funktionsmodul 13 und ein Displaymodul 14 mit dem Steuergerät 15' verbunden. Zwischen dem Masseanschluss und dem Displaymodul 14 ist ein Schaltmittel 17 angeordnet. Das Fahrerassistenzsystem 101' umfasst weiter ein Bussystem 20', das eine Vielzahl von Sensoren S1', S2', S3', ..., S12' mit dem Steuergerät 15' verbindet. Durch das Bussystem 20' ergibt sich ein vergleichsweise geringer Aufwand für Hardware in Gestalt von Leitungen und Verbindungsmitteln, verbunden mit einer großen Zuverlässigkeit des Fahrerassistenzsystems 101'. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die leichte Skalierbarkeit des Fahrerassistenzsystems 101', die ohne Änderung der Hardware, lediglich mit Steuerung durch Software erreichbar ist. Der hier gewählte Begriff Skalierung bezieht sich auf die Ausstattung des Fahrerassistenzsystems 101' mit mehr oder weniger Sensoren. So kann in einer sehr einfachen Ausführungsvariante des Fahrerassistenzsystems das System, nur 3 Sensoren umfassen (1), die beispielsweise nur in dem Heckbereich eines Fahrzeugs angeordnet sind. In einer komplexen Ausführungsvariante kann das Fahrerassistenzsystem dagegen 12 Sensoren S1' bis S12' (6) oder sogar noch mehr Sensoren umfassen, die dann vorzugsweise in dem Front- und Heckbereich eines Fahrzeugs angeordnet sind.
