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Die
Erfindung betrifft ein Steuersystem für Aktoren in einem Kraftfahrzeug.
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Bisherige
Steuersysteme arbeiten grundsätzlich
dezentral. Es gibt für
Aktoren in Kraftfahrzeugen eine Vielzahl bekannter Steuersysteme
wie beispielsweise das Antiblockiersystem, das elektronische Stabilitätsprogramm
oder auch die Sicherheitsfunktion für die Airbagauslösung. Jedes
dieser Steuersysteme bereitet von bestimmten Sensoren Signale auf
und steuert ganz bestimmte Aktoren an. Es gibt keine Überschneidungen
zwischen den verschiedenen Steuersystemen in einem Kraftfahrzeug
dergestalt, dass die Signale einzelner Sensoren von verschiedenen
Steuersystemen verwendet werden würden, oder dass verschiedene
Steuersysteme unabhängig
voneinander auf ein und denselben Aktor zugreifen würden.
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Durch
den technologischen Fortschritt verkompliziert sich die Situation
jedoch. Die Einzelsensoren werden immer aufwendiger. Beispielsweise kann
unter den Begriff des Sensors eine Kamera gehören, die die Umgebung des Fahrzeugs
erfasst. Kamerasignale sind deutlich kompliziertere Signale als die
Signale von einfachen Sensoren wie etwa von Außentemperatursensoren.
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Neuartige
Sensoren werden insbesondere im Bereich der Fahrzeugsicherheit zunehmend
eingesetzt. Die Bedeutung der Sicherheitseinrichtungen in einem
Fahrzeug wie beispielsweise Airbag, Gurtstraffer, u. v. a. m. findet
ihren Niederschlag jedoch bisher nicht in einer entsprechenden Auslegung
des Steuersystems.
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Aus
der
DE 10 2004
016 227 A1 ist eine hierarchische Staffelung eines einzelnen
Steuergeräts bekannt.
Auch die
DE 101 36
258 A1 offenbart einen hierarchischen Aufbau eines Steuersystems
für den Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs. In beiden Fällen werden die Sicherheitseinrichtungen
nicht einbezogen.
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Aus
der
DE 44 36 162 C1 ist
ein System zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs bekannt.
Ein Steuergerät,
das im Rahmen dieses Systems verwendet wird, erhält Signale von einem Beschleunigungssensor,
der einer von dem Steuergerät getrennten
Airbagsteuerung zugeordnet ist und in demselben Gehäuse wie
die Airbagsteuerung angeordnet ist.
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Die
DE 102 37 160 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Aufprallsensierung mit wenigstens zwei Drucksensoren
und einem Beschleunigungssensor, wobei die Signale der Sensoren
einem Steuergerät zugeleitet
werden. Das Steuergerät
entscheidet aufgrund der Sensorsignale, ob ein Aufprall vorliegt
und steuert dann Rückhaltemittel,
wie Airbags und Gurtstraffer, an. Liegt kein Aufprall vor, dann überträgt das Steuergerät die Druckdaten
der beiden Drucksensoren an andere Steuergeräte.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuersystem für Aktoren in einem Kraftfahrzeug
bereitzustellen, das die Sicherheitseinrichtungen in den Mittelpunkt
stellt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Steuersystem gemäß Patentanspruch
1.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Steuersystem für
Aktoren in einem Kraftfahrzeug also:
- a) eine
zentrale Sicherheitssteuereinheit, der direkt (z. B. von einzelnen
einfachen Sensoren) oder in aufbereiteter Form (von komplex aufgebauten
Sensoren) Daten von einer Mehrzahl von Sensoren des Kraftfahrzeugs
zugeführt
werden, und die in einer aufgrund der Sensordaten (durch die zentrale
Sicherheitssteuereinheit selbst oder eine vorgeschaltete Einheit)
festgestellten Kollisionssituation Steuerbefehle abgibt, die zumindest mittelbar
(also nicht unbedingt als direkte Steuerbefehle, sondern als noch
aufzuarbeitende Erststeuerbefehle) den zugehörigen Aktoren für die Ausführung einer
der folgenden Aufgaben zugeführt
werden:
– Airbagauslösung,
– Betätigung des
Gurtstraffers,
– Steuerung
der Zentralverriegelung,
– Auslösen des
Aktive-Haube-Fußgängerschutzes
(bei dem die Motorhaube bei Kollision mit einem Fußgänger hochklappt,
um die Wucht des Aufpralls und dessen Folgen kleiner zu halten),
– Auslösung des
Typschadenelements (eines Puffers in der Kraftfahrzeugstange), und
- b) zumindest eine weitere, der zentralen Sicherheitsteuereinheit
nachgeordnete Steuereinheit, an die von der zentralen Sicherheitsteuereinheit Sensordaten
oder aufgrund der Sensordaten erzeugte Steuerbefehle gesandt werden,
und die ihrerseits nur in einer aufgrund der Sensordaten erfassten
Situation der Abwesenheit einer direkten Kollisionsgefahr Steuerbefehle
für die
Ausführung durch
zumindest einen Aktor abgibt.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Sicherheit von derart
zentraler Rolle ist, dass eine zugehörige Steuereinheit eine Mastersteuereinheit
sein soll, der weitere Steuereinheiten, die nicht im Zusammenhang
mit der Sicherheit stehen, klar nachgeordnet sind. Die Nachordnung
findet ihren Niederschlag darin, dass zumindest ein Teil der Sensordaten,
die die nachgeordnete Steuereinheit benötigen könnte, dieser nicht direkt zugeführt wird, sondern
auf dem Umweg über
die zentrale Sicherheitssteuereinheit. Zur Nachordnung kann insbesondere
auch gehören,
dass die zentrale Sicherheitssteuereinheit zentrale Befehle abgibt,
die mittelbar auch für
die Aktoren gelten, die von der nachgeordneten Steuereinheit angesteuert
werden. Es kann hierbei sein, dass die nachgeordnete Einheit dieselben
Aktoren wie die zentrale Sicherheitssteuereinheit ansteuert, oder
es kann sein, dass zumindest dieselben Sensorinformationen bei der
Ansteuerung der Aktoren verwendet werden müssen. Schließlich kann es
auch sein, dass die Betätigung
eines bestimmten Aktors die Betätigung
eines anderen Aktors ausschließt.
Beispielsweise könnte
die zentrale Sicherheitssteuereinheit auch auf die Bremsen einwirken. Es
ist aber ausgeschlossen, dass die weitere Steuereinheit gleichzeitig
mit dem Durchführen
eines sicherheitsrelevanten Vorgangs eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
einleitet.
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Dadurch,
dass die nachgeordnete Steuereinheit auch aufgrund der Sensordaten
erzeugte Steuerbefehle von der zentralen Sicherheitssteuereinheit empfangen
kann, ermöglicht
die Erfindung eine Priorisierung von Aktoren.
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Das
Verwenden der zentralen Sicherheitssteuereinheit gewissermaßen als „Mastersteuereinheit" bedeutet, dass die
Aktoren prioritär
unter dem Sicherheitsaspekt gesteuert werden und erst nachgeordnet
unter einem anderen Aspekt.
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Im
Rahmen der Erfindung bedeutet der Begriff der Steuereinheit einerseits
ein gesondertes Gerät
(oder Gerätebauteil).
Eine Steuereinheit kann jedoch alternativ auch als Softwaremodul
ausgestaltet sein. Die Erfindung ermöglicht somit mehrere Situationen:
Nämlich
das Vorsehen verschiedener Geräte für jede einzelne
Steuereinheit oder sogar eine Mehrzahl von Geräten pro Steuereinheit zur Durchführung verschiedener
Aufgaben der Steuereinheit. Sie ermöglicht auch das Integrieren
der verschiedenen Steuereinheiten in einem einzelnen (oder auch
in mehreren) Steuergeräten
mit mehreren Steuereinheiten, die als Softwaremodule in ein und
demselben Gerät
laufen könnten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die zentrale Sicherheitssteuereinheit in einem Airbagsteuergerät verwirklicht.
Die Erfindung knüpft hierbei
an den Stand der Technik an, in dem es ein solches Airbagsteuergerät für die Airbagsteuerauslösung ohnehin
gibt. Das Airbagsteuergerät
wird dadurch zum Mastersteuergerät,
dass ihm andere Steuergeräte
(beispielsweise für
das Antiblockiersystem und das elektronische Stabilitätsprogramm) nachgeordnet
sind. Das Airbagsteuergerät
ist nicht wie gemäß Patentanspruch
1 vorgesehen auf mittelbar die Aktoren ansteuernde Steuerbefehle
beschränkt,
sondern kann eine Funktionalität
(ggf. eine gesonderte Einheit) enthalten, mit der direkt Steuerbefehle
für die
einzelnen, bei der Airbagauslösung eingesetzten
Aktoren erzeugt werden.
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Die
bisherige Darstellung der Erfindung betraf die Aktorenseite. Wie
eingangs bei der Diskussion des Standes der Technik erwähnt, erfordern
auch neuartige Sensoren wie ganze Kameras eine Anpassung bisheriger
Steuersysteme. Die Erfindung stellt daher gemäß einem weiteren Aspekt auch
auf der Sensorseite eine Zentralisierung bereit. Es ist eine zentrale
Verarbeitungseinheit für
Sensordaten vorgesehen, die von einer Mehrzahl von Sensoren und
vorzugsweise von sämtlichen
Sensoren direkt oder in aufbereiteter Form Einzeldaten erhält (wobei
sich das „Einzel-" auf die einzelnen
Sensoren bezieht). Die zentrale Verarbeitungseinheit bereitet die
Einzeldaten für
die Verwendung durch die zentrale Sicherheitssteuereinheit zu einer
Datengesamtheit auf.
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Im
Rahmen der Erfindung ist es zwar nicht notwendig, aber möglich, dass
die zentrale Verarbeitungseinheit ebenfalls in das Airbagsteuergerät integriert
ist. Die Bedeutung des Airbagsteuergeräts als Mastergerät steigt
dadurch.
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Bevorzugt
ist jedem Sensor eine sensorindividuelle Steuereinheit zugeordnet,
die die Sensordaten direkt empfängt
und sie aufbereitet, wobei die aufbereiteten Daten sämtlichen
hier sensorindividuellen Steuereinheiten der zentralen Verarbeitungseinheit
zugeführt
werden. Die Sensordaten werden somit schrittweise verarbeitet, bevor
sie der zentralen Sicherheitssteuereinheit zugeführt werden, sie werden nämlich einmal
sensorindividuell (vor-)aufbereitet, und dann wird aufgrund der
Daten (bevorzugt sämtlicher)
Sensoren in der zentralen Verarbeitungseinheit eine Gesamtszenerie
der Umgebung entwickelt (im Rahmen der Zusammenfassung der Einzeldaten
zu einer Datengesamtheit).
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Da
die Daten ohnehin ausgetauscht werden, ist es durchaus möglich, die
sensorindividuellen Steuereinheiten und die zentrale Verarbeitungseinheit
als Softwaremodul in einem zentralen Sensorsteuergerät auszubilden.
Es muss also nicht sensorindividuell jeweils ein eigenes Steuergerät vorgesehen
sein, auch wenn die Erfindung diese Möglichkeit erlaubt. Das zentrale
Sensorsteuergerät
kann mit dem zentralen Airbagsteuergerät identisch sein, also sowohl
zentrales Sensorsteuergerät
als auch zentrales Aktorensteuergerät sein.
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Im
Rahmen der Erfindung ist es zwar theoretisch möglich, dass die weitere Steuereinheit
nicht sämtliche
Sensorendaten, die sie benötigt,
auf dem Umweg über
die zentrale Sicherheitssteuereinheit enthält, sondern dass sie von manchen
Sensoren, die für
die zentrale Sicherheitssteuereinheit irrelevant sind, direkt Signale
erhält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
erhält
die weitere Steuereinheit jedoch keine Daten von Sensoren auf direktem
Weg ohne Umweg über
die zentrale Sicherheitssteuereinheit. Dies bedeutet in anderen
Worten, dass die zentrale Sicherheitssteuereinheit die Daten sämtlicher Sensoren
des Kraftfahrzeugs verwaltet. An eine solche Zentralisierung der
Sensorinformationen in einer einzigen Steuereinheit (und zwar bevorzugt
in dem Airbagsteuergerät)
ist im Stand der Technik noch nicht gedacht worden.
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Die
oben beschriebene hierarchische Gliederung auf der Sensorseite kann
ihre Spiegelung auch auf der Aktorenseite wiederfinden. So kann
jedem Aktor eine aktorindividuelle Steuereinheit zugeordnet sein,
die Steuerbefehle von der zentralen Sicherheitssteuereinheit empfängt und
sie aufbereitet, wobei die aktorindividuelle Steuereinheit die Aktoren (nach
der Aufbereitung) direkt ansteuert.
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Bevorzugt
ist die Architektur des Steuersystems dergestalt, dass die weitere
Steuereinheit zumindest eine der aktorindividuellen Steuereinheiten umfasst.
Die Nachordnung der weiteren Steuereinheit hinter die zentrale Sicherheitssteuereinheit
findet somit rein hierarchisch gesehen ihren Niederschlag. Vorzugsweise
ist die weitere Steuereinheit in einem anderen Steuergerät verwirklicht
als die zentrale Steuereinheit. Dies bedeutet nicht, dass manche
aktorindividuellen Steuereinheiten (nämlich für die Aktoren des Airbags)
in dem selben Steuergerät
verwirklicht sein können
wie die zentrale Steuereinheit, nämlich in dem oben erwähnten Airbagsteuergerät.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die
Figur schematisch die Architektur eines erfindungsgemäßen Steuersystems
darstellt.
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Wie
auf den ersten Blick zu erkennen ist, ist das Steuersystem, das
in der Figur veranschaulicht ist, in eine Sensorenseite und eine
Aktorenseite getrennt. Auf beiden Seiten sind drei hierarchische
Ebenen vorgesehen. Die unterste Schicht der Sensorenseite bilden
die Sensoren selbst, welche mit 10 bezeichnet sind. Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird nicht zwischen verschiedenen
Arten von Sensoren unterschieden, weil das Zentrum des Interesses
auf der Aktorenseite liegt. Die einzelnen mit 10 bezeichneten
Sensoren sollen jedoch unterschiedliche Sensoren darstellen, wobei
die Zahl der Sensoren naturgemäß höher als
die dargestellte Zahl von drei Sensoren sein kann. Typische Sensoren sind
die Abstandsensoren, Crash-Sensoren oder neuerdings Kameras zur Überwachung
der Fahrsituation, in der sich das Kraftfahrzeug befindet. Weitere Sensoren
sind der Geschwindigkeitssensor und der Umgebungstemperatursensor,
die für
bestimmte Arten von Steuerungen eine Rolle spielen könnten. Bei der
in der Figur gezeigten Hierarchie ist jedem Sensor 10 eine
sensorindividuelle Steuereinheit 12 zugeordnet. Die Sensordaten
werden in den sensorindividuellen Steuereinheiten voraufbereitet.
Die Zustandsdaten des Fahrzeugs werden beispielsweise gesammelt,
oder es werden Objektlisten von umwelterfassenden Sensoren erstellt
(mit Objekten, welche von einer Bilderkennungssoftware erkannt wurden
etc.).
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Die
Zustandsdaten und Objektlisten, d. h. die voraufbereiteten Sensordaten,
werden einer zentralen Verarbeitungseinheit 14 für Sensordaten
zugeordnet. Bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sammelt die zentrale Verarbeitungseinheit die Daten
aus den sensorindividuellen Steuereinheiten sämtlicher Sensoren. Bereits
dies stellt einen neuartigen Ansatz in der Hierarchie eines Steuersystems
in einem Kraftfahrzeug dar. Die zentrale Erfassung der Sensordaten
ermöglicht
die Zusammenfassung sämtlicher
Daten zu einer neuartigen Datengesamtheit. Vermittels intelligenter
Software kann in der zentralen Verarbeitungseinheit 14 ein
Gesamtbild der Fahrzeugsituation (betreffend Umfeld, Fahrzeug als
solches sowie Insassen) erzeugt werden. Solche intelligenten Systeme können erkennen,
ob sich das Fahrzeug in einer Kollisionssituation befindet oder
nicht. Unter Kollisionssituation ist jegliche Situation zu verstehen,
in der ein Aufprall des Kraft fahrzeugs auf etwas anderes wie einen
festen Gegenstand, ein anderes Fahrzeug oder auch ein Fußgänger zu
befürchten
ist bzw. unmittelbar bevorsteht und nicht mehr zu vermeiden ist.
In dieser Kollisionssituation sollen nun sicherheitsrelevante Maßnahmen
eingeleitet werden. Während
bei älteren
Ansätzen
der Airbag erst ausgelöst
wird, wenn tatsächlich
eine Kollision stattgefunden hat, ist es für moderne Fahrzeuge wünschenswert,
die Aktoren so anzusteuern, dass bereits aufgrund der (beispielsweise
mit Hilfe der oben genannten Kamera) erkannten Kollisionssituation
manche Aktorenaufgaben eingeleitet werden. Hierzu gehört beispielsweise bei
einer drohenden Kollision mit einem Fußgänger das Auslösen der
sogenannten aktiven Haube, bei dem die Motorhaube hochgeklappt wird,
um die Folgen der Kollision mit dem Fußgänger möglichst maximal zu verringern.
Es kann auch das sogenannte Typschadenelement ausgelöst werden.
Dies ist ein Puffer in der Kraftfahrzeugsstoßstange, der bei bestimmten
Arten von Kollision eingreifen soll und bei anderen nicht, um die
Schadensfolgen an dem Kraftfahrzeug zu verringern. Schließlich kann
auch die Zentralverriegelung gesteuert werden. Beispielsweise können die
Türen verriegelt
werden, damit sie bei einer Kollision nicht automatisch öffnen, und
nach erfolgter Kollision können
sie wieder entriegelt werden. Schließlich kann auch der Gurtstraffer
betätigt
werden.
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Das
frühzeitige
Einleiten der Auslösung
der jeweiligen Aktoren wird nicht nur dadurch ermöglicht, dass
die Sensordaten zentral in der Verarbeitungseinheit 14 zusammengeführt und
verarbeitet werden, sondern die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung hat insbesondere eine besondere Ausgestaltung der
Aktorenseite.
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Es
gibt für
sämtliche
Aktoren an dem Kraftfahrzeug eine zentrale Verarbeitungseinheit 16 für die Aktorensteuerung.
Diese greift (mittelbar) letztlich auf sämtliche Aktoren in dem Kraftfahrzeug
zu. Dem hier als zentral genannten Sicherheitsaspekt wird dadurch
Rechnung getragen, dass eine Priorisierung der Steuerung für einzelne
Aktoren erfolgen kann. Die zentrale Verarbeitungseinheit 16 gibt
Steuersignale ab, welche (nach einer Aufbereitung) für die Steuerung
verschiedener Aktoren verwendet werden können. Da naturgemäß bei einer
drohenden Kollision eine Steuerung für den Antriebsstrang nachgeordnet
ist, erhalten entsprechende Aktoren in einer Kollisionssituation
keine Signale oder erst nach den anderen Aktoren Signale. Bei Aktoren,
welche bei verschiedenen Steuerfunktionen gleichzeitig angesteuert
werden, kann der Sicherheitssteuerfunktion Vorrang gegeben werden.
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Der
zentralen Verarbeitungseinheit 16 sind aktorindividuelle
Steuereinheiten 18, 20 und 22 nachgeordnet.
Diese erhalten von der zentralen Steuereinheit 16 Steuersignale,
die sie entweder direkt an Aktoren weitergeben oder aufbereiten.
Die Verwendung aktorindividueller Steuereinheiten hat den Vorteil,
dass die Steuersignale von der zentralen Verarbeitungseinheit 16 noch
nicht konkret auf die von den einzelnen Aktoren benötigten Signale
zugeschnitten sein müssen,
sondern gewissermaßen „allgemeiner Natur" sein könnten.
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Durch
die punktierte Linie dargestellt ist eine Zusammenfassung der zentralen
Verarbeitungseinheit für
die Aktorensteuerung 16 mit einer aktorindividuellen Steuereinheit 22 zu
einer Gesamtheit 24. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass
die einzelnen Einheiten nicht in einzelnen Geräten verwirklicht sein könnten. Vielmehr
repräsentiert
die mit 24 bezeichnete Gesamtheit der beiden Einheiten 16 und 22 ein
Airbagsteuergerät.
Die Einheit 20 kann beispielsweise ein Gurtstraffersteuergerät sein,
und die Einheit 18 kann ein nichtsicherheitsrelevantes
Steuergerät
zur Steuerung eines Aktors für
die Fahrzeuggeschwindigkeit (beispielsweise das Gaspedal) sein. Die
entsprechenden Aktoren sind mit den Zahlen 26, 28 und 30 bezeichnet
und bilden in der Hierarchie eine eigene Schicht. Die Steuereinheiten 18 und 20 können zwar
theoretisch auch Bestandteil des Airbagsteuergeräts 24 sein, sind in
der Figur aber als getrennte Einheiten dargestellt. Sie können jeweils
in eigenen Steuergeräten
ausgebildet sein, beispielsweise in einem Antriebsstrangsteuergerät, welches die
Einheit 18 umfasst und in einem Gurtstraffersteuergerät, welches
die Einheit 20 umfasst. Aus der Einbeziehung der zentralen
Verarbeitungsschicht 16 in das Airbagsteuergerät 24 ergibt
sich die zentrale Rolle des Airbagsteuergeräts 24 gegenüber den
anderen Steuergeräten
(welche in der Figur nicht eigens hervorgehoben sind). Durch Einbeziehung
der zentralen Verarbeitungsschicht 16 erhält es die
Master-Rolle gegenüber
den anderen Geräten,
weil nur das Airbagsteuergerät 24 mit
der zentralen Verarbeitungseinheit 14 verbunden ist (wobei
auch vorgesehen sein kann, dass es diese ebenfalls umfasst, was in
der Figur so allerdings nicht dargestellt ist).
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Das
Airbagsteuergerät
hat gegenüber
weiteren Steuergeräten
somit das zentrale Wissen, erhält also
Informationen über
das Gesamtbild der Fahrzeugsituation, das die zentrale Verarbeitungseinheit 14 wie
oben erwähnt
erzeugt. Die anderen Steuergeräte
sind demgegenüber
nachgeordnet und profitieren von dem „Wissen" des Airbagsteuergeräts 24 nur indirekt
dadurch, dass sie von diesem die Steuerbefehle erhalten.
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In
einer Kollisionssituation wird der Aktor 30 durch die Master-Rolle
des Airbaggeräts 24 daher prioritär angesteuert.
Zudem ist durch die Integration der Einheit 22 in das Steuergerät 24 zusammen
mit der zentralen Verarbeitungseinheit 16 ein schnellerer Datenfluss
zum Aktor 30 ermöglicht
als zu den Aktoren 26 und 28. Im Rahmen der Priorisierung
kann das Airbagsteuergerät 24 die
sicherheitsrelevanten Aktoren, beispielsweise auch den Gurtstraffer 28,
ansteuern und die Ansteuerung weiterer Aktoren, beispielsweise des
Aktors 26, hintanstellen.
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Die
in der Figur gezeigte Ausführungsform hat
somit die folgenden Aspekte: Eine strenge Hierarchisierung bei Zentralisierung
der Zusammenfassung der Sensordaten einerseits in der zentralen
Verarbeitungseinheit 14 und Zentralisierung der Erzeugung
von Steuersignalen für
die Aktoren in der zentralen Verarbeitungseinheit 16 auf
der Aktorenseite andererseits. Wesentlich ist zudem die Master-Rolle (auch
zentrale Rolle) der Airbagsteuereinheit 24.