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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit mehreren Steuergeräten.
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Steuergeräte aktueller
Kraftfahrzeuge sind überwiegend
spezifisch für
zu realisierende Funktionen entwickelt und ausgelegt (Beispiel:
Klimasteuergeräte,
Lichtmodul, Sitzmemory usw.). Sie sind in der Regel mit daran angepassten
Sensoren und Aktuatoren verbunden. Sensoren und Aktuatoren werden aus
den Steuergeräten
mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt. Die Signalaufbereitung
und die für
die Ansteuerung/Betrieb der Aktuatoren erforderlichen Leistungsschalter
sind im jeweiligen Steuergerät
untergebracht. Steuergeräteseitig
sind daher auch für
die erforderliche Leistung ausgelegte Steckverbinder und Leitungen
zu den Aktuatoren vorzusehen. Erforderlichenfalls kommunizieren
die Steuergeräte über diverse
Bussysteme miteinander.
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Jedes
dieser Steuergeräte
enthält
ein eigenes, vom Lieferanten entwickeltes und applikationsspezifisches „Betriebssystem" und die erforderliche Software
zur Realisierung der für
das Steuergerät spezifischen
Funktion. Auch die Zusammenlegung verschiedener Steuergeräte oder
-funktionen in einem Steuergerät ändert nichts
an dieser grundsätzlichen
Architektur.
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In
jedem einzelnen Steuergerät
wird derzeit die Rechenleistung auf den Spitzenbedarf der entsprechenden
Funktion dimensioniert. Dennoch sind, wenn die maximale Rechenleistung
eines Steuergerätes
angefordert wird, häufig
nennenswerte Wartezeiten nicht zu vermeiden, während gleichzeitig in anderen
Steuergeräten
Rechenleistung zur Verfügung stünde, die
aber aufgrund der bekannten System-Architektur nicht genutzt werden
kann.
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Änderungen
oder Ergänzungen
von Funktionen sind derzeit aufgrund der verschiedenen Betriebssysteme
kosten-, zeit- und pflegeintensiv. Für die Absicherung ist ein hoher
Aufwand erforderlich, weil für
jede Hard- oder Softwarevariante sowie für jede Produktlinie eine eigene
Entwicklung oder Adaption erforderlich wird. Durch die große Variantenvielfalt
sind Versionierung und Verwaltung der Hard- und Softwarevarianten
und deren Kombinationen aufwändig.
Die spezifische Steuergeräte-Software
ist nicht auf andere Steuergeräte
portierbar (jedes Gerät hat
seine eigene Software). Dadurch besteht keine Flexibilität bei der
Partitionierung. Für
jedes Steuergerät
ist eine eigene geeignete Entwicklungsumgebung bereitzustellen.
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Die
Nachrüstung
von Funktionen ist häufig (abhängig von
Speicherbedarf und noch verfügbarer Rechenleistung)
nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich. Jede Nachrüstung erfordert
einen neuen Absicherungslauf.
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Um
Funktions-Änderungen
oder Funktions-Ergänzungen
im Laufe eines Produktionszykluses überhaupt realisieren zu können, werden
bislang die Hardware-Ressourcen (Beispiele: Speichergröße, Prozessorleistung)
in der Regel großzügiger ausgelegt
als zunächst
für die
Funktionserfüllung
erforderlich.
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Aufgrund
der großen
Anzahl der heute in Kraftfahrzeugen verbauten Steuergeräte wirkt
sich diese Überdimensionierung
einzelner Steuergeräte negativ
auf das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeuges aus.
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Die
bislang eingesetzte Steuergeräte-Struktur
erfordert außerdem
einen nicht skalierbaren und mit Reserven für Änderungen ausgestatteten Kabelbaum.
Außerdem
sind aktuelle Kabelbäume
komplex, schwer und in der Fahrzeugproduktion schlecht verarbeitbar,
weil die großen
Leitungsquerschnitte, die zu den Steuergeräten und von den Steuergeräten zu den
Aktuatoren führen,
berücksichtigt
werden müssen.
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Hohe
Schaltleistungen führen
in den Steuergeräten
zu erheblicher und konzentrierter thermischer Belastung und erfordern
ausreichend dimensionierte Stecker.
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Lange
Leitungen, über
die den Aktuatoren hohe Leistungen zugeführt werden, wirken wie Antennen
von Störsendern.
Besonders kritisch sind solche Leitungen, wenn pulsierend große Ströme fließen. Durch
die hohen Ströme
werden entsprechend starke Felder erzeugt, die die restliche Bordelektronik stören können. Entsprechende
Schutzmaßnahmen sind
unumgänglich.
Auf lange Leitungen mit schwachen Nutzsignalen (Beispiel: Sensorleitungen
zu den Steuergeräten)
wirkt sich Störstrahlung
besonders negativ aus, weil die Leitungen als Antennen fungieren.
Entsprechende Schutzmaßnahmen
sind erforderlich.
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Aktuelle
Steuergeräte
sind eigenständig
und kommunizieren untereinander über
diverse Bussysteme. Fällt
ein solches Steuergerät
aus, sind die Funktionen, die durch das Steuergerät ausgeführt werden,
nicht mehr verfügbar.
Die Folge kann der Ausfall der Funktion sein. Dem wird bei sicherheitsrelevanten
Funktionen mit dem Vorhalten aufwändiger redundanter Hardware-Kapazitäten begegnet.
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Die
genannten Erfordernisse, deren Ursache in der aktuellen "Steuergeräte-Landschaft" liegen erhöhen das
Fahrzeuggewicht und die Fahrzeugkosten.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem
Stand der Technik verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
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Erfindungsgemäß umfasst
ein Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Steuergeräten und einen Sensorbus, über den
eine Vielzahl von Sensoreinrichtungen mit der Vielzahl von Steuergeräten verbunden
oder verbindbar ist, wobei vorzugsweise verschiedene Steuergeräte unmittelbar,
insbesondere ohne Zwischenschaltung eines weiteren Steuergerätes, mit dem
Sensorbus verbunden sind. Alternativ oder ergänzend dazu ist über einen
Aktuatorbus eine Vielzahl von Aktuatoreinrichtungen mit der Vielzahl
von Steuergeräten
verbunden oder verbindbar, wobei vorzugsweise verschiedene Steuergeräte unmittelbar,
insbesondere ohne Zwischenschaltung eines weiteren Steuergerätes, mit
dem Aktuatorbus verbunden sind.
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Dadurch
wird erreicht, dass mit geringem physikalischen Verbindungsaufwand,
insbesondere Verkabelungsaufwand und/oder Steckeraufwand, eine Funktion
flexibel und angepasst an die aktuellen Hardwareanforderungen auf
verschiedenen Steuergeräten
ausgeführt
werden kann und/oder ein Sensorsignal durch verschiedene Steuergeräte genützt werden
kann und/oder ein Aktuator durch verschiedene Steuergeräte angesteuert
werden kann. Die thermische Belastung der Steuergeräte kann
reduziert werden, wenn die erforderlichen Schaltleistungen dezentralisiert
bei den Steuergeräten
selbst anfallen.
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Dieser
Vorteil wird noch verstärkt,
wenn mehrere Sensoreinrichtungen der Vielzahl von Sensoreinrichtungen
zu Sensorgruppen zusammengefasst sind und insbesondere gruppenweise
mit dem Sensorbus verbunden oder verbindbar sind. Alternativ oder
ergänzend
dazu sind vorzugsweise mehrere Aktuatoreinrichtungen der Vielzahl
von Aktuatoreinrichtungen zu Aktuatorgruppen zusammengefasst sind,
und insbesondere gruppenweise mit dem Aktuatorbus verbunden oder
verbindbar.
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Die
Flexibilität
wird vorzugsweise dadurch erhöht,
dass Steuergeräte
der Vielzahl von Steuergeräten über einen
Steuerbus miteinander verbunden sind.
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Durch
die verteilte prozesstechnische Ausführung einer fahrzeugtechnischen
Funktion durch mehrere Steuergeräte
können
die insgesamt zur Verfügung
stehenden Hardware-Ressourcen besser und flexibel genützt werden.
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Vorzugsweise
wird ein durch eine Sensoreinrichtung sensiertes Signal vor Weitergabe
auf den Sensorbus, insbesondere bei oder innerhalb der Sensoreinrichtung
bzw. der Sensorgruppe, in Sensordaten umgesetzt. Dies ermöglicht die
Nutzung des Sensorsignals, insbesondere der darauf basierenden Sensordaten,
durch mehrere Steuergeräte,
unter Verwendung einer einfachen Verbindungshardware. Alternativ
oder ergänzend
dazu werden vorzugsweise über
den Aktuatorbus übermittelte
Aktuatordaten, insbesondere bei oder innerhalb der Aktuatoreinrichtung
bzw. der Aktuatorgruppe, in ein Aktuatorsignal umgesetzt.
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Die
Erfindung ermöglicht
den Einsatz von Steuergeräten,
die in hardwaretechnischer Hinsicht im Wesentlichen identisch sind,
insbesondere gleich aufgebaut sind. Dies ermöglicht die teilweise Vereinheitlichung
der auf den Steuergeräten
ablaufenden Computerprogramme, insbesondere einer Betriebssystemsoftware,
und erleichtert deren Entwicklung. Zudem sind aufgrund von Volumeneffekten
Kostenvorteile realisierbar.
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Vorzugsweise
wird bei Ausfall eines Steuergerätes
automatisch eine durch dieses Steuergerät realisierte Funktion durch
ein oder mehrere andere Steuergeräte ausgeführt. Dadurch können insbesondere
sicherheitsrelevante Funktionen bei Ausfall eines Steuergerätes weiter
ausgeführt
werden, ohne große
hardwaretechnische Sicherheitsreserven vorsehen zu müssen.
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Besonders
bevorzugt werden automatisch niedrig priorisierte Funktionen, insbesondere
unkritische Funktionen oder Komfortfunktionen, gestoppt, wenn der
Hardwarebedarf aller auszuführenden Funktionen
die Hardwarekapazität
aller Steuergeräte überschreitet
oder zu überschreiten
droht. Dadurch können
beispielsweise hoch priorisierte Funktionen, wie beispielsweise
Sicherheitsfunktionen, auch bei knapp oder unzureichend werdenden
Hardware-Ressourcen
weiter ausgeführt
werden.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen
Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
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1:
ein schematisches vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Bussystems.
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1 zeigt
eine Vielzahl von Steuergeräten ECU
(Verarbeitungslogik), die untereinander über einen Steuergeräte-Bus ECU-B
Daten austauschen. Die Steuergeräte
ECU sind außerdem über einen Sensorbus
SB mit Sensoreinrichtungen S (Input) samt zugehöriger Signalaufbereitung, und über einen Aktuatorbus
AB mit Aktuatoreinrichtungen A (Output) verbunden.
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Es
werden Sensoren S oder Sensorcluster sowie Aktuatoren A oder Aktuatorencluster
verwendet, die busfähig
sind. Aktuatoren A, Sensoren S und Steuergeräte ECU sind beliebig im Fahrzeug
verteilt oder zum Teil oder insgesamt an besonders geeigneter Stelle
installiert (zum Beispiel in einer Art Aggregateträger). Insbesondere
Leistungsschalter oder Aktuartoren mit einer hohen Leistungsaufnahme
(hohe Ströme
oder Spannungen) sind im Fahrzeug verteilt und nahe der Stelle angeordnet,
an der die Leistung benötigt
wird.
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Die
Steuergeräte
ECU sind hardwaretechnisch (einschließlich ihrer Anschlüsse) identisch und/oder
kompatibel und verwenden das gleiche (oder ein kompatibles) Betriebssystem.
Damit ist ein Computerprogramm, auf dem eine fahrzeugtechnische
Funktion basiert, auf mehreren Steuergeräten verteilt und/oder auf jedem
Steuergerät
lauffähig. Funktionsorientierte
Softwaremodule können
auf der gleichen Plattform entwickelt werden und nach Bedarf auf
die Steuergeräte
ECU verteilt realisiert sein. Verschiedene Applikationsprogramme
können über eine
einheitliche Systemschnittstelle auf die Hardware-Ressourcen verschiedener
Steuergeräte
ECU zugreifen. Reicht die Performance der installierten Steuergeräte ECU nicht
aus, können
durch Hinzufügen
weiterer Steuergeräte
ECU die Ressourcen einfach erweitert und für zusätzliche Funktionen genutzt werden.
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Die
Subfunktionen komplexer Funktionen können auf mehrere Steuergeräte ECU verteilt
werden. Dadurch wird die Möglichkeit
eröffnet,
für rechenintensive
Funktionen den Rechenbedarf auf mehrere Steuergeräte ECU zu
verteilen und so das Antwortverhalten zu verbessern, ohne auf spezielle Höchstleistungsprozessoren
zurückgreifen
zu müssen.
Die einzelnen Subfunktionen sind übersichtlicher, ihre Prüfung und
Aussagen zu Kompatibilität sind
dadurch einfacher.
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Im
Folgenden werden weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten und entsprechende
Vorteile angegeben:
- – Verwendung von identischen
Hardwaremodulen für
Sensorik und Aktuatorik;
- – Einheitliche
Treiber zu den verschiedenen Bussen unabhängig von der Applikation (Sensorbus, Steuergeräte-BUS,
Aktuatorbus);
- – Einheitliche
Entwicklungsumgebung für
die verschiedenen Funktionsumfänge
(Synergieeffekt, Prozesssicherheit);
- – Die
Software kann in kleine überschaubare (Sub-)Funktionseinheiten
zerlegt werden. Diese können
bedarfsorientiert „zusammengebaut" oder auch mehrfach
verwendet werden, beispielsweise für die Temperaturregelung für 1-Zonen-/4-Zonen Klimaanlagen;
- – Flexibilität bei Pflegemaßnahmen
und Eliminierung des Pflegeaufwands für diesen Teilumfang;
- – Aufwandsreduzierung
bei der Funktionsabsicherung;
- – Die
standardisierten Steuergeräte
ECU (aber auch die Sensor- und Aktuatormodule) sind produktlinienübergreifend
einsetzbar. Dadurch ergeben sich zusätzlich Kostenvorteile durch
Stückzahleffekte,
Vorteile durch Übertragbarkeit
von Prüf-/Testergebnissen
auf andere Produktlinien, Vorteile durch die Wieder-/Weiterverwendung
von Software, Vorteile bei Pflegemaßnahmen/Fehlerbehebung (da
diese produktlinienübergreifend verfügbar sind),
Vorteile durch weniger Softwareversionen (Produktlinienübergreifende
Versionierung), höhere
Flexibilität
bei Integration neuer Komponenten (beispielsweise Teilnetze anderer Hersteller,
Integration Konsum-Elektronik), Flexibilität beim Design der Fahrzeugbordnetze,
Vorteile bei Absicherung, Diagnose und Fehlersuche und/oder geringeres
Gewicht;
- – geringere
elektromagnetische Störstrahlung aufgrund
von nur kurzen Leitungen mit geschalteten Signalen und hohen Strömen und
aufgrund von Signalverarbeitung in Sensor-(-clusternähe) mit Übertragung
nur digitalisierter Daten;
- – heute
noch nicht bekannte Softwaremodule (Beispiel Nachfolger der MP3
Player-Technik) können
leicht nachgerüstet
werden (nur Austausch des SW-Moduls);
- – geeignet
für (im
Sinne der KFZ-Technik) hohe Spannungen (Hochvolttechnik).
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Zudem
können
ausgefallene Funktionen durch die Erfindung auf andere Steuergeräte ECU verlagert
und damit wieder in Aktion gesetzt werden. Somit werden Sicherheit
und Mobilität
von Fahrzeug und Passagieren gewährleistet.
Die Steuergeräte ECU
sind derart eingereichtet, dass automatisch diagnostiziert wird,
welche Funktion ausgefallen ist und aktuell nicht mehr zur Verfügung steht.
Durch Beenden weniger wichtiger Funktionen kann ein ausgefallene
höher priorisierte
Funktion trotzdem ausgeführt werden,
um beispielsweise eine Weiterfahrt zu ermöglichen.
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Fällt beispielsweise
auf einer Fahrt das Steuergerät
aus, das Navigationsfunktionen ausführt, können die ausgefallenen Funktionen
auf ein anderes Steuergerät
ECU verlagert werden. Damit wird das System wieder funktionstüchtig. Dafür kann im Gegenzug
eine weniger wichtige Funktion, wie beispielsweise eine Funktion
des Audiosystems außer Betrieb
genommen werden, um die für
die Ausführung
der Navigationsfunktion erforderlichen Hardware-Ressourcen zur Verfügung zu
stellen.
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Das
Abschalten von Funktionen kann nach einen vorgegebenen „Kritikalitäts-Schema" erfolgen, das die
Priorisierung der einzelnen Funktionen angibt. Dem Fahrer wird optional
bei gleicher Priorisierung (auf der gleichen Kritikalitätsstufe)
eine Auswahlmöglichkeit
hinsichtlich de zu beendenden Funktion geboten.
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Die
Basisfunktionen (beispielsweise Grundfunktionen und/oder Sicherheitsfunktionen),
wie zum Beispiel der Zugang zum Fahrzeug, haben dabei die höchste Priorität und sind
mit einer sehr geringen Ausfallwahrscheinlichkeit auszuführen (hohe
Priorität).
Eine geringere Priorität
ist Funktionen zugeordnet, die zum Beispiel die Mobilität betreffen.
Eine noch geringere Priorität
ist beispielsweise Komfortfunktionen zugeordnet. Es werden also
bei Ausfall oder drohendem Ausfall kritischer Funktionen weniger
kritische beendet und die dadurch frei gewordenen Hardware-Ressourcen
genutzt, um zumindest die Grund- oder Sicherheitsfunktionen zu gewährleisten.