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Die
Erfindung betrifft ein Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystem
für ein Fahrzeug. Zusätzlich betrifft die Erfindung
einen Bodycomputer für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Steuer- und/oder
Informationsausgabevorrichtung eines Fahrzeugs mit mindestens einem
Ultraschallsensor.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 38 130 83 A1 ist
bereits ein Fahrerassistenzsystem mit Ultraschallsensoren bekannt. Ein
derartiges ultraschallbasiertes Fahrerassistenzsystem ist dazu ausgelegt,
den mindestens einen am Fahrzeug verbauten Ultraschallsensor zu
aktivieren und die von dem mindestens einen Ultraschallsensor bereitgestellten
Sensorsignale auszuwerten. Durch das Auswerten der Sensorsignale
des mindestens einen Ultraschallsensors kann eine Umgebungsinformation
bezüglich einer Umgebung des Fahrzeugs und/oder einer Verkehrssituation
in der Umgebung festgelegt werden.
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Die
festgelegte Information kann dem Fahrer mitgeteilt werden, damit
er seine Fahrweise vorteilhaft an die Umgebungs- und/oder Verkehrssituation anpassen
kann. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann mindestens
eine Fahrtrichtungs- und/oder Geschwindigkeitssteuerkomponente des
Fahrzeugs von dem ultraschallbasierten Fahrerassistenzsystem so
gesteuert werden, wie es hinsichtlich der festgelegten Umgebungsinformation
vorteilhaft erscheint. Auf diese Weise wird der Fahrer während
einer Fahrt, beispielsweise während eines Einparkens, arbeitsmäßig
entlastet.
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Für
eine verlässliche Funktionsweise muss ein derartiges ultraschallbasiertes
Fahrerassistenzsystem häufig einer relativ hohen Echtzeitanforderung
genügen. Um dies zu gewährleisten, sind die auf
einem dedizierten Mikrocontroller ausgebildeten Steuer-, Hardware-
und Softwarekomponenten in der Regel zum Ausführen einer
begrenzten Anzahl von Funktionen ausgelegt. Beispielsweise sind
bei einem Parkpiloten die von dem dedizierten Mikrocontroller gesteuerten
Funktionen auf das Detektieren einer Parklücke und das
Lotsen des Fahrzeugs in die Parklücke eingeschränkt.
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Um
die Anzahl der an einem Fahrzeug verbauten Komponenten zu reduzieren,
besteht der Wunsch, ein herkömmliches ultraschallbasiertes Fahrerassistenzsystem
mit mindestens einer anderen Applikation/Funktionalität
in einen Gesamt-Mikrocontroller zu integrieren.
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Es
ist deshalb wünschenswert, einen Gesamt-Mikrocontroller
bereitzustellen, welcher dazu ausgelegt ist, die Funktionen eines
ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems und
mindestens einer anderen Applikation unter Einhaltung hoher Echtzeitanforderungen
zu unterstützen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung schafft ein Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystem
für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen
Bodycomputer für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9
und ein Verfahren zum Betreiben einer Steuer- und/oder Informationsausgabevorrichtung
eines Fahrzeugs mit mindestens einem Abstandssensor mit den Merkmalen
des Anspruchs 10.
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Die
erste Rechnereinrichtung, welche den mindestens einen fahrzeugeigenen
Ultraschallsensor in den Betriebsmodus schaltet, das mindestens eine
Sensorsignal empfängt und das entsprechende Datensignal
bereitstellt, kann somit für eine Erstauswertung des mindestens
einen Sensorsignals ausgelegt werden. Insbesondere kann die erste
Rechnereinrichtung beim Schalten des mindestens einen fahrzeugeigenen
insbesondere als Ultraschallsensor ausgebildeten Abstandssensor
und der Erstauswertung einen hohen Prozentsatz der echtzeitkritischen Funktionen
des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems ausführen.
Vorzugsweise übernimmt die erste Rechner einrichtung alle
echtzeitkritischen Funktionen des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems.
Somit sind die Echtzeitanforderungen an die zweite Rechnereinrichtung,
welche die Fahrzeugumgebungsinformation festlegt und das Steuersignal
an die mindestens eine fahrzeugeigene Steuer- und/oder Informationsausgabevorrichtung
bereitstellt, reduzierbar.
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Da
die zweite Rechnereinrichtung beim Festlegen der Fahrzeugumgebungsinformation
und Bereitstellen des Steuersignals eine Zweitauswertung ausführt,
wird die erste Rechnereinrichtung arbeitsmäßig
entlastet. Die erste Rechnereinrichtung kann somit vergleichsweise
klein und kostengünstig ausgebildet werden.
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Übernimmt
die erste Rechnereinrichtung alle echtzeitkritischen Funktionen
des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems, so muss die zweite Rechnereinrichtung
keine echtzeitkritischen Funktionen des Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems ausführen. Somit können weitere
Applikationen in die zweite Rechnereinrichtung integriert werden, ohne
dass das Ausführen der echtzeitkritischen Funktionen des
Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems durch die erste Rechnereinrichtung
beeinträchtigt wird.
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Man
kann dies auch so bezeichnen, dass die echtzeitkritischen Funktionen
des insbesondere ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems extrahiert und in die erste Rechnereinrichtung
ausgelagert werden. Die nicht-echtzeitkritischen Funktionen des
insbesondere ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems
werden von der zweiten Rechnereinrichtung ausgeführt. Somit
beeinflusst eine Integration einer weiteren Applikation in die zweite
Rechnereinrichtung nicht die Echtzeitfähigkeit des Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems.
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Das
als Steuergerät ausgebildete Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystem kann dazu ausgebildet sein, einen Fahrer über
eine Informationsausgabe auf eine bestimmte Umgebungs- und/oder Verkehrssituation
aufmerksam zu machen, eine Fahrweise und/oder einen Zustand des
Fahrzeugs automatisch an die aktuelle Umgebungs- und/oder Verkehrssituation
anzupassen und/oder die Sicherheit der Fahrzeuginsassen während
einer Fahrt zu verbessern.
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Unter
einem echtzeitkritischen Verfahrensschritt/einer echtzeitkritischen
Funktion wird im Weiteren ein Verfahrensschritt oder eine Funktion
verstanden, bei welcher eine Verzögerung beim Ausführen
des Verfahrensschritts oder der Funktion zu einer signifikanten
Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Fahrerassistenz-
und/oder Sicherheitssystems führt. Eine hohe (harte) Echtzeitanforderung
ist beispielsweise eine Anforderung, dass eine Verzögerung
größer als 1 ms, vorzugsweise eine Verzögerung
größer als 100 μs, insbesondere eine
Verzögerung von 2 bis 10 μs beim Ausführen
eines bestimmten Verfahrensschritts verhindert ist. Der Verfahrensschritt
muss somit verlässlich in einem vergleichsweise kurzen
Zeitintervall unter Einhaltung einer vorteilhaften Genauigkeit ausführbar
sein. Bei einer niedrigen (weichen) Echtzeitanforderung darf mindestens eine
längere Verzögerung während des Ausführens des
Verfahrensschritts auftreten.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Rechnereinrichtung
eine Anwendungsspezifische-Integrierte-Schaltung und/oder die zweite Rechnereinrichtung
ein Mikrocontroller. Somit sind die echtzeitkritischen Funktionen
des ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems
von dem Mikrocontroller extrahiert und in die Anwendungsspezifische-Integrierte-Schaltung
ausgelagert. Die hier beschriebene Ausführungsform ist auf
einfache Weise und kostengünstig realisierbar.
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Beispielsweise
kann die erste Rechnereinrichtung über einen Datenbus so
an die zweite Rechnereinrichtung gekoppelt sein, dass über
den Datenbus ein Kommandosignal von der zweiten Rechnereinrichtung
an die erste Rechnereinrichtung und/oder das Datensignal von der
ersten Rechnereinrichtung an die zweite Rechnereinrichtung weiterleitbar
sind. Dies gewährleistet eine verlässliche Kommunikation zwischen
den beiden Rechnereinrichtungen. Vorzugsweise ist der Datenbus ein
bidirektionaler und/oder serieller Datenbus. Bevorzugterweise erfolgt
der Datenaustausch über einen SPI (Serial Peripheral Interface).
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Vorzugsweise
ist die erste Rechnereinrichtung dazu ausgelegt, den mindestens
einen Abstandssensor in einen Betriebsmodus zu schalten, in welchem
der mindestens eine Abstandssensor dazu ausgelegt ist, ein Ultraschallsignal
auszusenden und bei einem Empfang einer Reflexion des ausgesendeten
Ultraschallsignals ein entsprechendes Empfangssignal als Sensorsignal
an die erste Rechnereinrichtung auszugeben, und wobei die erste
Rechnereinrichtung zusätzlich dazu ausgelegt ist, eine Empfangszeit,
eine Signaldauer, eine Signalstärke, eine Signalform, eine
Anzahl der Maxima, ein Maximalwert des mindestens einen Maximums
und/oder eine Halbwertsbreite des mindestens einen Maximums der
Reflexion des ausgesendeten Ultraschallsignals als mindestens einen
Messwert unter Berücksichtigung des Empfangssignals festzulegen.
Da das Zuordnen des mindestens einen Messwerts eine echtzeitkritische
Funktion ist, ist es vorteilhaft, wenn diese Funktion von der ersten
Rechnereinrichtung ausgeführt wird.
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Insbesondere
kann die erste Rechnereinrichtung einen Speicher umfassen. Der Speicher
der ersten Rechnereinrichtung ist bevorzugt ein RAM (Random Access
Memory).
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Des
Weiteren kann die erste Rechnereinrichtung dazu ausgelegt sein,
das mindestens eine Sensorsignal und/oder den mindestens einen Messwert auf
dem Speicher zwischenzuspeichern, wobei das mindestens eine von
dem Speicher abgelesene Sensorsignal und/oder der mindestens eine
von dem Speicher abgelesene Messwert als Datensignal bereitstellbar
ist. Beispielsweise erfolgt ein von der zweiten Rechnereinrichtung
gesteuerter periodischer blockweiser Datenaustausch. In diesem Fall
kann die zweite Rechnereinrichtung entscheiden, zu welchem Zeitpunkt
welche Daten zwischen den beiden Rechnereinrichtungen ausgetauscht
werden.
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In
einer Weiterbildung umfasst das Kommandosignal mindestens ein Messprotokollelement,
wobei die erste Rechnereinrichtung dazu ausgelegt ist, das mindestens
eine Messprotokollelement auf dem Speicher zwischenzuspeichern und
den mindestens einen Ultraschallsensor unter Berücksichtigung
des mindestens einen von dem Speicher abgelesenen Messprotokollelements
in den Betriebsmodus zu schalten. Auch auf diese Weise ist über
den Speicher eine virtuelle Schnittstelle realisierbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrerassistenz-
und/oder Sicherheitssystem als Parkpilot für eine Einparkunterstützung
ausgebildet. Um ein sicheres Einparken eines Fahrzeugs in eine Parklücke
zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, eine hohe Echtzeitanforderung
beim Ansteuern des mindestens einen Ultraschallsensors und beim
Festlegen der Umgebungsinformationen unter Berücksichtigung
der Reflektionen der von dem mindestens einen Ultraschallsensor ausgesendeten
Ultraschallsignale zu gewährleisten. Über die
vorliegende Erfindung ist dies kostengünstig ausführbar.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zweite Rechnereinrichtung
zusätzlich dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung
eines auf der zweiten Rechnereinrichtung abgespeicherten Steuerprogramms
mindestens eine weitere Komponente des Fahrzeugs zu steuern. Die
hier beschriebene Weiterbildung beruht auf der Erkenntnis, dass
eine Integration des ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems in einen Gesamt-Mikrocontroller, welcher zur
Ausführung einer weiteren Applikation durch Ansteuern der
mindesten einen weiteren Komponente ausgelegt ist, möglich
ist, indem zumindest ein hoher Prozentsatz der echtzeitkritischen Funktionen
von der ersten Rechnereinrichtung ausgeführt werden. Da
die in den Gesamt-Mikrocontroller integrierte zweite Rechnereinrichtung
keine oder kaum echtzeitkritischen Funktionen des Fahrerassistenz-
und/oder Sicherheitssystems übernimmt, beeinträchtigt
das Ausführen der mindestens einen weiteren Applikation
nicht die Echtzeitanforderungen der von der ersten Rechnereinrichtung
ausgeführten echtzeitkritischen Funktionen des Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems. Somit ist es beispielsweise möglich,
den Gesamt-Mikrocontroller zum Ausführen der Funktionen
eines weiteren Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems und/oder
eines Bodycomputers auszubilden.
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Des
Weiteren ist es mit einem geringen Aufwand möglich, die
Funktion der zweiten Rechnereinrichtung des Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems in einem Gesamt-Mikrocontroller einer bereits
vorhandenen Applikation unter Gewährleistung der Echtzeitfähigkeit
der Applikation zu integrieren. Gleichzeitig ist ein echtzeitkritisches
Sensorprotokoll in einem sehr großen Bereich unter Verwendung
der ersten Rechnereinrichtung wahlfrei generierbar und einlesbar,
so dass insbesondere eine gewünschte große Anzahl
unterschiedlicher Sensorprotokolle darstellbar und zur Laufzeit
einstellbar ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform müssen die
von dem Gesamt-Mikrocontroller ausgeführten Funktionen
des ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems
keiner Echtzeit-Anforderung genügen. Somit beeinflussen
diese Funktionen auch nicht die Fähigkeit des Gesamt- Mikrocontrollers,
weitere echtzeitkritische Applikationen auszuführen. Beispielsweise
kann der Gesamt-Mikrocontroller deshalb auch die Funktionen eines Bodycomputer-Mikrocontrollers
unter Einhaltung der gewünschten Echtzeitanforderungen
auszuführen und gleichzeitig die nicht echtzeitkritischen
Funktionen des ultraschallbasierten Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems übernehmen.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht beispielsweise eine Hochintegration
eines Parkpiloten in den Gesamt-Mikrokontroller. Zusätzlich
bietet die vorliegende Erfindung eine Hardware-Erweiterung zur Beherrschung
echtzeitkritischer Sensoren und ihrer Kommunikation. Dies gilt insbesondere
für die Ansteuerung des mindestens einen Ultraschallsensors, für
die Protokollgenerierung und für den Echo-Empfang. Die
Daten-Zeiterfassung und die Zwischenspeicherung weisen dabei eine
vorteilhafte Echtzeitfähigkeit auf.
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Die
in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch
bei einem entsprechenden Bodycomputer für ein Fahrzeug
mit einem derartigen Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystem
gewährleistet.
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Ebenso
sind die vorhergehend beschriebenen Vorteile bei einem korrespondierenden
Verfahren zum Betreiben einer Steuer- und/oder Informationsausgabevorrichtung
eines Fahrzeugs mit mindestens einem Ultraschallsensor realisierbar.
Die erste Modulations- und/oder Ansteuereinrichtung und/oder die
zweite Modulations- und/oder Ansteuereinrichtung kann eine Rechnereinrichtung,
wie beispielsweise eine Anwendungsspezifische-Integrierte-Schaltung
und/oder ein Mikrocontroller sein. Vorzugsweise ist die erste Modulations-
und/oder Ansteuereinrichtung eine Anwendungsspezifische-Integrierte-Schaltung
und die zweite Modulations- und/oder Ansteuereinrichtung ein Mikrocontroller.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Aufbau eines Steuergeräts einer Ausführungsform
des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems;
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2 ein
Funktionsschema eines Zeitsteuermoduls des Steuergeräts
der 1; und
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3 ein
Funktionsschema eines Mikrocontrollers des Steuergeräts
der 1.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Steuergeräts einer Ausführungsform
des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems.
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Das
schematisch dargestellte Steuergerät 10 (Electronic
Control Unit, ECU) umfasst eine als Chip 12 ausgebildete
erste Rechnereinrichtung und eine als Mikrocontroller 14 ausgebildete
zweite Rechnereinrichtung. Der Chip 12 ist beispielsweise ein
Custom-Chip und/oder als Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung
(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) ausgebildet. Die
beiden Rechnereinrichtungen 12 und 14 können
als getrennt ausgebildete Rechnereinrichtungen 12 und 14 bezeichnet
werden, obwohl sie in einem gemeinsamen Gehäuse des Steuergeräts 10 eingebaut
sein können.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das Steuergerät 10 mit
dem Chip 12 und dem Mikrocontroller 14 als Rechnereinrichtungen
beschränkt. Anstelle des Chips 12 und/oder des
Mikrocontrollers 14 kann das Steuergerät 10 eine
andere Rechnereinrichtung aufweisen.
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Das
Steuergerät 10 ist dazu ausgelegt, mindestens
einen Abstandssensor, hier einen Ultraschallsensor 16 in
einen Betriebsmodus zu schalten, ein von dem mindestens einen Abstandssensor 16 bereitgestelltes
Sensorsignal zu empfangen, eine dem mindestens einen Sensorsignal
entsprechende Umgebungsinformation festzulegen und unter Berücksichtigung
der festgelegten Umgebungsinformation ein Steuersignal an eine Steuer-
und/oder Informationsausgabevorrichtung eines Fahrzeugs mit dem
Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystem auszugeben. Das Steuergerät 10 kann
zum Ansteuern eines oder mehrerer Abstandssensoren ausgelegt sein.
Es wird hier darauf hingewiesen, dass das ver wendbare Steuergerät 10 nicht
auf die dargestellte Anzahl ansteuerbarer Ultraschallsensoren 16 beschränkt
ist.
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Das
Steuergerät 10 erfüllt die Funktionen
eines Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems, beispielsweise
eines Parkpiloten. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Steuergerät 10 als
Alternative oder als Ergänzung zu den Funktionen eines Parkpiloten
auch die Funktionen mindestens eines anderen Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems erfüllen kann. Unter einem Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystem ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, welche
den Fahrer über eine Informationsausgabe auf eine bestimmte
Umgebungs- und/oder Verkehrssituation aufmerksam macht, eine Fahrweise
und/oder einen Zustand des Fahrzeugs automatisch an die aktuelle
Umgebungs- und/oder Verkehrssituation anpasst, eine von dem Fahrer
vorgegebene Fahrtroute automatisch abfährt und/oder die
Sicherheit der Fahrzeuginsassen während der Fahrt verbessert.
Beispiele dafür sind ein Abstandsregeltempomat (Active/Adaptive
Cruise Control, ACC), ein Fahrspurhaltesystem und/oder ein Airbagauslösesystem.
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Auf
dem Mikrocontroller 14 ist eine Software 18 abgespeichert,
welche mindestens ein Messprogramm 20 zum Ansteuern der
Ultraschallsensoren 16, eine Datenbus-Software 22 zum
Betreiben eines Datenbusses 26 und eine Operating-System-Software 24 (z.
B. Windows) umfasst. Mittels der Operating-System-Software 24 können
Messprogrammelemente des mindestens einen Messprogramms 20 und/oder
Programmelemente der Datenbus-Software 22 ausgelesen und über
eine Signalverbindung 30 an eine Datenbus-Hardware 28 des
Datenbusses 26 bereitgestellt werden.
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Der
Mikrocontroller 14 ist über den Datenbus 26 mit
dem Chip 12 verbunden. Vorzugsweise ist der Datenbus 26 ein
bidirektionaler serieller Datenbus, welcher mit einem ersten Ende
an der Datenbus-Hardware 28 des Mikrocontrollers 14 und
mit einem zweiten Ende an einem Zeitsteuermodul 34 (Time
Control Module, TCM) des Chips 12 angekoppelt ist. Auf
diese Weise ist ein verlässlicher bidirektionaler Datenaustausch
zwischen dem Mikrocontroller 14 und dem Chip 12 gewährleistet.
Der Datenbus 26 kann beispielsweise ein SPI (Serial Peripheral
Interface) sein.
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Das
Zeitsteuermodul 34 kann zum Ausführen seiner weiter
unten beschriebenen Funktionen ein Taktsignal 36 eines
Taktgebers 38 (Clock) empfangen. Der Taktgeber 38 kann
auf dem Mikrocontroller 14 angeordnet sein. Es wird jedoch
darauf hingewiesen, dass die vorliegende Ausführungsform
nicht auf einen auf dem Mikrocontroller 14 angeordneten Taktgeber 38 eingeschränkt
ist. Stattdessen kann der Taktgeber 38 auch eine Untereinheit
des Chips 12 oder einer weiteren (nicht dargestellten)
Komponente des Steuergeräts 10 sein.
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Das
Zeitsteuermodul 34 ist zur Kommunikation mit dem Mikrocontroller 14 über
den Datenbus 26 ausgelegt. Zusätzlich ist das
Zeitsteuermodul 34, wie unten ausführlicher beschrieben
wird, zu einer (echtzeitkritischen) Ansteuerung der Ultraschallsensoren 16 und
zu einer (echtzeitkritischen) Erstauswertung der von den Ultraschallsensoren 16 ausgegebenen
Sensorsignale ausgelegt. Dazu ist das Zeitsteuermodul 34 an
eine (ASIC-)Hardware 40 gekoppelt, über welche
die Ultraschallsensoren 16 aktivierbar, ansteuerbar und/oder
in einen gewünschten Betriebsmodus schaltbar sind. Des
Weiteren ist das Zeitsteuermodul 34 an eine gemeinsame
Schnittstelle 42 mit den Ultraschallsensoren 16 gekoppelt. Über die
Schnittstelle 42 erfolgt beispielsweise ein Bereitstellen
einer an den Spannungsbedarf der Ultraschallsensoren 16 angepassten
Betriebsspannung und/oder ein Empfangen des mindestens einen von den
Ultraschallsensoren 16 ausgegebenen Sensorsignals.
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Die
zur Auswertung der von den Ultraschallsensoren 16 bereitgestellten
Sensorsignale und zum Festlegen der Umgebungsinformation vorteilhaften Verfahrensschritte
lassen sich in echtzeitkritische Verfahrensschritte und nicht-echtzeitkritische
Verfahrensschritte unterteilen. Echtzeitkritische Verfahrensschritte
sind Verfahrensschritte, bei deren Ausführen eine Verzögerung
von 2 bis 10 μs zu einer signifikanten Funktionsbeeinträchtigung
des Steuergeräts 10 führen kann. Ein
Beispiele für echtzeitkritische Verfahrensschritte sind
das Aktivieren der Ultraschallsensoren 16, das Auslesen
der Ultraschallsensoren 16 und/oder das Festlegen einer
Empfangszeit, einer Signaldauer, einer Signalstärke, einer
Signalform, einer Anzahl der Maxima, eines Maximalwerts des mindestens
einen Maximums und/oder einer Halbwertsbreite des mindestens einen
Maximums eines von einem Ultraschallsensor 16 als Sensorsignal
empfangenen Reflexionssignals/Empfangssignals.
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Bei
dem hier beschriebenen Steuergerät 10 werden die
echtzeitkritischen Verfahrensschritte als echtzeitkritische Erstauswertung
von dem Zeitsteuermodul 34 des Chips 12 ausgeführt.
Zum Erläutern einer genaueren Funktionsweise des Zeitsteuermoduls 34 wird
auf die nachfolgende Beschreibung der 2 verwiesen.
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Die
bei der echtzeitkritischen Erstauswertung festgelegten Messwerte
werden anschließend als Datensignal über den Datenbus 26 an
die Datenbus-Hardware 28 des Mikrocontrollers 14 ausgegeben.
Anschließend werden die von der Datenbus-Hardware 28 empfangenen
Messwerte über die Verbindung 30 an die Software 18 des
Mikrocontrollers 14 ausgegeben. Danach erfolgt eine nicht-echtzeitkritische
Zweitauswertung. Dabei führt der Mikrocontroller 14 vorzugsweise
nur nicht-echtzeitkritische Verfahrensschritte zum Festlegen der
Umgebungsinformation unter Berücksichtigung des Datensignals/der
Messwerte aus. Anschließend wird unter Berücksichtigung
der festgelegten Umgebungsinformation eine Steuervorrichtung des
Fahrzeugs so angesteuert, dass das Fahrzeug seine Fahrweise und/oder
seinen Zustand an die festgelegte Umgebungsinformation anpasst.
Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann auch mindestens
eine fahrzeugeigene Informationsausgabevorrichtung über ein
Steuersignal dazu aktiviert werden, den Fahrer des Fahrzeugs über
eine Bildanzeige und/oder eine Tonausgabe auf die festgelegte Umgebungsinformation
aufmerksam zu machen.
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Es
wird hier noch einmal darauf hingewiesen, dass bei der beschriebenen
Ausführungsform die echtzeitkritischen Verfahrensschritte
vorzugsweise ausschließlich durch den Chip 12 ausgeführt
werden. Die nicht-echtzeitkritischen Verfahrensschritte können
zu einem hohen Prozentsatz von dem Mikrocontroller 14 ausgeführt
werden. Dies erlaubt eine kleinere und kostengünstigere
Ausbildung des Chips 12.
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Zusätzlich
können die Funktionen mindestens einer anderen Applikation
in den Mikrocontroller 14 integriert werden, ohne dass
es zu Verzögerungen beim Ausführen der echtzeitkritischen
Verfahrensschritte des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems
kommt. Da diese echtzeitkritischen Verfahrensschritte von dem Chip 12 ausgeführt
werden, beeinträchtigt die Integration der zu der mindes tens
einer anderen Applikation gehörigen Funktionen in den Mikrocontroller 14 nicht
das Ausführen der echtzeitkritischen Verfahrensschritte
des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Mikrocontroller 14 beispielsweise
dazu ausgelegt, zumindest die Funktionen des Bodycomputer-Mikrocontrollers
zusätzlich auszuführen. Der Mikrocontroller 14 kann
in diesem Fall als Gesamt-Mikrocontroller des Fahrerassistenz- und/oder
Sicherheitssystems und des Bodycomputers bezeichnet werden. Durch die
Integration des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems und
des Bodycomputers in den Mikrocontroller 14 lässt
sich die Anzahl der an dem Fahrzeug verbauten Komponenten reduzieren.
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2 zeigt
ein Funktionsschema eines Zeitsteuermoduls des Steuergeräts
der 1.
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Die
im Folgenden beschriebenen Funktionen des Zeitsteuermoduls 34 lassen
sich in Kommunikations-Funktionen 44 und Echtzeit-Funktionen 46 unterteilen.
Die Kommunikations-Funktionen 44 dienen zur Kommunikation
des Zeitsteuermoduls 34 mit dem Mikrokontroller 14 über
den Datenbus 26. Die Kommunikations-Funktionen 44 sind
nicht echtzeitkritisch, d. h. eine Verzögerung von 2 bis
10 μs führt beim Ausführen der Kommunikations-Funktionen 44 mit
einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht zu einer signifikanten Funktionsbeeinträchtigung
des Fahrerassistenz- und/oder Sicherheitssystems.
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Die
Echtzeit-Funktionen 46 umfassen ein Ansteuern der Ultraschallsensoren 16,
ein Empfangen der von den Ultraschallsensoren 16 bereitgestellten
Sensorsignale und ein Festlegen einer Empfangszeit, einer Signaldauer,
einer Signalstärke, einer Signalform, einer Anzahl der
Maxima, eines Maximalwerts des mindestens einen Maximums und/oder
einer Halbwertsbreite des mindestens einen Maximums bezüglich
eines bereitgestellten Sensorsignals. Die Ausleserate für
die Ultraschallsensoren 16 kann dabei zwischen 2 bis 10 μs
liegen. Im Gegensatz zu den Kommunikations-Funktionen 44 sind
die Echtzeit-Funktionen 46 zu einem hohen Prozentsatz echtzeitkritisch.
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Um
ein gutes Zusammenwirken der Funktionen 44 und 46 zu
gewährleisten, ist ein Speicher 48 des Zeitsteuermoduls 34 als
virtuelle Schnittstelle für die Funktionen 44 und 46 ausgebildet.
Wie der Fachmann anhand der folgenden Textstellen erkennt, ergeben
sich aufgrund des als virtuelle Schnittstelle ausgebildeten Speichers 48 ein
vorteilhaftes Zusammenwirken der Funktionen 44 und 46 und
damit eine vorteilhafte Echtzeitfähigkeit des Steuergeräts 10. Somit
ist das Steuergerät 10 als ultraschallbasiertes Fahrerassistenz-
und/oder Sicherheitssystem dazu ausgelegt, innerhalb von einem vergleichsweise
kleinen Zeitintervall, beispielsweise innerhalb von 30 ms, auf eine Änderung
in der Umgebungs- und/oder Verkehrssituation zu reagieren.
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Über
eine Datenbus-Schnittstelle 50 des Zeitsteuermoduls 34 ist
eine Empfangseinheit 52 des Zeitsteuermoduls 34 an
den Datenbus 26 gekoppelt. Die Empfangseinheit 52 ist
dazu ausgelegt, über den Datenbus 26 ein von dem
Mikrocontroller 14 ausgegebenes Kommandosignal 54 zu
empfangen. Das Kommandosignal 54 enthält beispielsweise
Messprotokollelemente 56, welche bei einem nachfolgenden
Betreiben der Ultraschallsensoren 16 berücksichtigt
werden sollen. Die Messprotokollelemente 56 können
als Kommandosignal 54 blockweise von dem Mikrocontroller 14 über
den Datenbus 26 an das Zeitsteuermodul 34 ausgegeben
werden. Die Empfangseinheit 52 ist dazu ausgelegt, die
Messprotokollelemente 56 auf den Speicher 48 zwischenzuspeichern. Auf
das Bereitstellen des Kommandosignals 54 durch die Datenbus-Hardware 28 wird
unten noch eingegangen.
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Das
Kommandosignal 54 kann zusätzlich Schaltervorgaben 58 umfassen,
welche von der Empfangseinheit 52 an eine Hardware-Kontrolleinheit 60 des
Zeitsteuermoduls 34 ausgegeben werden. Die Hardware-Kontrolleinheit 60 ist
in diesem Fall dazu ausgelegt, über ein erstes Ausgabesignal 62 eine
Sendeeinheit 64 des Zeitsteuermoduls 34 anzusteuern.
Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Sendeeinheit 64 auch über
ein zweites Ausgabesignal 66 der Empfangseinheit 52 direkt
ansteuerbar sein. Auf die Funktion der Sendeeinheit 64 wird unten
noch genauer eingegangen.
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Die
auf dem Speicher 48 zwischengespeicherten Messprotokollelemente 56 können
von einem Zeitgenerator 68 ausgelesen werden. Der Speicher 48 stellt somit
eine virtuelle Schnittstelle zwischen der Empfangseinheit 52 und
dem Zeitgenerator 68 dar, wobei die Empfangseinheit 52 zum
Ausführen eines Teils der nicht-echtzeitkritischen Kommunikations-Funktionen 44 und
der Zeitgenerator 68 zum Ausführen eines Teils
der Echtzeit-Funktionen 46 ausgelegt ist. Der Zeitgenerator 68 wird über
das Taktsignal 36 des schon beschriebenen Taktgebers 38 getaktet.
Zusätzlich ist der Taktgeber 38 an eine Zeitmesseinheit 70 gekoppelt,
welche durch das Taktsignal 36 ebenfalls getaktet wird.
Auf die Funktion der Zeitmesseinheit 70 wird unten eingegangen.
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Der
Zeitgenerator 68 ist dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung
der Messprotokollelemente 56 die Ansteuerung der Ultraschallsensoren 16 in
Echtzeit auszuführen. Man kann diese Ansteuerung der Ultraschallsensoren 16 durch
den Zeitgenerator 68 auch als eine von dem Zeitgenerator 68 generierte Kommunikation
mit den Ultraschallsensoren 16 in Echtzeit bezeichnen.
Dabei gibt der Zeitgenerator 68 unter Berücksichtigung
der Messprotokollelemente 56 ein Aktivierungssignal 72 über
die Schnittstelle 42 an die Ultraschallsensoren 16 aus.
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Der
besseren Übersichtlichkeit wegen ist in 2 nur
ein Ultraschallsensor 16 beispielhaft dargestellt. Wie
der Fachmann jedoch erkennt, kann der Zeitgenerator 68 zum
Ansteuern mehrerer Ultraschallsensoren 16 ausgelegt sein.
Insbesondere kann der Zeitgenerator 68 für ein
Aktivieren mehrerer Ultraschallsensoren 16 in einer vorgegebenen
Reihenfolge, wobei vorteilhafterweise zu jedem Zeitpunkt höchstens
ein Ultraschallsensor 16 aktiviert ist, ausgelegt sein.
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Durch
das Aktivierungssignal 72 wird der mindestens eine Ultraschallsensor 16 in
einen Betriebsmodus geschaltet, in welchem der jeweilige Ultraschallsensor 16 ein
Ultraschallsignal ausgibt. Bei Empfang einer Reflexion des ausgesendeten
Ultraschallsignals gibt der Ultraschallsensor 16 anschließend
ein entsprechendes Empfangssignal/Reflexionssignal 74 als
Sensorsignal über die Schnittstelle 42 an die
Zeitmesseinheit 70 aus.
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Das
Empfangssignal 74 wird an einem dem jeweiligen Ultraschallsensor 16 zugeordneten
Empfangskanal 76 der Zeitmesseinheit 70 bereitgestellt. Die
Zeitmesseinheit 70 ist dazu ausgelegt, eine Erstauswertung
des an dem jeweiligen Empfangskanal 76 bereitgestellten
Empfangssignals 74 auszuführen. Beispiels weise
legt die Zeitmesseinheit 70 eine Empfangszeit (Zeitstempel),
eine Signaldauer, eine Signalstärke, eine Signalform, eine
Anzahl der Maxima, einen Maximalwert des mindestens einen Maximums und/oder
eine Halbwertsbreite des mindestens einen Maximums des Empfangsignals 74 als
mindestens einen Messwert 78 fest. Da die Verfahrensweise
zum Festlegen des mindestens einen Messwerts 78 bezüglich
eines Echos eines ausgesendeten Ultraschallsignals dem Fachmann
bekannt ist, wird hier nicht genauer darauf eingegangen. Der auf
diese Weise festgelegte mindestens eine Messwert 78 wird an
den Speicher 48 ausgegeben und auf einer Datensektion des
Speichers 48 zwischengespeichert.
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Der
mindestens eine Messwert 78 wird zu einem späteren
Zeitpunkt von der bereits genannten Sendeeinheit 64 aus
dem Speicher 48 ausgelesen. Das Auslesen des mindestens
einen Messwerts 78 aus dem Speicher 48 erfolgt
dabei durch Ansteuerung der Sendeeinheit 64 mit mindestens
einem der Ausgabesignale 62 und 66. Die Sendeeinheit 64 generiert
anschließend ein dem mindestens einen Messwert 78 entsprechendes
Datensignal 80 und gibt dieses über die Datenbus-Schnittstelle 50 und den
Datenbus 26 an den Mikrocontroller 14 aus. Vorzugsweise
erfolgt das Ausgeben des mindestens einen Messwerts 78 an
den Mikrocontroller 14 über den Datenbus 26 blockweise.
Da die Sendeeinheit 64 mittels des von dem Mikrocontroller 14 ausgegebenen
Kommandosignals 54 ansteuerbar ist, kann man das Bereitstellen
des mindestens einen Messwerts 78 auch als Abholen/Auslesen
des mindestens einen Messwerts 78 durch den Mikrocontroller 14 bezeichnen.
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Der
Speicher 48 stellt somit auch eine virtuelle Schnittstelle
zwischen der Zeitmesseinheit 70 und der Sendeeinheit 64 dar,
so dass ein Zusammenwirken der von der Zeitmesseinheit 70 ausgeführten Echtzeit-Funktionen 46 und
der von der Sendeeinheit 64 ausgeführten nicht-echtzeitkritischen
Kommunikations-Funktionen 44 problemlos möglich
ist.
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Über
den Speicher 48 ist deshalb eine bidirektionale Zwischenpufferung
der Messprotokollelemente 56 und des mindestens einen Messwerts 78 möglich.
Dies gewährleistet das vorteilhafte Zusammenwirken der
Kommunikations-Funktionen 44 mit vergleichsweise niedrigen
Echtzeitanforderungen und der Echtzeit-Funktionen 46 mit
relativ hohen Echtzeitanforderungen. Der Speicher 48 ist
vorzugsweise ein RAM (Random Access Memory).
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Auf
diese Weise sind über das Zeitsteuermodul 34 ein
erster Pfad der Messprotokollelemente 56 von dem Mikrocontroller 14 zu
dem Speicher 48 und ein zweiter Pfad des mindestens einen
Messwerts 78 von dem Speicher 48 zu dem Mikrocontroller 14 realisierbar,
deren Einzelschritte nicht echtzeitkritisch sind. Zusätzlich
sind über das Zeitsteuermodul 34 ein dritter Pfad
zum Ausführen der Messprotokollelemente 56 von
dem Speicher 48 zu den Ultraschallsensoren 16 und
ein vierter Pfad zum Auswerten der Ultraschallechos und Festlegen
des mindestens einen Messwerts 78 von den Ultraschallsensoren 16 zu dem
Speicher 48 realisiert, wobei die Einzelschritte des dritten
Pfads und des vierten Pfads hohen Echtzeitanforderungen genügen.
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3 zeigt
ein Funktionsschema eines Mikrocontrollers des Steuergeräts
der 1.
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Von
der Software 18 (mit dem mindestens einen Messprogramm)
werden Messprotokollelemente 56 an die Datenbus-Hardware 28 ausgegeben.
Die Datenbus-Hardware 28 gibt die Messprotokollelemente 56 anschließend
als Kommandosignal 54 über einen Datenbus-Betreiber 82 und
den Datenbus 26 an den Chip 12 aus. Der Chip 12 führt
anschließend die in 2 schematisch
wiedergegebenen Funktionen aus.
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Somit
ist eine Protokollgenerierung mit hoher Flexibilität möglich,
ohne dass die Software 18 mit dem mindestens einen Messprogramm
auf dem Chip 12 abgespeichert ist. Stattdessen wird das
gewünschte Sensorprotokoll zur Laufzeit konfiguriert. Die
Steuerung der Funktionen des Chips 12 und die Interpretation
des mindestens einen Messwerts 78 erfolgt vorzugsweise
im Mikrocontroller 14.
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Der
von dem Chip 12 festgelegte mindestens einen Messwert 78 wird
als Datensignal 80 von dem Datenbus-Betreiber 82 über
den Datenbus 26 von dem (nicht dargestellten) Speicher
des Chips 12 abgelesen und in der Datenbus-Hardware 28 zwischengespeichert.
Anschließend wird der mindestens eine Messwert 78 an
die Software 18 weitergeleitet. In der Software 18 kann
anschließend eine Zweit auswertung des mindestens einen
Messwerts 78 zum Festlegen der Umgebungsinformation erfolgen.
Da die dabei ausgeführten Verfahrensschritte für
einen Fachmann naheliegend sind, werden sie hier nicht beschrieben.
Danach erfolgt das schon erwähnte Ansteuern der mindestens
einen fahrzeugeigenen Steuer- und/oder Informationsausgabevorrichtung.
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Die
Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller 14 und dem Chip 12 über
den Datenbus 26 ist vorzugsweise eine blockorientierte
Kommunikation. In diesem Fall werden alle Sendeobjekte blockweise übertragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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