DE102012005234A1

DE102012005234A1 - Kraftfahrzeug mit logischer Steuerung

Info

Publication number: DE102012005234A1
Application number: DE201210005234
Authority: DE
Inventors: Andreas HEITMANN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-19

Abstract

Ein Kraftfahrzeug umfasst eine Mehrzahl von Sensoren (13–17), die als Ausgabe jeweils ein binäres Zustandsdatenwort liefern, wobei eine Verkettung der Zustandsdatenwörter ein globales Zustandsdatenwort (I) von n Bit Breite ergibt, eine Mehrzahl von Aktoren (3, 7, 11), die als Eingabe jeweils ein binäres Steuerdatenwort empfangen, das durch eine Entkettung eines globalen Steuerdatenworts (O) von m Bit Breite erhalten ist, eine Mustervergleichseinheit (21–29), die das globale Zustandsdatenwort empfängt und deren Ausgabe (Z) anzeigt, ob ein vorgegebenes Muster in dem globalen Zustandsdatenwort (I) enthalten ist oder nicht, und einen binären Funktionsgenerator (30–33), der die Ausgabe (Z) der Mustervergleichseinheit (21–29) empfängt und jedem Wert der Ausgabe (Z) der Mustervergleichseinheit einen Wert des globalen Zustandsdatenworts (O) zur Ausgabe an die Aktoren (3, 7, 11) zuordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kraftfahrzeug und insbesondere dessen Steuerung.
Ein Kraftfahrzeug enthält herkömmlicherweise eine Mehrzahl von Sensoren, die Betriebszustandsgrößen des Kraftfahrzeugs direkt messen oder aus Messungen anderer Größen ableiten. Um in einer digitalen Steuereinheit bearbeitet zu werden, müssen die Ausgaben dieser Sensoren in digitaler Form vorliegen. Denkt man sich die digitalen Ausgaben sämtlicher Sensoren eines Fahrzeugs in festgelegter Reihe hintereinander geschrieben, so erhält man ein Datenwort, das den globalen Zustand der Sensoren des Fahrzeugs zu einem gegebenen Zeitpunkt beschreibt.
Die Aufgabe der digitalen Steuereinheit ist dann, die diversen Aktoren des Fahrzeugs passend zum erfassten globalen Zustand zu steuern. Der Steuervorgang kann – analog zur Zusammenfassung des Zustands des Fahrzeugs in einem globalen Zustandsdatenwort – als das Ausgeben eines globalen Steuerdatenworts aufgefasst werden, in dem die jeweils für einen einzelnen der Aktoren bestimmten Steuerdatenwörter in festgelegter Reihenfolge hintereinander geschrieben sind, und das somit in Steuerdatenwörter für die einzelnen Aktoren zerlegt werden kann.
Die Bitzahl der globalen Datenwörter hängt ab von der Zahl der Sensoren und Aktoren und deren Auflösung. Sie kann bei einem modernen Fahrzeug leicht mehrere Dutzend betragen. Wenn man annimmt, dass das globale Zustandsdatenwort n Bit breit ist und das globale Steuerdatenwort m Bit breit ist, dann wäre für eine Implementierung der Steuereinheit durch eine Nachschlageta-Speicherplatz von 2ⁿ·m Bit erforderlich. Eine Breite von n = 40 Bits führt bereits zu einem Speicherbedarf von etlichen Terabyte, und jedes zusätzliche Bit verdoppelt den Platzbedarf. Insbesondere intelligente Sensoren, die im Rahmen von Fahrerassistenzsystemen zunehmend verwendet werden, um Fahrbahneigenschaften wie etwa aktuelle oder bevorstehende Kurven, Gefälle, Fahrbahnunebenheit etc. zu beurteilen, haben zu einer starken Vermehrung der Bits des globalen Zustandsdatenworts geführt, so dass Breiten n von 50–60 heutzutage nicht ungewöhnlich sind. Eine Nachschlagetabelle mit einer solchen Adressbreite wäre nicht nur aufgrund ihres Umfangs prohibitiv teuer, auch die Entwicklungszeit zum Erstellen ihres Inhalts würde exponentiell anwachsen und zu nicht vertretbaren Kosten führen.
Ein neuartiger Sensor kann aber nur dann sinnvoll in die Steuerung eines Kraftfahrzeugs integriert werden, wenn seine Ausgaben mit denen der anderen Sensoren verknüpft werden können, um daraus Steuersignale für die Aktoren abzuleiten.
Es besteht daher Bedarf nach einer Technik, die es ermöglicht, die Ansteuerung der Aktoren eines Kraftfahrzeugs mit dem Zustand seiner Sensoren so zu verknüpfen, dass der Speicheraufwand überschaubar bleibt und kurze Reaktionszeiten möglich sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Sensoren, die als Ausgabe jeweils ein binäres Zustandsdatenwort liefern, wobei eine Verkettung der Zustandsdatenwörter ein globales Zustandsdatenwort von n Bit Breite ergibt, einer Mehrzahl von Aktoren, die als Eingabe jeweils ein binäres Steuerdatenwort empfangen, das durch eine Entkettung eines globalen Steuerdatenworts von m Bit Breite erhalten ist, einer Mustervergleichseinheit, die das globale Zustandsdatenwort empfängt, und deren Ausgabe anzeigt, ob ein vorgegebenes, spezifizierten Zuständen bestimmter Sensoren entsprechendes Muster in dem globalen Zustandsdatenwort enthalten ist oder nicht, und einem binären Funktionsgenerator, der die Ausgabe der Mustervergleichseinheit empfängt und jedem Wert der Ausgabe der Mustervergleichseinheit einen Wert des globalen Zustandsdatenworts zur Ausgabe an die Aktoren zuordnet. Das zu erfassende Muster kann so gedanklich der Voraussetzung für die Anwendung einer Regel gleichgesetzt werden, wobei eine Steuermaßnahme, die gemäß der Regel durchzuführen ist, wenn die Voraussetzung vorliegt, in dem Funktionsgenerator kodiert ist.
In der Praxis wird die Mustervergleichseinheit eine Mehrzahl j von Mustern speichern, und die Ausgabe der Mustervergleichseinheit umfasst j Bits, deren jedes einem der Muster zugeordnet ist und angibt, ob das Muster im globalen Zustandsdatenwort enthalten ist oder nicht. Die Ausgabe der Mustervergleichseinheit kann natürlich insgesamt mehr als j Bits umfassen, wobei die überzähligen Bits keinem Muster zugeordnet sind. Ein solcher Aufbau gewährleistet eine leichte Skalierbarkeit; wenn ein zusätzlicher Sensor hinzukommt und die Zahl der zu überwachenden Muster größer wird, können die Reservebits zusätzlichen Mustern zugeordnet werden, ohne umfangreiche Änderungen an der Hardware der Steuerung oder eine Vervielfachung des Speicherplatzes zu erfordern.
Die Mustervergleichseinheit kann ein Muster zweckmäßigerweise in Form eines ersten und eines zweiten binären Schlüsselworts von n Bit Breite speichern. Zu jedem Bit des globalen Zustandsdatenworts können die gleichwertigen Bits der zwei Schlüsselwörter insgesamt vier verschiedene Zustände annehmen. Diese erlauben es, zwischen drei Fällen zu unterscheiden, nämlich dem, dass das Muster den Wert Null (oder Falsch) für das betreffende Bit verlangt, das es den Wert Eins (oder Wahr) verlangt oder dass der Wert des Bits in dem betreffenden Muster nicht festgelegt ist und folglich einen beliebigen Wert haben darf (don't care-Bedingung).
Die Mustervergleichseinheit kann das Vorhandensein des gesuchten Musters im globalen Zustandsdatenwort mit geringem Rechenaufwand prüfen, indem gleichwertige Bits des globalen Zustandsdatenworts und des ersten Schlüsselworts durch eine erste logische Operation zu einem ersten Zwischenergebnis von n Bit Breite verknüpft werden, gleichwertige Bits einer Negation des globalen Zustandsdatenworts und des zweiten Schlüsselworts durch die erste logische Operation zu einem zweiten Zwischenergebnis von n Bit Breite verknüpft werden, und die Bits der Zwischenergebnisse durch eine zweite logische Operation zu einem einzigen Ergebnisbit verknüpft werden, dessen Wert das Vorhandensein des Musters anzeigt und somit ein Bit der Ausgabe der Mustererkennungseinheit bilden kann. Es genügen somit zwei sukzessive auszuführende logische Operationen, um das Vorhandensein des Musters zu erkennen.
Die erste logische Operation kann eine Oder-Operation und die zweite eine Und-Operation sein; die umgekehrte Zuordnung ist ebenfalls möglich.
Vorzugsweise spezifiziert der logische Wert eines μ-ten Bits eines der Schlüsselwörter, ob das μ-te Bit des globalen Zustandsdatenworts wahr sein muss, um das Enthaltensein des Musters in dem globalen Zustandsdatenwort bejahen zu können, und der logische Wert des μ-ten Bits des anderen Schlüsselworts spezifiziert, ob das μ-te Bit des globalen Zustandsdatenwort falsch sein muss, um das Enthaltensein des Musters bejahen zu können. So kann z. B. eine Paarung „wahr, wahr” bzw. 11 der μ-ten Bits der Schlüsselwörter bedeuten, dass das μ-te Bit des globalen Zustandsdatenworts sowohl wahr sein darf als auch falsch sein darf, während das μ-te Bit bei einer Paarung „wahr, falsch” (10) falsch und bei einer Paarung „falsch, wahr” wahr sein muss, damit das Enthaltensein des Musters bejaht werden kann.
Der Funktionsgenerator kann zu jedem Bit der Ausgabe der Mustervergleichseinheit ein intermediäres Steuerdatenwort, vorzugsweise genau ein intermediäres Steuerdatenwort, enthalten, das je nach Wert des zugeordneten Bits der Ausgabe ausgewählt oder abgewählt ist, und erzeugt das globale Steuerdatenwort, indem gleichwertige Bits der ausgewählten intermediären Steuerdatenwörter durch eine logische Operation verknüpft werden. Ein ausgewähltes intermediäres Steuerdatenwort beschreibt die Einstellungen, die an den Aktoren des Kraftfahrzeugs vorzunehmen sind, wenn die Voraussetzungen für die Anwendung der zugeordneten Regel erfüllt sind. Die intermediären Steuerdatenwörter können wie das aus ihnen gebildete globale Steuerdatenwort aus mehreren aufeinanderfolgenden Steuerdatenwörtern kleinerer Bitzahl bestehen, die jeweils einem Aktor zugeordnet sind. Indem mehrere Steuerdatenwörter verknüpft werden, kann dem Fall Rechnung getragen werden, dass die Voraussetzung zur Anwendung mehrer Regeln gleichzeitig erfüllt sind.
Wenigstens einzelne Bits oder Steuerdatenwörter des globalen Steuerdatenworts können Teil des globalen Zustandsdatenworts sein; so können aktuelle Einstellungen der Aktoren bei der Festlegung einer Steuermaßnahme berücksichtigt werden.
Die Sensoren bzw. die von ihnen gelieferten Zustandsdatenwörter können diverse Zustandsgrößen des Fahrzeugs beschreiben. So kann insbesondere einem oder mehreren der folgenden Fahrzeug-Steuerparameter jeweils ein Bit oder ein Zustandsdatenwort des globalen Zustandsdatenworts zugeordnet sein:

– Fahrstil des Fahrers,
– Kurvenfahrt,
– Richtung der Kurve,
– Niederschlag,
– Art der Fahrbahn oder Geschwindigkeitsbegrenzung,
– Fahrzeuggeschwindigkeit,
– Drehzahl etc.

Im globalen Steuerdatenwort kann einem oder mehreren der folgenden Fahrzeug-Steuerparameter jeweils wenigstens ein Bit zugeordnet sein:

– Nachgiebigkeit von Stoßdämpfern,
– Übersetzungsverhältnis der Lenkung,
– Ausmaß der Lenkunterstützung durch eine Servolenkung,
– Schaltschwelle für das Umschalten zwischen zwei Gängen in einem Automatikgetriebe oder einem automatisierten Schaltgetriebe.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
2 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit des Fahrzeugs; und
3 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit des Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, die in Blockdiagrammform einige mit der vorliegenden Erfindung in Bezug stehende Komponenten zeigt. Nicht alle diese Komponenten sind für die Erfindung wesentlich; wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Erfindung auf eines oder mehrere der in der Figur gezeigten Subsysteme des Kraftfahrzeugs anwendbar; eine Anwendung auf andere als die hier gezeigten Subsysteme kommt ebenfalls in Betracht.
Ein Lenkrad 1 steuert den Lenkwinkel von Vorderrädern 2 des Kraftfahrzeugs mittels einer Servolenkung 3. Die Servolenkung 3 umfasst Antriebe zum Schwenken der Vorderräder 2 proportional zur Winkelposition des Lenkrades, die eine vom Fahrer auf das Lenkrad 1 ausgeübte und auf die Vorderräder 2 übertragene Lenkkraft unterstützen, indem sie eine Stellkraft auf die Vorderräder 2 ausüben, die eine vorgegebene Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und des vom Fahrer auf das Lenkrad 1 ausgeübten Drehmoment ist. Die Servolenkung 3 unterstützt mehrere Betriebszustände, die jeweils unterschiedliche Funktionen für die Steuerung der unterstützenden Stellkraft zugrunde legen. Eine zentrale Steuereinheit 4 legt fest, welchen dieser Betriebszustände die Servolenkung 3 einsetzt, indem sie ein entsprechendes Steuerdatenwort an die Servolenkung 3 sendet. So stellt die Servolenkung 3 einen von der Steuereinheit 4 gesteuerten Aktor dar.
Insbesondere bei einer Steer-by-Wire-Lenkung, die keine mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und Vorderrädern aufweist, kann die Servolenkung 3 ferner eine sogenannte active-front-steering-Funktionalität aufweisen, d. h. sie kann unterschiedliche Betriebszustände unterstützen, die sich voneinander durch das Verhältnis zwischen dem Winkel, um den der Fahrer das Lenkrad 1 dreht, und dem sich daraus ergebenen Einschlagwinkel der Vorderräder 2 unterscheiden. Auch dieses Verhältnis wird ggf. durch bestimmte Bits des von der Steuereinheit 4 an die Servolenkung 3 gelieferten Zustandssteuerworts festgelegt.
Ein Gaspedal 5 steuert die Last eines Motors 6 über eine elektrische Motorsteuerung 7. Die Motorsteuerung 7 unterstützt unterschiedliche Betriebszustände, die jeweils unterschiedliche Kennlinien zum Steuern der Motorlast in Funktion der Gaspedalstellung heranziehen. So kann es z. B. einen „ruhigen” Betriebszustand geben, in dem die Last nur wenig mit der Pedalstellung variiert, und es kann einen „dynamischen” Betriebszustand geben, in dem sich die Last stark mit der Pedalstellung ändert. Die Motorsteuerung 7 bildet so gegenüber der Steuereinheit 4 einen weiteren Aktor. Ein Steuerdatenwort von 1 Bit Breite von der Steuereinheit 4 genügt, um den Zustand der Motorsteuerung 7 festzulegen. Wenn ein Steuerdatenwort von 2 Bit Breite verwendet wird, kann ein Bit genutzt werden, um anzuzeigen, ob das zweite Bit von der Motorsteuerung 7 berücksichtigt werden soll oder nicht; so kann die Steuereinheit 4 Steuerdatenwörter gleichzeitig an mehrere Aktoren senden, ohne dass dadurch zwangsläufig der Zustand jedes Aktors neu bestimmt wird.
Eine Getriebesteuerung 8 steuert ein Getriebe 9 im Wesentlichen basierend auf Motorlast und Geschwindigkeit, die von nicht dargestellten Sensoren am Motor 6 erfasst sind. Die Getriebesteuerung 8 unterstützt unterschiedliche Betriebszustände, die jeweils unterschiedliche Drehzahlgrenzwerte für eine automatische Umschaltung zwischen den Gängen des Getriebes 9 heranziehen. So kann es auch hier einen „ruhigen” und einen „dynamischen” Betriebszustand geben, wobei die Grenzdrehzahlen für das Schalten der Gänge im ruhigen Betriebszustand höher liegen als im dynamischen. Wiederum legt die Steuereinheit 4 durch Ausgeben eines entsprechenden Steuerdatenworts fest, welchen der verschiedenen Betriebszustände die Getriebesteuerung 8 annimmt.
Die Getriebesteuerung 8 kann ferner eingerichtet sein, um zwischen einem Zweirad- und einem Vierrad-Antriebszustand umzuschalten. Ein von der Steuereinheit 4 an die Getriebesteuerung 8 gerichtetes Steuerdatenwort kann somit aus bis zu drei Teilen bestehen: wenigstens einem Bit zur Festlegung eines Satzes von zu verwendenden Schaltschwellen, einem Bit zum Auswählen zwischen Zweirad- und Vierradantrieb und einem Bit, das angibt, ob die vorgenannten von der Getriebesteuerung 8 berücksichtigt werden sollen oder nicht.
Eine elektronische Bremsensteuerung 11 steuert die Reaktion von nicht dargestellten Bremsen an den Rädern des Fahrzeugs auf die Betätigung eines Bremspedals 12 durch den Fahrer. Die Bremsensteuerung 11 kann herkömmliche Bremssteuerschemata wie etwa ein Antiblockiersystem oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm ESP einsetzen, und verschiedene, durch ein Steuerdatenwort von der Steuereinheit 4 auswählbare Betriebszustände der Bremsensteuerung 11 können sich in der Stärke des Schlupfs unterscheiden, der zugelassen wird, bevor das Antiblockiersystem oder das ESP eingreifen.
Eine nicht dargestellte Aufhängungssteuerung ist vorgesehen, um die Steifigkeit von Stoßdämpfern in der Radaufhängung des Fahrzeugs zu steuern, wobei unterschiedliche, wiederum durch ein Steuerdatenwort der Steuereinheit 4 festgelegte Zustände der Aufhängungssteuerung unterschiedlichen Graden der Steifigkeit der Stoßfänger entsprechen.
Um die an den diversen oben beschriebenen Aktoren einzustellenden Zustände festzulegen, ist die Steuereinheit 4 mit diversen Sensoren verbunden. Es kann dabei um Sensoren handeln, die direkt physikalische Größen wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl des Motors 6, auf das Fahrzeug einwirkende Beschleunigungen, erfassen. Andere Sensoren können Eingaben des Fahrers wie etwa die Betätigung von Gas- oder Bremspedal 5, 12, die Drehung des Lenkrads 1 oder die Betätigung von Bedienelementen am Armaturenbrett des Fahrzeugs erfassen. Sensoren im Sinne der vorliegenden Erfindung können auch Vorrichtungen sein, die Informationen aus diversen Quellen wie etwa den oben erwähnten Sensoren, einem Navigationssystem, einer die Umgebung des Fahrzeugs überwachenden Kamera 19 oder dergleichen auswerten und eventuell miteinander verknüpfen, um auf dieser Grundlage Zustandsparameter abzuschätzen. Welche Zustandsparameter im Einzelnen abgeschätzt werden, kann von einer Ausgestaltung zur anderen variieren. Die Menge der abgeschätzten Zustandsparameter kann eine beliebige echte oder unechte Teilmenge der Folgenden sein:

– Fahrstil des Fahrers: basierend auf einer statistischen Auswertung der Häufigkeit und Geschwindigkeit von Lenkbewegungen und/oder Pedalbetätigungen kann in einer Recheneinheit 13 eine Unterscheidung zwischen dynamischem und ruhigem Fahrstil getroffen und an die Steuereinheit 4 in Form eines Zustandsdatenworts von 1 Bit Breite übermittelt werden. Ein Zustandsdatenwort von 2 Bit Breite erlaubt darüber hinaus, einen ausgeglichenen Fahrstil zwischen den Extremen „ruhig” und „dynamisch” und/oder dem Fall zu bezeichnen, dass die vorliegenden Daten noch keine sichere Beurteilung des Fahrstils erlauben.
– Vorausliegen einer Kurve: basierend auf Daten der Kamera 19 oder eines Navigationssystems 14 ist die Recheneinheit 13 in der Lage, den zukünftigen Kurs des Fahrzeugs zu prognostizieren und ein zwei-Bit-Zustandsdatenwort zu liefern, von dem ein Bit angibt, ob eine Kurve voraus liegt oder nicht, und das zweite Bit ggf. die Richtung der Kurve spezifiziert.
– Bremswahrscheinlichkeit: indem die Recheneinheit 13 die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit dem Radius einer voraus liegenden Kurve in Beziehung setzt oder anhand der Daten der Kamera 19 die Entwicklung des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug überwacht, ist die Recheneinheit 13 in der Lage, die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, dass der Fahrer das Fahrzeug abbremsen wird, und ein Zustandsdatenwort zu liefern, das die Wahrscheinlichkeit einer Bremsung des Fahrzeugs spezifiziert. In analoger Weise kann die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Beschleunigung abgeschätzt und in einem Zustandsdatenwort spezifiziert werden.
– Fahrbahnneigung: der Parameter kann sich auf den Ort des Fahrzeugs oder auf ein vor ihm liegendes Wegstück beziehen. Ein Zustandsdatenwort, des zwischen ansteigender und absteigender Fahrbahn am Ort des Fahrzeugs differenziert, kann anhand von Messdaten von Beschleunigungssensoren 15, 16 und der Änderungsrate der Fahrzeugsgeschwindigkeit abgeschätzt werden. Eine Prognose der Neigung des vor dem Fahrzeug liegenden Weges kann anhand von Daten des Navigationssystems 14 getroffen werden. Auch eine Neigung der Fahrbahn quer zur Fahrtrichtung kann angegeben werden.

Basierend auf einer automatischen Verkehrszeichenerkennung in Bildern der Kamera 19 beurteilt die Recheneinheit 13, ob am Ort des Fahrzeugs eine Geschwindigkeitsbeschränkung gilt und wie hoch diese ggf. ist. Alternativ kann die Abschätzung einer Geschwindigkeitsbegrenzung auch auf Daten des Navigationssystems 14, im einfachsten Fall auf einer Entscheidung, ob sich das Fahrzeug innerhalb oder außerhalb einer geschlossenen Ortschaft befindet, basieren.
2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm der Steuereinheit 4, An einem Eingang 20 der Steuereinheit 4 liegt ein n Bit breites globales Zustandsdatenwort I an, das durch eine Verkettung der von diversen Sensoren wie etwa der Recheneinheit 13, einem Schalter 17 des Armaturenbretts etc. herrührenden Zustandsdatenwörter gebildet ist. Im Rahmen der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber angenommen, dass der Eingang 20 n parallele Bitleitungen, eines für jedes Bit des globalen Zustandsdatenworts und in der Figur symbolisiert durch einen den über den Eingang 20 laufenden Datenweg kreuzenden mit n beschrifteten Schrägstrich, umfasst, und dass innerhalb der Steuereinheit 4 in jedem Arbeitszyklus Datenwörter von n Bit Breite verarbeitet werden. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die Verarbeitung solcher Datenwörter großer Breite mehr oder weniger stark serialisiert erfolgen kann. So kann z. B. eine Datenleitung 18, über die die Steuereinheit 4 das globale Zustandsdatenwort I empfängt, als ein Bus von z. B. 16 Bit Breite strukturiert sein, auf dem bei einer angenommen Breite n des globalen Zustandsdatenworts 1 von 57 Bit in einem ersten Taktzyklus Bits 4 bis 15, in einem zweiten Taktzyklus Bits 16 bis 31, in einem dritten Taktzyklus Bits 32 bis 47 und in einem vierten Taktzyklus Bits 48 bis 56 sowie 7 unbelegte Bits übertragen und in der Steuereinheit 4 verarbeitet werden.
Eine Speicherbank 21 enthält j erste Schlüsselwörter A₁, A₂, ... A_j von n Bit Breite. Die physikalische Breite der Speicherplätze in der Speicherbank 21 kann größer als n und/oder die Anzahl der Speicherplätze größer als j sein, um eine Erweiterung des Systems, sei es durch Integration zusätzlicher Sensoren und eine damit einhergehende Verbreiterung des globalen Zustandsdatenworts oder eine Vergrößerung der Zahl von von der Steuereinheit 4 zu berücksichtigenden Regeln zu ermöglichen. In der Darstellung der 2 ist die Zahl j der Speicherplätze 22 in der Speicherbank 21 rein exemplarisch gleich fünf gesetzt; in der Praxis wird j meist erheblich größer als 5 sein. Jeder Speicherplatz 22 ist über eine Datenleitung 23, die insgesamt j × n genutzte Bitleitungen umfasst, mit einem von j Oder-Gattern 24 verbunden, die an ihrem zweiten Eingang jeweils das globale Zustandsdatenwort 1 empfangen. Bei voll paralleler Verarbeitung sind die j Datenleitungen 23 und Gatter 24 jeweils so breit wie die Speicherplätze 22; alternativ kann, genauso wie die Eingabe des globalen Zustandsdatenworts I in die Steuereinheit 4, auch dessen Verarbeitung darin teilweise seriell erfolgen; dann genügen Oder-Gatter geringerer Breite (z. B. 16 Bit), die sukzessive mit den nacheinander empfangenen Teilen des globalen Zustandsdatenworts I und den entsprechenden Teilen der Schlüsselwörter beaufschlagt werden. Da dem Fachmann diese Äquivalenz von paralleler und serieller Verarbeitung geläufig ist, wird im folgenden nur noch die parallele beschrieben. Die Ausgänge dieser Oder-Gatter 24 liefern j Verknüpfungsergebnisse von je n Bit Breite an einen ersten Eingang von j Und-Gattern 28 von ebenfalls je n Bit Breite.
Eine Speicherbank 25 hat den gleichen Aufbau wie die Speicherbank 21 und enthält in ihren wenigstens j Speicherplätzen 22 j zweite Schlüsselwörter A'₁, A'₂, ... A'_i von n Bit Breite. Jedes dieser zweiten Schlüsselwörter liegt an einem ersten Eingang eines zugeordneten Oder-Gatters 26 an, dessen zweiter Eingang über einen Inverter 27 das negierte globale Zustandsdatenwort Ī empfängt. Die je n Bit breiten Ausgaben der j Oder-Gatter 26 liegen an den zweiten Eingängen der Und-Gatter 28 an. Die j Und-Gatter 28 liefern an ihren Ausgängen jeweils ein Zwischenergebnis von n Bit Breite.
Während die Gatter 24, 26, 28 jeweils gleichwertige Bits ihrer je zwei Eingangsdatenwerte von je n Bit Breite verknüpfen, um eine Ausgabe gleicher Breite zu erhalten, handelt es sich bei den Und-Gattern 29, die die Zwischenergebnisse Z der Und-Gatter 28 empfangen, um solche mit wenigstens n Eingängen, die alle n Bits eines Zwischenergebnisses Z zu einem Ausgabebit verknüpfen. Die gemeinsame Ausgabe der Und-Gatter 29 ist somit ein Datenwort Z' von j Bit Breite.
Dieses Datenwort Z' wird bitweise aufgefächert an 1 Bit breite erste Eingänge von m Und-Gattern 30 angelegt, deren zweiter Eingang von jeweils mindestens m Bit Breite mit einem von j Speicherplätzen 32 einer dritten Speicherbank 31 verbunden ist, um von dort ein intermediäres Steuerdatenwort S zu empfangen, und die jeweils eine m Bit breite Ausgabe liefern, in denen jedes Bit durch Und-Verknüpfen des gleichrangigen Bits des intermediären Steuerdatenworts mit dem Bit des ersten Eingangs erhalten wird. So gibt jedes der Und-Gatter 30 das am ihm zugeordneten Speicherplatz 32 gespeicherte intermediäre Steuerdatenwort S aus, wenn das Bit an seinem ersten Eingang Eins ist, und gibt Null aus, wenn dieses Bit Null ist. Ein Oder-Gatter 33 erzeugt ein globales Steuerdatenwort O durch bitweises verknüpfen der Ausgaben der j Und-Gatter 30. Das globale Steuerdatenwort O wird, aufgefächert in einzelne Steuerdatenwörter, an die diversen Aktoren verteilt.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Steuereinheit 4 wird im Folgenden angenommen, das globale Steuerdatenwort I habe eine Breite von 8 Bit, wobei die Bits im Folgenden mit i₇, i₆, i₅, ..., i₁, i₀ bezeichnet werden. Das Bit i5 entspricht der Ausgabe eines von der Recheneinheit 13 gebildeten Kurvensensors. Zum betrachteten Zeitpunkt habe i₅ den Wert 1, der eine vor dem Fahrzeug liegende Kurve anzeigt, während i₅ = 0 eine vor dem Fahrzeug liegende gerade Strecke anzeigen würde. Bits i₀, i₁ zeigen das Ergebnis einer Fahrstilbeurteilung an, ihr Wert sei z. B. 00 bei ruhigem, 01 bei ausgeglichenem, 10 bei dynamischem Fahrstil. Eine Aufgabe der Steuereinheit 4 sei z. B., Stoßdämpfer des Fahrzeugs bei ruhigem Fahrstil weich, bei dynamischem Fahrstil hart und bei ausgeglichenem Fahrstil in einer Kurve hart und bei Geradeausfahrt weich einzustellen.
Betrachten wir zunächst den Fall des ruhigen Fahrstils. In diesem Fall hat das globale Zustandsdatenwort I die Form I = 00---1--, wobei der Strich Bits kennzeichnet, deren Wert nicht festgelegt ist. Die Speicherbank 21 enthalte u. a. erste Schlüsselworte A₁= 11111111, A₂ = 10111011, A₃ = 01111011. Die Speicherbank 25 enthalte u. a. zweite Schlüsselwörter A'₁ = 00111111 und A'₂ = A'₃ = 11111111. Bits mit dem Wert 1 in den Schlüsselwörtern zeigen an, dass es auf dem Wert des entsprechenden Bits im Zustandsdatenwort nicht ankommt. Ein Bit mit Wert Null in einem der ersten Schlüsselwörter zeigt an, dass das entsprechende Bit des Zustandsdatenwort I den Wert Eins haben soll, ein Bit Null im zweiten Schlüsselwort A', das es den Wert Null haben soll. Die Oder-Gatter 24 liefern parallel Ausgaben B₁ = Oder(I, A₁) = 11111111, B₂ = Oder(I, A₂) = 1011111, B₃ = Oder(I, A₃) = 01111111. Die Oder-Gatter 26 liefern Ausgaben B'₁ = Oder(Ī, A'₁) = Oder (11---0-,00111111 = 1111111, B'₂ = Oder(Ī, A'₂) = 11111111 und B'₃ = Oder(Ī, A'₃) = 11111111. Die Und-Gatter 28 liefern Zwischenergebnisse Z_i = Und(B_i, B'_i), i = 1, 2, 3. Da B'_i bei dem hier betrachteten Beispiel immer den Wert 11111111 hat, ist Z_i = B_i, und die Verknüpfung aller Bits der Zwischenergebnisse Z_i in den Und-Gattern 29 liefert Eins für Z₁ und Null für Z₂, Z₃, d. h. Z' = 100. D. h. mit den Schlüsselwörtern A₁, A'₁ ist ein ruhiger Fahrstil nachweisbar; die Schlüsselwortpaare A₂, A'₂ bzw. A₃, A'₃ sprechen hierauf nicht an.
Die von den Und-Gattern 29 ausgegebenen Bits 1,0,0 werden in den Und-Gattern 30 und-verknüpft mit Steuerwörtern S1, S2, S3 aus der Steuerschaltung 31, und das Ergebnis sind Datenwörter S1,0,0. Die Oder-Verknüpfung gleichrangiger Bits dieser Datenwörter im Oder-Gatter 33 ergibt hier O = S1. Wenn man annimmt, dass jeweils das μ-te Bit der Steuerwörter S1, S2, S3 den Soll-Zustand des Stoßdämpfers kodiert und ein Wert Null für einen weichen, ein Wert Eins für einen harten Stoßdämpfer steht, dann muss das μ-te Bit von S1 den Wert Null haben, um die Stoßdämpfer korrekt zu steuern.
Bei einem ausgeglichen Fahrer hat das globale Zustandsdatenwort vor einer Kurve die Form 01---1--. Es ergibt sich: B₁ = 11111111, B'₁ = 10111111, Z₁ = 10111111, B₂ = B^' ₂ = Z₂ = 11111111, B₃ = 01111111, B'₃ = 11111111 und Z₃ = 01111111. Die Und-Gatter 29 liefern somit Z' = 010.
Bei ausgeglichener Fahrweise und vorausliegender gerader Strecke hat das Zustandsdatenwort I die Form 01---0--, und es ergibt sich B₂ = 11111011 = Z₂. Die Ausgabe Z' des Und-Gatters 29 wäre in diesem Falle 000. Somit sind die Schlüsselwörter A₂, A'₂ selektiv für eine vorausliegende Kurve bei ausgeglichener Fahrweise. Das in diesem Fall am Oder-Gatter 33 ausgegebene Steuerdatenwort O = S₂ muss also in seinem μ-ten Bit den Wert 1 haben, um die Stoßdämpfer korrekt zu steuern.
Bei sportlicher Fahrweise hat das globale Zustandsdatenwort I die Form 10---1--. Dass die Schlüsselwörter A₃, A'₃ für diesen Fall selektiv sind, kann in analoger Weise wie oben beschrieben verifiziert werden. Die Ausgabe Z' der Und-Gatter 29 hat dann die Form 001, und die Und-Gatter 30 selektieren ein Steuerwort S₃ aus der Speicherbank 31, das wiederum im μ-ten Bit den Wert 1 haben sollte.
In der Praxis ist die Zahl j der Muster, auf deren Vorliegen das Zustandsdatenwort I untersucht wird, erheblich größer als die hier betrachteten drei, und es kann der Fall auftreten, dass zwei oder mehr Muster in dem gleichen Zustandsdatenwort gefunden werden. In diesem Fall werden dementsprechend von den Und-Gattern 30 zwei oder mehr der Steuerwörter S aus der Speicherbank 31 ausgewählt und in dem Oder-Gatter 33 zum globalen Steuerdatenwort O verknüpft.
3 zeigt eine Weiterbildung der Steuereinheit 4 aus 2. Einige der m Ausgabebits des Oder-Gatters 33 sind hier über eine Leitung 34 auf den Eingang 20 zurückgeführt, um so gleichzeitig eines der Datenwörter zu bilden, aus denen sich das globale Zustandsdatenwort I zusammensetzt. So kann die Steuereinheit 4 bei jeder Neuerzeugung eines globalen Steuerdatenworts O das zuvor ausgegebene globale Steuerdatenwort berücksichtigen. Um Regeln des Inhalts implementieren zu können, dass wenn bestimmte Voraussetzungen vorliegen, ein Aktor nicht verändert werden soll, ist es dann nicht notwendig, wie weiter oben beschrieben ein Bit im globalen Steuerdatenwort vorzusehen, das angibt, ob der betreffende Aktor andere ihm zugeordnete Bits ignorieren soll, sondern es kann die Regel in der Weise implementiert werden dass, wenn die bestimmten Voraussetzungen vorliegen und gleichzeitig der Aktor sich in einem gegebenen Zustand befindet, das Steuerdatenwort für diesen Aktor eben diesen gegebenen Zustand spezifizieren soll.
Anstelle einer direkten Rückkopplung des Steuerdatenworts O oder von Teilen desselben auf den Eingang 20 kann auch vorgesehen werden, dass die Aktoren wie etwa 3, 7, 11 – wie ebenfalls in 3 skizziert – selber den in Reaktion auf ein empfangenes Steuerdatenwort eingestellten Zustand als Zustandsdatenwort an den Eingang 20 zurückmelden. Wenn sowohl der eingestellte Zustand als auch das Steuerdatenwort auf den Eingang 20 rückgeführt sind, können eventuelle Diskrepanzen zwischen beiden genutzt werden, um Störungen zu erkennen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkrad
2: Vorderrad
3: Servolenkung
4: Steuereinheit
5: Gaspedal
6: Motor
7: Motorsteuerung
8: Getriebesteuerung
9: Getriebe
10: Schalthebel
11: Bremsensteuerung
12: Bremspedal
13: Recheneinheit
14: Navigationssystem
15: Beschleunigungssensor
16: Beschleunigungssensor
17: Schalter
18: Datenleitung
19: Kamera
20: Eingang
21: Speicherbank
22: Speicherplatz
23: Datenleitung
24: Oder-Gatter
25: Speicherbank
26: Oder-Gatter
27: Inverter
28: Und-Gatter
29: Und-Gatter
30: Und-Gatter
31: Speicherbank
32: Speicherplatz
33: Oder-Gatter
34: Leitung

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Sensoren (13–17), die als Ausgabe jeweils ein binäres Zustandsdatenwort liefern, wobei eine Verkettung der Zustandsdatenwörter ein globales Zustandsdatenwort (I) von n Bit Breite ergibt, einer Mehrzahl von Aktoren (3, 7, 11), die als Eingabe jeweils ein binäres Steuerdatenwort empfangen, das durch eine Entkettung eines globalen Steuerdatenworts (O) von m Bit Breite erhalten ist, einer Mustervergleichseinheit (21–29), die das globale Zustandsdatenwort empfängt und deren Ausgabe (Z) anzeigt, ob ein vorgegebenes Muster in dem globalen Zustandsdatenwort (I) enthalten ist oder nicht, und einem binären Funktionsgenerator (30–33), der die Ausgabe (Z) der Mustervergleichseinheit (21–29) empfängt und jedem Wert der Ausgabe (Z) der Mustervergleichseinheit einen Wert des globalen Zustandsdatenworts (O) zur Ausgabe an die Aktoren (3, 7, 11) zuordnet.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustervergleichseinheit (20–29) eine Mehrzahl j von Mustern speichert und die Ausgabe (Z) der Mustervergleichseinheit j Bits umfasst, deren jedes einem der Muster zugeordnet ist und angibt, ob das Muster in dem globalen Zustandsdatenwort (I) enthalten ist oder nicht.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustervergleichseinheit (20–29) ein Muster in Form eines ersten und eines zweiten binären Schlüsselworts (A, A') von n Bit Breite speichert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustervergleichseinheit (20–29) das Vorhandensein des Musters im globalen Zustandsdatenwort (I) prüft, indem gleichwertige Bits des globalen Zustandsdatenworts (I) und des ersten Schlüsselworts (A) durch eine erste logische Operation verknüpft werden, um ein erstes Zwischenergebnis (B) von n Bit Breite zu erhalten, gleichwertige Bits einer Negation (Ī) des globalen Zustandsdatenworts (I) und des zweiten Schlüsselworts (A') durch die erste logische Operation verknüpft werden, um ein zweites Zwischenergebnis (B') von n Bit Breite zu erhalten, und die Bits der Zwischenergebnisse (B, B') durch eine zweite logische Operation zu einem einzigen Ergebnisbit verknüpft werden, dessen Wert das Vorhandensein des Musters anzeigt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste logische Operation eine ODER-Operation (24, 26) und die zweite logische Operation eine UND-Operation (28, 29) ist oder dass die erste logische Operation eine UND-Operation und die zweite logische Operation eine ODER-Operation ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der logische Wert eines ^.-ten Bits eines der Schlüsselwörter (A, A') spezifiziert, ob das ^.-te Bit des globalen Zustandsdatenworts (I) wahr sein muss, um das Enthaltensein des Musters in dem globalen Zustandsdatenwort (I) bejahen zu können, und der logische Wert des ^.-ten Bits des anderen Schlüsselworts (A') spezifiziert, ob das ^.-te Bit des globalen Zustandsdatenworts falsch sein muss, um das Enthaltensein des Musters in dem globalen Zustandsdatenwort bejahen zu können.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (30–33) zu jedem Bit der Ausgabe (Z) der Mustervergleichseinheit (20–29) ein Steuerdatenwort (S) enthält, das je nach Wert des zugeordneten Bits der Ausgabe (Z) ausgewählt oder abgewählt ist, und das globale Steuerdatenwort (O) erzeugt, indem gleichwertige Bits der ausgewählten Steuerdatenwörter (S) durch eine logische Operation (33) verknüpft werden.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einzelne Bits oder Steuerdatenwörter des globalen Steuerdatenworts (O) im globalen Zustandsdatenwort (I) enthalten sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren der folgenden Fahrzeug-Zustandsparameter jeweils wenigstens ein Bit des globalen Zustandsdatenworts zugeordnet ist: – Fahrstil des Fahrers – Kurvenfahrt – Richtung der Kurve – Niederschlag – Art der Fahrbahn oder Geschwindigkeitsbegrenzung – Fahrzeuggeschwindigkeit – Drehzahl.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren der folgenden Fahrzeug-Steuerparameter jeweils wenigstens ein Bit des globalen Steuerdatenworts zugeordnet ist: – Nachgiebigkeit von Stoßdämpfern, – Übersetzungsverhältnis der Lenkung, – Ausmaß der Lenkunterstützung durch eine Servolenkung, – Schaltschwelle für das Umschalten zwischen zwei Gängen in einem Automatikgetriebe oder automatisierten Schaltgetriebe.