DE102012218665A1 - Applikationssystem für Steuergeräte - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Applikationssystem für Steuergeräte.
- Die erfindungsgemäße Lösung kann sowohl in der Entwicklungsphase als auch in der Serienbetreuung von neuen mechatronischen Systemen eingesetzt werden, bei denen eine Veränderung von Parametern in einem Steuergerät notwendig ist, um die Systeme an die sich verändernde Randbedingungen anzupassen. Derartige Parameteranpassungen bei Steuergeräten werden auch als Applikation bezeichnet.
- Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Automobilbereich. In modernen Kraftfahrzeugen ist eine große Zahl von elektronischen Steuergeräten eingebaut. Herkömmliche Steuergeräte besitzen einen internen Transceiver, der die Kommunikation zwischen einem Microcontroller des Steuergeräts und externen Geräten über einen Datenbus steuert. Der Microcontroller weist einen integrierten oder externen Flashspeicher auf, in dem Steuerungsprogramme des Steuergeräts abgelegt werden. Die Steuergeräte werden üblicherweise programmiert (geflasht) geliefert. Es kann jedoch der Fall eintreten, dass vor der Auslieferung des Fahrzeugs eine Softwareänderung stattgefunden hat, so dass bestimmte Steuergeräte wieder neu beschrieben werden müssen. Falls zu einem späteren Zeitpunkt, nach Auslieferung des Fahrzeugs, eine Änderung der Software erforderlich ist, können die Steuergeräte in einer KFZ-Werkstatt neu beschrieben, d. h. programmiert werden.
- Die
DE 41 07 052 B4 zeigt ein Applikationssystem zur Applikation von Steuergeräten, die mit einem Mikroprozessor und einem Daten-/Programm-Lesespeicher versehen sind, umfassend eine den Daten-/Programm-Lesespeicher des Steuergeräts ersetzende, einen Schreib-/Lesespeicher aufweisende Daten-Manipulationsvorrichtung, ein über eine serielle Schnittstelle anschließbares Bediengerät sowie ein eine Umschalteinrichtung zyklisch umschaltendes Steuerwerk. Während des Betriebs des Steuergeräts wird der Schreib-/Lesespeicher über die Umschalteinrichtung in einem ersten Zyklus mit dem Steuergerät zum Auslesen von Daten verbunden. In einem zweiten Zyklus wird der Schreib-/Lesespeicher über die Umschalteinrichtung mit der seriellen Schnittstelle zum Ein- oder Auslesen von Daten verbunden. - Bei den derzeit auf dem Markt verfügbaren Applikationssystemen handelt es sich in der Regel um monolitische Softwareprodukte, welche auf Mikrocomputern installiert werden. Mittels geeigneter physikalischer Anschlüsse des Mikrocomputers (seriell, CAN, Ethernet) übertragen diese Applikationssysteme Daten mit Hilfe definierter Protokolle, wie beispielsweise CCP, XCP, KWP, CONAS, an die Steuergeräte. Die vorbekannten Applikationssysteme sind in der Lage eine Vielzahl verschiedener Steuergeräte zu verarbeiten, parallel können sie Messdaten aufzeichnen und Datensätze verwalten. Monolitische Softwarestrukturen haben eine Reihe von Nachteilen. So kann es zu Schwierigkeiten beim Zusammenspiel der Applikationssysteme mit unterschiedlichen Betriebssystemen und Hardwareausstattungen einzelner Kunden kommen. Weitere Probleme können sich durch die unterschiedliche Administration der Rechnersysteme bei den Kunden, wie zum Beispiel Vergabe von Nutzerrechten, ergeben. Problematisch ist auch die extrem hohe Komplexität der bekannten Applikationssysteme im Vergleich zu den eigentlichen Aufgaben der Nutzer. Alle Nutzer benötigen das Gesamtsystem, obwohl nur einzelne Nutzer gelegentlich mehr als 10% der verfügbaren Funktionalitäten nutzen. Die größte Nutzerzahl verwendet weniger als 10% des Funktionsumfangs. Die in den Steuergeräten geänderten Daten müssen über geeignete Maßnahmen wieder zu einem gültigen Datensatz als Serienstand zusammengefasst werden, was bei vielen Programmierern und zahlreichen Einzelparametern einen extrem hohen Aufwand verursacht. Weiterhin nachteilig ist, dass nicht alle Programmierer und Nutzer alle Parameter sehen und verändern dürfen. Diese Einschränkungen sind nicht bei allen vorbekannten Applikationssystemen durchgängig gelöst.
- Die
DE 20 2008 016 892 U1 zeigt eine Kraftfahrzeug-Steuervorrichtung umfassend eine Software zur Steuerung einer Vielzahl von Applikationen mit folgenden Schichten: Eine Applikationsschicht mit einer Vielzahl von Applikationen, eine Basissoftware-Schicht mit einer ersten Vielzahl von AUTOSAR-basierten Basisdiensten und einer zweiten Vielzahl von AUTOSAR-unabhängigen Basisdiensten zur Durchführung der Applikationen, eine Adaptionsschicht mit mindestens einer ersten Laufzeitumgebung, die der ersten Vielzahl von Basisdiensten zugeordnet ist und einer zweiten Laufzeitumgebung, die der zweiten Vielzahl von Basisdiensten zugeordnet ist, wobei die Adaptionsschicht die Applikationsschicht mit der Basissoftwareschicht verbindet, und eine Betriebssystemschicht mit einem Mikrokernel. AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) wurde von einem internationalen Verbund mit dem Ziel entwickelt, einen offenen Standard für Elektrik/Elektronik-Architekturen in Kraftfahrzeugen zu etablieren. Die in AUTOSAR definierte Software-Architektur für Steuergeräte setzt sich aus drei aufeinander aufbauenden Hauptschichten zusammen. Die unterste Hauptschicht ist die AUTOSAR Basissoftware und abstrahiert von der unterliegenden Hardware. Sie enthält Module zur Kommunikation über Bussysteme, wie CAN, zur persistenten Abspeicherung von Applikations- und Systemparametern, zur Kommunikation mit Sensoren und Aktuatoren für die Interaktion mit der Umwelt, für das Fehlermanagement sowie für das Management des Systems. Die oberste Hauptschicht beinhaltet die eigentlichen Applikationskomponenten. Die mittlere Hauptschicht – Run Time Environment – vermittelt zwischen Applikationsschicht und Basissoftware. Die Architektur der AUTOSAR Basissoftware sieht zwar eine modulare, aber dennoch monolithische Implementierung vor. Die in derDE 20 2008 016 892 U1 gezeigte Lösung soll auf dem AUTOSAR-Standard basieren, aber dessen Nachteile beseitigen. Die vorgeschlagene Kraftfahrzeug-Steuervorrichtung soll eine Verknüpfung von Infotainment-Applikationen mit AUTOSAR-basierten Applikation ermöglichen. Außerdem wird der Einsatz virtualisierter Gast-Betriebssysteme zur Trennung von Softwarefunktionen mit unterschiedlichen funktionalen und nichtfunktionalen Eigenschaften ermöglicht. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Applikationssystem für Steuergeräte zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile vorbekannter monolithischer Applikationssysteme überwindet, einfach zu bedienen ist sowie eine durchgängige Datenhaltung unterstützt. Weiterhin soll auch ein Verfahren zur Applikation von Steuergeräten zur Verfügung gestellt werden.
- Das erfindungsgemäße Applikationssystem umfasst einen Adapter zur Umwandlung von zur Kommunikation mit den Steuergeräten dienenden Netzwerkprotokollen in Funkprotokolle, eine Kommunikations-App zur Umwandlung empfangener Funkprotokolle in Netzwerkprotokolle sowie eine Vielzahl von Applikations-Apps zur Verarbeitung der von der Kommunikations-App bereitgestellten Netzwerkprotokolle.
- Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Applikationssystems ist darin zu sehen, dass die bei den derzeit marktgängigen Applikationssystemen verwendete monolithische komplexe Struktur aufgehoben wird. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Applikations-Apps erfolgt eine Aufteilung in viele kleine Anwendungsprogramme, welche für den Nutzer wesentlich einfacher zu bedienen sind, als ein komplexes Einzelprogramm. Dem Nutzer stehen anwendungszielorientierte Funktionen zur Verfügung. In Abhängigkeit davon, welche Funktionalität im konkreten Anwendungsfall benötigt wird, können vom Nutzer entsprechende Applikations-Apps auf seinem Mikrocomputer abgespeichert werden. Dadurch, dass sich der Nutzer nur noch mit den für ihn relevanten Funktionen beschäftigen muss, verbessert sich die Bedienbarkeit, wodurch sich nicht zuletzt auch der Schulungsaufwand für neue Nutzer erheblich reduzieren lässt. Besonders vorteilhaft ist, dass über die Verteilung der Applikations-Apps auch geregelt werden kann, welche Parameter der verschiedensten Steuergeräte in einem konkreten Projekt, von einer bestimmten Abteilung / Betriebseinheit bzw. von einem konkreten Nutzer verarbeitet werden können. Auf diese Weise können Zugriffsrechte verhältnismäßig unkompliziert durchgängig bis zum einzelnen Nutzer geregelt werden.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kommunikations-App und die Applikations-Apps auf mindestens einem Mikrocomputer gespeichert. Nach einer weitergebildeten Ausführungsform wird vorzugsweise ein transportabler Mikrocomputer genutzt. Durch die Verwendung transportabler Mikrocomputer, wie Smart Phone, Tablet-PC und Notebook, können die per Funk übertragenen Steuergerätedaten unabhängig vom jeweiligen Aufenthaltsort des Nutzers zeitnah verarbeitet werden. Die Verwendung von mobilen Geräten mit teilweise beschränktem Speicherplatz zur Applikation von Steuergeräten wird durch die erfindungsgemäß vorgenommene Aufteilung der Anwendung „Applikationssystem für Steuergeräte“ in zahlreiche Applikations-Apps ermöglicht.
- Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Applikationssystem einen zentralen App-Server zum Speichern von Applikations-Apps. Die auf dem jeweiligen Mikrocomputer gespeicherten Applikations-Apps sind bei dieser Ausführungsform lokale Kopien der auf dem App-Server gespeicherten Applikations-Apps. Änderungen an den Applikations-Apps werden bei den zentral auf dem App-Server gespeicherten Versionen vorgenommen. Durch entsprechende Zugangsbeschränkungen kann geregelt werden, wer Zugriff auf welche Applikations-Apps hat. Hierdurch kann auf verhältnismäßig einfache Art und Weise geregelt werden, wer welche Parameter ändern bzw. sehen kann. Über eine vorzugsweise in das System integrierte Aktualisierungsfunktion können die Nutzer über Änderungen an den sie betreffenden Applikations-Apps informiert werden. Damit verbunden kann eine automatische Aktualisierung der jeweiligen Applikations-App erfolgen. Alternativ kann der Nutzer eine manuelle Aktualisierung starten.
- Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass erfindungsgemäße Applikationssystem mit einem zentralen Parameter-Server auszustatten. Die auf dem Parameter-Server gespeicherten Parameter sind durch die Applikations-Apps abrufbar. Durch Verwendung eines zentralen Parameterservers wird eine konsistente Datenhaltung ermöglicht. Gleiche Steuergeräte können wesentlich schneller parametriert werden, indem die auf dem Parameterserver gespeicherten Daten durch die entsprechenden Applikations-Apps verarbeitet werden, was wesentliche Kosteneinsparungen mit sich bringt. Bei Datenverlusten auf der Steuergeräteebene können die Daten durch Zugriff auf den zentralen Parameterserver aufwandsarm wieder hergestellt werden.
- Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform können Informationen über aktuelle Parameteränderungen auf dem zentralen Parameter-Server auf dem Mikrocomputer angezeigt werden. In diesem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn mittels der lokalen Applikations-Apps vorgenommenen Parameteränderungen an den zentralen Parameter-Server übermittelt werden. Auf diese Weise kann ein internes Informationssystem aufgebaut werden. Alle Nutzer weltweit können sich registrieren lassen, um Informationen über ihr Tätigkeitsfeld betreffende Parameteränderungen zu erhalten. Die Nutzer erhalten beispielsweise Infos darüber, welcher Nutzer gerade welche Parameter ändert. Dies ist nicht zuletzt auch aus Effizienzgründen vorteilhaft, um unnötige Doppelarbeiten zu vermeiden.
- Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient auch ein Verfahren nach Anspruch 7.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Applikation von Steuergeräten umfasst nachfolgend beschriebene Schritte. Die zur Kommunikation mit Steuergeräten üblicherweise verwendeten Netzwerkprotokolle werden am Einbauort der Steuergeräte in Funkprotokolle umgewandelt. Diese Umwandlung erfolgt vorzugsweise mit einem Adapter, welcher am Einbauort der Steuergeräte angeordnet ist. Die Funkprotokolle werden durch mindestens einen Mikrocomputer empfangen. Die empfangenen Funkprotokolle werden mittels einer auf dem Mikrocomputer gespeicherten Kommunikations-App wieder zurück in das Format der Netzwerkprotokolle umgewandelt. Die von der Kommunikations-App bereitgestellten Netzwerkprotokolle werden durch eine Vielzahl von Applikations-Apps verarbeitet. Die aus diesem Verarbeitungsprozess resultierenden Daten werden von der Kommunikations-App in Funkprotokolle umgewandelt und am Einbauort der Steuergeräte empfangen. Die empfangenen Funkprotokolle werden in Netzwerkprotokolle umgewandelt, welche an die Steuergeräte übermittelt werden.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Applikation von Steuergeräten vereinfacht werden. Dadurch, dass die zur Applikation der Steuergeräte verwendeten Daten per Funk übermittelt werden, kann eine ortsunabhängige Applikation der Steuergeräte erfolgen.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
- Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Applikationssystems. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Applikationssystem in eine Kraftfahrzeugsteuerung integriert. Die Kraftfahrzeugsteuerung umfasst mehrere Steuergeräte (ECU)
01 , welche über einen OBD (On Board Diagnose)-Stecker02 an einen Feldbus03 , wie beispielsweise CAN-Bus oder K-Linie, angeschlossen sind. Die Kommunikation mit den Steuergeräten01 erfolgt über entsprechende Netzwerkprotokolle. Geeignete Netzwerkprotokolle sind beispielsweise XCP, CCP und CONAS. Unweit des Einbauorts der Steuergeräte01 befindet sich ein Adapter04 , welcher die Netzwerkprotokolle in Funkprotokolle umwandelt. Die Funkprotokolle werden von einem mobilen Gerät05 , beispielsweise einem Smartphone, empfangen und einer dort installierten Kommunikations-App06 zugeführt. Die Kommunikations-App06 wandelt die Funkprotokolle wieder in Netzwerkprotokolle um und stellt diese einer Vielzahl von Applikations-Apps07 zur Verfügung. Die Kommunikations-App06 und die Applikations-Apps07 sind auf einem Mikrocomputer08 installiert. Der Mikrocomputer08 ist Teil des mobilen Geräts05 , wie beispielsweise ein Smart Phone, Tablet-PC oder Notebook. Die Applikations-Apps07 bilden den eigentlichen Kernbereich des erfindungsgemäßen Applikationssystems. Jede Applikations-App07 ist eine eigenständige funktionale Einheit, welche eine bestimmte Anwendungsaufgabe ausführt. So kann eine Applikations-App07 beispielsweise zur Kalibration der Steuergeräte01 dienen, während eine andere Applikations-App07 zur Fehlerdiagnose dient. Eine weitere Applikations-App07 könnte beispielsweise Visualisierungsaufgaben erfüllen. Auf dem Mikrocomputer08 werden nur die Applikations-Apps07 installiert, welche zur Aufgabenerfüllung des jeweiligen Nutzers erforderlich sind. Hierdurch verringert sich nicht zuletzt auch der Speicherplatzbedarf im Vergleich zu den marktüblichen komplexen Applikationssystemen. Die von den Applikations-Apps07 ermittelten Daten werden im Netzwerkprotokoll-Format an die Kommunikations-App06 übermittelt. Die Kommunikations-App06 wandelt diese Netzwerkprotokolle in Funkprotokolle um und überträgt sie an den Adapter04 . Die Funkprotokolle werden vom Adapter04 wieder in Netzwerkprotokolle umgewandelt und über den Feldbus03 an die Steuergeräte01 übermittelt. Die Übermittlung der Daten per Funk ermöglicht eine standortunabhängige Applikation der Steuergeräte01 . - Bei der gezeigten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Applikationssystem einen zentralen App-Server
09 auf. Auf dem App-Server09 sind die aktuellen Versionen der Applikations-Apps07 abgespeichert. Über entsprechende Zugangsbeschränkungen kann geregelt werden, welcher Nutzer Zugriff auf welche Applikations-Apps07 hat. Nutzer können sich die Applikations-Apps07 , für die sie eine Berechtigung haben, vom App-Server09 über eine Internetoder Funkverbindung herunterladen. Nach einer bevorzugten Ausführung werden die Nutzer über Versionsänderungen, der für sie relevanten Applikations-Apps07 informiert. In Reaktion darauf kann eine automatische Aktualisierung der lokal gespeicherten Applikations-Apps07 erfolgen. Alternativ kann der Nutzer auch eine manuelle Aktualisierung durchführen. - Das erfindungsgemäße Applikationssystem kann weiterhin mit einem zentralen Parameter-Server
10 zur Speicherung von Steuergeräteparametern ausgestattet werden. Die auf dem Parameter-Server10 abgespeicherten Parameter können durch die Applikations-Apps07 abgerufen werden. Von den Applikations-Apps07 können wiederum auch Parameter an den Parameter-Server10 übertragen werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Nutzer eine Information darüber erhalten, welche Parameter gerade von welchem Nutzer geändert werden. - An zentraler Stelle kann des Weiteren noch ein Projekt-Server
12 vorhanden sein, welcher zum Speichern projektbezogener Daten dient. Zwischen Projekt-Server12 und Applikations-Apps07 bestehen wiederum entsprechende Kommunikationsverbindungen. - Bezugszeichenliste
-
- 01
- Steuergerät
- 02
- OBD-Stecker
- 03
- Feldbus
- 04
- Adapter
- 05
- Mobiles Gerät / Smartphone
- 06
- Kommunikations-App
- 07
- Applikations-App
- 08
- Mikrocomputer
- 09
- App-Server
- 10
- Parameter-Server
- 11
- 12
- Projekt-Server
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4107052 B4 [0004]
- DE 202008016892 U1 [0006, 0006]
Claims (10)
- Applikationssystem für Steuergeräte umfassend einen Adapter (
04 ) zur Umwandlung von zur Kommunikation mit den Steuergeräten (01 ) dienenden Netzwerkprotokollen in Funkprotokolle, eine auf einem mobilen Gerät (05 ) ausgeführte Kommunikations-App (06 ) zur Umwandlung empfangener Funkprotokolle in Netzwerkprotokolle sowie eine Vielzahl von auf dem mobilen Gerät (05 ) lauffähigen Applikations-Apps (07 ) zur Verarbeitung der von der Kommunikations-App (06 ) bereitgestellten Netzwerkprotokolle. - Applikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-App (
06 ) und mindestens eine der Applikations-Apps (07 ) auf mindestens einem Mikrocomputer (08 ) des mobilen Geräts (05 ) gleichzeitig lauffähig sind. - Applikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Gerät (
05 ) ein Smartphone, Tablet-PC oder Laptop ist und dass die Steuergeräte (01 ) sowie der Adapter (04 ) Bestandteile eines Fahrzeugs sind. - Applikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen zentralen App-Server (
09 ) zum Speichern von Applikations-Apps (07 ) aufweist, wobei die auf dem Mikrocomputer (08 ) gespeicherten Applikations-Apps (07 ) lokale Kopien der auf dem App-Server (09 ) gespeicherten Applikations-Apps (07 ) sind. - Applikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zentralen Parameter-Server (
10 ) aufweist, wobei auf dem Parameter-Server (10 ) gespeicherte Parameter durch die Applikations-Apps (07 ) abrufbar sind. - Applikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über aktuelle Parameteränderungen, welche an den Parameter-Server (
10 ) übermittelt werden, auf dem Mikrocomputer (08 ) anzeigbar sind. - Verfahren zur Applikation von Steuergeräten (
01 ) mit folgenden Schritten: • Umwandlung von zur Kommunikation mit Steuergeräten (01 ) dienender Netzwerkprotokolle in Funkprotokolle am Einbauort der Steuergeräte (01 ); • Empfang der Funkprotokolle durch mindestens einen Mikrocomputer (08 ) eines mobilen Geräts (05 ); • Umwandlung der empfangenen Funkprotokolle in Netzwerkprotokolle mittels einer Kommunikations-App (06 ) im mobilen Gerät (05 ); • Verarbeiten der von der Kommunikations-App (06 ) bereitgestellten Netzwerkprotokolle durch eine oder mehrere Applikations-Apps (07 ); • Umwandlung der durch die Applikations-Apps (07 ) erzeugten Daten in Funkprotokolle mittels der Kommunikations-App (06 ) und senden der Funkprotokolle durch das mobile Gerät (05 ); • Empfang der Funkprotokolle am Einbauort der Steuergeräte (01 ); • Umwandlung der am Einbauort der Steuergeräte (01 ) empfangenen Funkprotokolle in Netzwerkprotokolle und Übertragen der Netzwerkprotokolle an die Steuergeräte (01 ). - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Aktualisierungsfunktion zur Aktualisierung der lokal auf dem mobilen Gerät (
05 ) gespeicherten Applikations-Apps (07 ) aufweist, wobei ein Zugriff auf einen zentralen App-Server (09 ) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikations-Apps (
07 ) Parameter von einem zentralen Parameter-Server (10 ) empfangen. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Parameteränderungen von den Applikations-Apps (
07 ) an den Parameter-Server (10 ) übermittelt werden, und dass Informationen über aktuelle, an den Parameter-Server (10 ) übermittelte Parameteränderungen auf dem Mikrocomputer (08 ) angezeigt werden.
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