DE102013221248A1 - Elektronisches Regelsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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DE102013221248A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Regelsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (01), einem Aktuator (02) und mindestens einem Sensor (03, 04, 05). Das erfindungsgemäße Regelsystem zeichnet sich, dadurch aus, dass es ein Sensorboard (07) zum Einlesen der mittels Sensor (03, 04, 05) erfassten Daten besitzt, wobei das Sensorboard (07) einen Speicher (08) zum Speichern Aktuator-spezifischer Daten und eine Schnittstelle (13) zwischen Sensorboard (07) und Steuergerät (01) zum Übertragen der auf dem Sensorboard (07) gespeicherten Daten an das Steuergerät (01) umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum betreiben eines derartigen Regelsystems.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Regelsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, einem Aktuator und mindestens einem Sensor. Das Regelsystem kann beispielsweise zur Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
  • Eine Wankstabilisierung, d. h. eine Reduzierung der rotatorischen Fahrzeugbewegungen um die Fahrzeuglängsachse hat eine wesentliche Verbesserung des Fahrverhaltens und des Fahrkomforts zur Folge. Die EP 1 362 721 B1 beschreibt ein elektronisches Regelsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Wankstabilisierungsvorrichtung in Form geteilter, jeweils einer Fahrzeug-Achse zugeordneter Stabilisatoren, deren Stabilisatorhälften jeweils mittels eines Stellmotors gegeneinander verdrehbar sind. Die Stellmotoren werden vom Regelsystem unter Berücksichtigung der Querbeschleunigung und der Fahrgeschwindigkeit sowie des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs angesteuert. Jedem Stellmotor ist eine Leistungselektronik mit einem Low-Level-Regler und einer Low-Level-Überwachungslogik zugeordnet, die über einen Datenbus mit einem zentralen Steuergerät verbunden ist. Das zentrale Steuergerät nimmt eine übergeordnete Regelung vor und teilt das für die Wankstabilisierung erforderliche Stabilisierungsmoment auf die Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs auf.
  • Steuergeräte werden in vielen Bereichen der Kraftfahrzeugsteuerung eingesetzt. Sie arbeiten allgemein nach dem Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe (EVA)-Prinzip. Für die Eingabe stehen Sensoren zur Verfügung. Diese ermitteln eine physikalische Kenngröße wie z. B. Drehzahl, Druck, Temperatur, usw. Dieser Wert wird mit einer im Steuergerät eingegebenen oder berechneten Sollgröße verglichen. Sollte der gemessene Wert mit dem eingespeicherten Wert nicht übereinstimmen, regelt das Steuergerät mittels Aktuatoren den physikalischen Prozess nach, so dass die gemessenen Istwerte wieder mit den Sollgrößen übereinstimmen. Die Aktuatoren greifen somit korrigierend in einen laufenden Prozess ein.
  • Sogenannte Wegbausteuergeräte sind in den Bereichen des Fahrzeugs angeordnet, in denen sie niedrigen Belastungen durch die Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Hierdurch besteht eine räumliche Trennung zwischen Wegbausteuergerät und Sensoren bzw. Aktuatoren, woraus verhältnismäßig lange Datenübertragungsstrecken resultieren, welche naturgemäß fehleranfällig sind. Bei herkömmlichen Aktuatoren kann das Steuergerät, beispielsweise bei einer mittels Stecker realisierten, trennbaren Verbindung zum Aktuator nicht selbständig feststellen, ob der Aktuator getauscht wurde bzw. ein neues Steuergerät angelernt wurde. Dadurch bedingt, kann ein Falschverbau bei trennbaren Verbindungen zwischen Steuergerät und Aktuator nicht wirksam verhindert werden. Bob Systemen die nicht lösbare Verbindungen, wie Einmalstecker oder Schweißverbindungen, verwenden, kann ein Falschverbau von Steuergerät und Aktuator zwar ausgeschlossen werden. Diese Systeme haben jedoch den Nachteil, dass nur die Kompletteinheit von Aktuator und Steuergerät getauscht werden kann. Ein separater Austausch nur einer der beiden Komponenten ist nicht möglich. In dem Fall, dass Aktuator-spezifische Daten in das Steuergerät gespeichert werden müssen, die zum Beispiel zur Regelung benötigt werden, müssen diese im Laufe der Aktuator-Produktion aufgenommen und spätestens bei der Paarung von Steuergerät und Aktuator im Steuergerät gespeichert werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektronisches Regelsystem für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches eine eindeutige Identifizierung eines Aktuators ermöglicht, einen Falschverbau von Steuergerät und Aktuator sicher erkennt und somit einen sicheren Komponententausch von Steuergerät bzw. Aktuator ermöglicht. Weiterhin soll auch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Regelsystems zur Verfügung gestellt werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein elektronisches Regelsystem gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße elektronische Regelsystem umfasst ein Steuergerät, einen Aktuator, mindestens einen Sensor sowie ein Sensorboard. Das Steuergerät ist vorzugsweise als Wegbausteuergerät ausgeführt, d. h. es besteht eine räumliche Trennung zwischen Steuergerät und Sensor bzw. Aktuator. Das Sensorboard dient zum Einlesen der mittels Sensor erfassten Daten. Des Weiteren sind in einem Speicher des Sensorboards Aktuator-spezifische Daten abgelegt. Zum Übertragen der auf dem Sensorbord gespeicherten Daten an das Steuergerät ist eine entsprechende Schnittstelle zwischen Sensorboard und Steuergerät vorhanden.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Regelsystems ist darin zu sehen, dass durch Verwendung eines Sensorboards die von den Sensoren erfassten Daten zentral eingelesen werden können und anschließend gebündelt über eine gemeinsame Datenleitung an das Steuergerät übertragen werden können. Durch eine entsprechende Anordnung des Sensorboards können Zuleitungslängen reduziert werden, was nicht zuletzt auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht. Das Sensorboard befindet sich vorzugsweise räumlich getrennt zwischen dem Steuergerät und dem Aktuator. Dadurch, dass im Speicher des Sensorboards Aktuator-spezifische Daten vorgehalten werden, kann der Aktuator vom Steuergerät zweifelsfrei identifiziert werden. Die Aktuatorspezifischen Daten können End-of-Line (EOL), d. h. am Ende der Bandfertigung, in das Sensorboard gespeichert werden. Zu den Aktuator-spezifischen Daten gehören beispielsweise Variante, Seriennummer, Kalibrierdaten, Sensor-Offset und Aktuator-Steifigkeitskennlinie. Die Aktuator-spezifischen Daten können im Fahrzeug vom Sensorboard an das Steuergerät übertragen werden. Bislang mussten derartige Daten spätestens bei der Paarung von Steuergerät und Aktuator im Steuergerät gespeichert werden. Beim erfindungsgemäßen Regelsystem ist jederzeit ein getrennter Komponententausch von Steuergerät und (oder Aktuator möglich, da ein Falschverbau sicher erkannt werden kann.
  • Varianten-Kodierungen können über das Sensorboard erfolgen und müssen nicht mehr wie bislang in der Produktion vorgenommen werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Sensor auf dem Sensorboard angeordnet. Da auf diese Weise u. a. Zuleitungen eingespart werden können, ist die direkte Anordnung von Sensoren auf dem Sensorboard zu bevorzugen, soweit dies geometrisch möglich ist.
  • Das Regelsystem umfasst vorzugsweise Sensoren zur Erfassung der Temperatur, der Rotorlage und/oder des Drehmoments.
  • Der Aktuator ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform ein Elektromotor.
  • Das erfindungsgemäße elektronische Regelsystem kann zur Wankstabilisierung des Kraftfahrzeugs ausgelegt sein.
  • Zur Lösung der Aufgabe dient auch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 8.
  • Das Verfahren umfasst nachfolgend beschriebene Schritte: Zunächst wird das Steuergerät gestartet. Die im Sensorboard gespeicherten Aktuator-spezifischen Daten werden an das Steuergerät übertragen. Die vom Sensorboard übertragenen Aktuator-spezifischen Daten werden mit im Steuergerät abgespeicherten Aktuator-spezifischen Daten verglichen. Bei Übereinstimmung der vom Sensorboard übertragenen mit den im Steuergerät abgespeicherten Daten geht das Steuergerät in den normalen Betriebsmodus über. Im normalen Betriebsmodus werden Sensordaten vom Sensorboard eingelesen und an das Steuergerät übertragen. Des Steuergerät wertet die Sensordaten aus und gibt im Bedarfsfall entsprechende Steuerbefehle an den Aktuator zur Regelung des betroffenen Prozesses. In dem Fall, dass die vom Sensorboard übertragenen mit den im Steuergerät abgespeicherten Daten nicht übereinstimmen, wird ein Anlernvorgang gestartet. Im Rahmen dieses Anlernvorgangs werden die vom Sensorboard übertragenen Aktuator-spezifischen Daten im Steuergerät abgespeichert.
  • Das Steuergerät wird entsprechend der vom Sensorboard übertragenen Aktuator-spezifischen Daten konfiguriert. Anschließend wird in den normalen Betriebsmodus des Steuergeräts übergegangen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den großen Vorteil, dass nach Starten des Steuergeräts stets eine Identifikation des Aktuators erfolgt. Hierzu werden die Aktuator-spezifischen Daten vom Sensorboard an das Steuergerät übertragen und vom Steuergerät ausgewertet. Im Rahmen des Identifikationsvorgangs wird geprüft, ob Steuergerät und Aktuator bereits „zusammengearbeitet” haben. Wenn dies der Fall ist, sind im Steuergerät die Aktuator-spezifischen Daten abgespeichert. Das Steuergerät „kennt” den Aktuator und kann sofort in den normalen Betriebsmodus übergehen. Beim erstmaligen Paaren von Aktuator und Steuergerät „kennt” das Steuergerät den Aktuator noch nicht, d. h. im Speicher des Steuergeräts sind die Aktuator-spezifischen Daten noch nicht abgelegt. Das Steuergerät startet in diesem Fall automatisch einen Anlernvorgang. Im Ergebnis dieses Anlernvorgangs sind im Speicher des Steuergeräts die Aktuator-spezifischen Daten enthalten und das Steuergerät entsprechend konfiguriert. Das Steuergerät „kennt” nun den Aktuator und kann in seinen normalen Betriebsmodus übergehen. Dadurch dass, bei jedem Neustart des Steuergeräts die Identität des Aktuators geprüft wird, ist jederzeit ein Komponententausch von Aktuator oder Steuergerät möglich. Bislang mussten Aktuator-spezifische Daten spätestens bei der Paarung von Steuergerät und Aktuator im Steuergerät abgespeichert werden. Bei trennbaren Verbindungen von Aktuator und Steuergerät konnte bei den bisherigen Lösungen ein Falschverbau nicht wirksam vermieden werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Datenübertragung zwischen Sensorboard und Steuergerät mittels Feldbus, beispielsweise über CAN-Bus oder FlexRay-Bus. Durch Wahl einer derart bewährten protokollbasierten Übertragungsart wird eine hochfrequente und robuste Sensorsignalübertragung ermöglicht. Steuergerät und Aktuator kommunizieren ebenfalls vorzugsweise mittels Feldbus.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Regelsystems;
  • 2 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das erfindungsgemäße elektronische Regelsystem umfasst ein Steuergerät 01, welches bevorzugt als Wegbausteuergerät ausgeführt ist. Das Steuergerät 01 ist mit einem Aktuator 02 verbunden. Steuergerät 01 und Aktuator 02 sind räumlich voneinander getrennt eingebaut. Bei typischen Anwendungsfällen beträgt die Entfernung zwischen Steuergerät 01 und Aktuator 02 etwa 1 bis 1,5 Meter. Das Regelsystem beinhalt weiterhin mehrere Sensoren, und zwar einen Temperatursensor 03, einen Rotorlagesensor 04 sowie einen Drehmomentsensor 05.
  • Zwischen Aktuator 02 und Steuergerät 01 befindet sich ein Sensorboard 07. Das Sensorboard 07 umfasst einen nichtflüchtigen Speicher 08, in welchem Aktuator-spezifische Daten, wie Variante, Seriennummer, Kalibrierdaten, Sensor-Offset, Aktuator-Steifigkeitskennlinie, abgespeichert sind. Diese Daten werden bei der Fahrzeugmontage ermittelt und im Sensorboard 07 abgespeichert. Sensorboard 07 und Aktuator 02 sind bevorzugt mechanisch miteinander verbunden. Das Sensorboard 07 weist weiterhin eine Logikeinheit 09 zum Einlesen der Sensorsignale auf. Bei der gezeigten Ausführung des Regelsystems ist der Rotorlagesensor 04 auf dem Sensorboard 07 angeordnet. Der Temperatursensor 03 ist am Aktuator 02 angeordnet und an einen entsprechenden Temperatursensorkontakt 10 des Sensorboards 07 angeschlossen. Der Drehmomentsensor 05 ist an einen Drehmomentsensorkontakt 12 des Sensorboards 07 angeschlossen. Die von der Logikeinheit 09 eingelesenen Sensordaten werden über eine Schnittstelle 13 an das Steuergerät 01 mittels Feldbus übertragen. Die im Speicher 08 des Sensorboards 07 abgelegten Aktuator-spezifischen Daten können vom Steuergerät 01 abgerufen werden.
  • In 1 sind die zu übertragenden Sensordaten als gestrichelte Linien dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die von der Logikeinheit 09 eingelesenen Sensordaten gebündelt an das Steuergerät 01 übermittelt werden. Die elektrischen Leitungen sind als durchgehende Linien und die mechanischen Verbindungen als Strichpunktlinien dargestellt. Das Steuergerät 01 kommuniziert über eine entsprechende Schnittstelle 14 mit dem Aktuator 02.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des elektronischen Regelsystems wird nachfolgend anhand des in 2 gezeigten Ablaufplans erläutert. In einem ersten Schritt 20 wird das Steuergerät 01 gestartet. Nachfolgend werden im Schritt 21 die im Sensorboard 07 gespeicherten Aktuator-spezifischen Daten an das Steuergerät 01 übertragen. Es schließt sich im dritten Schritt 22 ein Vergleich der vom Sensorboard 07 übertragenen Aktuator-spezifischen Daten mit den im Steuergerät 01 bereits abgespeicherten Aktuator-spezifischen Daten an. Falls die Daten übereinstimmen, ist der Aktuator 02 dem Steuergerät 01 bereits bekannt. Somit kann im Schritt 23 in den normalen Betriebsmodus übergegangen werden. Wenn die Daten nicht übereinstimmen, erfolgt im Schritt 24 ein Modus-Wechsel des Steuergeräts 01. Es wird ein Anlernvorgang gestartet. Die vom Sensorboard 07 übertragenen Aktuator-spezifischen Daten werden dafür im Schritt 25 im Steuergerät 01 abgespeichert. Des Weiteren erfolgt im Schritt 26 eine Konfiguration des Steuergeräts 01 entsprechend der vom Sensorboard 07 übertragenen Aktuator-spezifischen Daten. Anschließend erfolgt im Schritt 27 ein Modus Wechsel des Steuergeräts 01. Des Steuergerät 01 geht nachfolgend in den normalen Betriebsmodus über (Schritt 23). Während des normalen Betriebsmodus werden die vom Sensorboard 07 eingelesenen Sensordaten vom Sensorboard 07 mittels Feldbus an das Steuergerät 01 übertragen. Des Steuergerät 01 wertet die übermittelten Sensordaten aus und gibt, sofern eine Regelung des betroffenen Prozesses erforderlich ist, entsprechende Steuerbefehle an den Aktuator 02.
  • Bezugszeichenliste
    • 01
    Steuergerät
    02
    Aktuator
    03
    Temperatursensor
    04
    Rotorlagesensor
    05
    Drehmomentsensor
    06
    -
    07
    Sensorboard
    08
    Speicher
    09
    Logikeinheit
    10
    Temperatursensorkontakt
    11
    -
    12
    Drehmomentsensorkontakt
    13
    Schnittstelle Sensorboard-Steuergerät
    14
    Schnittstelle Aktuator-Steuergerät
    20–27
    Verfahrensschritte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1362721 B1 [0002]

Claims (10)

  1. Elektronisches Regelsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (01), einem Aktuator (02) und mindestens einem Sensor (03, 04, 05), dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst: – ein Sensorboard (07) zum Einlesen der mittels Sensor (03, 04, 05) erfassten Daten, wobei das Sensorboard (07) einen Speicher (08) zum Speichern Aktuator-spezifischer Daten aufweist; – eine Schnittstelle (13) zwischen Sensorboard (07) und Steuergerät (01) zum Übertragen der auf dem Sensorboard (07) gespeicherten Daten an das Steuergerät (01).
  2. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorboard (07) räumlich zwischen dem Steuergerät (01) und dem Aktuator (02) angeordnet ist, wobei das Sensorboard vorzugsweise mechanisch mit dem Aktuator verbunden ist.
  3. Elektronisches Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (03, 04, 05) auf dem Sensorboard (07) angeordnet ist.
  4. Elektronisches Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es Sensoren (03, 04, 05) zur Erfassung der Temperatur, der Rotorlage und/oder des Drehmoments aufweist.
  5. Elektronisches Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (01) ein Wegbausteuergerät ist, welches räumlich getrennt vom Aktuator im Kraftfahrzeug angeordnet ist.
  6. Elektronisches Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (02) ein Elektromotor ist.
  7. Elektronisches Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Wankstabilisierung des Kraftfahrzeugs ausgelegt ist.
  8. Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Regelsystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 mit folgenden Schritten: • Starten des Steuergeräts (01); • Übertragen der im Sensorboard (07) gespeicherten Aktuator-spezifischen-Daten an das Steuergerät (01); • Vergleich der vom Sensorboard (07) übertragenen Aktuator-spezifischen Daten mit im Steuergerät (01) abgespeicherten Aktuator-spezifischer Daten; • bei Übereinstimmung der vom Sensorboard (07) übertragenen mit den im Steuergerät (01) abgespeicherten Aktuator-spezifischen Daten Übergang in den normalen Betriebsmodus des Steuergeräts (01); • bei Nichtübereinstimmung der vom Sensorboard (07) übertragenen mit den im Steuergerät (01) abgespeicherten Aktuatorspezifischen Daten Start eines Anlernvorgangs mit folgenden Teilschritten: – Abspeichern der vom Sensorboard (07) übertragenen Aktuator-spezifischen Daten im Steuergerät (01); – Konfiguration des Steuergeräts (01) entsprechend der vom Sensorboard (07) übertragenen Aktuator-spezifischen Daten; – Übergang in den normalen Betriebsmodus des Steuergeräts (01).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Betriebsmodus des Steuergeräts (01) Sensordaten vom Sensorboard (07) eingelesen und an das Steuergerät (01) übertragen werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen Sensorboard (07) und Steuergerät (01) mittels Feldbus erfolgt.
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