DE102016210661A1

DE102016210661A1 - Stromsparendes Speicherkonzept für Elektronikmodule in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016210661A1
Application number: DE102016210661.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Graf; Martin Schramme
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21
Also published as: KR20190005211A; US20190155366A1; CN109313476A; WO2017215862A1

Abstract

Vorrichtung zum stromsparenden Speichern von Daten eines Elektronikmoduls (10) in einem Kraftfahrzeug umfassend:
– einen ersten flüchtigen Speicherbereich (14), der nur mit Strom versorgt wird, wenn das Elektronikmodul (10) sich in einem Normalbetrieb befindet;
– einen zweiten flüchtigen Speicherbereich (15), der während eines Normalbetriebs des Elektronikmoduls und während eines vom Normalbetrieb abweichenden Ruhemodus des Elektronikmoduls mit Strom versorgt wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum stromsparenden Speichern von Daten eines Elektronikmoduls (10) in einem Kraftfahrzeug umfassend:
– Speichern von Daten in dem zweiten flüchtigen Speicherbereich (15), wobei die Daten, die in dem zweiten flüchtigen Speicherbereich (15) gespeichert werden, zumindest während des Ruhemodus des Elektronikmoduls (10) aktualisiert werden;
– Speichern von Daten in dem ersten flüchtigen Speicherbereich (14), wobei die Daten, die in dem ersten flüchtigen Speicherbereich (14) gespeichert werden, während des Ruhemodus des Elektronikmoduls (10) nicht aktualisiert werden;
– Abschalten der Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14), sobald das Elektronikmodul (10) den Normalbetrieb verlässt;
– Anschalten der Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14), sobald das Elektronikmodul (10) sich im Normalbetrieb befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein stromsparendes Speicherkonzept von Daten eines Elektronikmoduls in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Verfahren von Anspruch 8, angewandt auf eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Üblicherweise werden einige Elektronikmodule, wie Sensoren oder Steuergeräte im Fahrzeug, wie beispielsweise ein Batteriesensor – beispielsweise ein intelligenter Batteriesensor (IBS) – ständig aus dem Bordnetz mit Spannung versorgt. Des Weiteren wachsen der Funktionsumfang und damit der Speicherbedarf sämtlicher Elektronikmodule an Bord eines Kraftfahrzeugs ständig an. Dies betrifft sowohl flüchtige Speicher (RAM) als auch nichtflüchtige Speicher (EEPROM, Flash). Üblicherweise sollen Steuergeräte und Sensoren, wie beispielsweise ein Batteriesensor auch bei abgestelltem Zustand des Fahrzeugs regelmäßig Messdaten, zum Beispiel Daten der Batterie, messen und weiterverarbeiten.
Gemäß dem Stand der Technik werden auch bei abgestelltem Zustand eines Kraftfahrzeugs die Daten eines Elektronikmoduls in einem flüchtigen Speicher gespeichert. Dies hat den Nachteil, dass der Strombedarf des Elektronikmoduls den wünschenswerten Grenzwert im abgestellten Zustand des Fahrzeugs überschreitet, da die flüchtigen Speicher einen beträchtlichen Betriebsstrom benötigen, um die darin gespeicherten Daten zu erhalten.
Alternativ werden die nach jeder Messung neu gemessenen und berechneten Daten in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Nichtflüchtige Speicher haben hingegen keinen Strombedarf, um die darin gespeicherten Daten zu erhalten. Nichtflüchtige Speicher haben jedoch den Nachteil, dass diese nur eine geringe Anzahl an Schreibvorgängen bzw. Löschvorgängen erlauben. Bei einer typischen zu erfüllenden Lebensdauer von 15 Jahren ergibt sich bei einer realistischen Annahme, dass beispielsweise alle 16 Sekunden die gemessenen und berechneten Daten in einen Speicher geschrieben werden müssen, ein Speicherbedarf von 29,6 Millionen Schreibvorgängen, was die Anzahl der im Rahmen der technischen Spezifikation erlaubten Schreibvorgängen für gebräuchliche nichtflüchtige Speicher erheblich überschreitet. Typischerweise werden 100.000 Schreibvorgänge für gebräuchliche nichtflüchtige Speicher als erlaubt angesehen.
Üblicherweise erhalten die Elektronikmodule, die auch bei ausgeschalteter Zündung direkt aus der Fahrzeugbatterie versorgt werden, über eine Kommunikationsschnittstelle Informationen über die Zündstellung, oder können anhand der Signale der Kommunikationsschnittstelle entscheiden, ob in einen Normalbetrieb oder in einen Ruhemodus gewechselt werden soll. Falls das Elektronikmodul ein Batteriesensor ist, kann die Entscheidung, ob in einen Normalbetrieb oder in einen Ruhemodus gewechselt werden soll, auch vom Batteriesensor selbst getroffen werden, beispielsweise anhand von Messwerten der integrierten Messgeräte.
Beim Wechsel in den Ruhemodus werden nicht benötigte Komponenten des Elektronikmoduls deaktiviert bzw. abgeschaltet oder in eine stromsparende Betriebsart umgeschaltet. Dadurch verringert sich die Stromaufnahme der internen Stromversorgung des Elektronikmoduls, die wiederum über die Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird. Es können auch mehrere interne Stromversorgungen in einem Elektronikmodul vorhanden sein, beispielsweise, um verschiedene interne Spannungen (5V, 3.3V) für bestimmte Funktionen zur Verfügung zu stellen. Im Ruhemodus können einige interne Stromversorgungen auch ganz abgeschaltet werden.
Beispielsweise kann ein Mikrocontroller beim Eintritt in den Ruhemodus durch Ausschalten der internen Stromversorgung abgeschaltet werden. Damit wird gemäß dem Stand der Technik automatisch auch der flüchtige Speicher abgeschaltet. Solang sich das Elektronikmodul im Ruhemodus befindet, wird der Mikrocontroller zyklisch oder ereignisgesteuert wieder aktiviert werden und entscheidet dann, ob der Ruhemodus fortgesetzt oder beendet wird. Dabei wird die interne Stromversorgung wieder aktiviert. Soll der Ruhemodus fortgesetzt werden, wird die interne Stromversorgung wieder deaktiviert.
Alternativ kann der Mikrocontroller gemäß dem Stand der Technik beim Wechsel in den Ruhemodus angehalten werden, ohne die interne Stromversorgung auszuschalten. Dabei verringert sich die Stromaufnahme des Controllerkerns im Vergleich zum Normalbetrieb beträchtlich, jedoch bleibt der flüchtige Speicher erhalten und verbraucht Energie aus der internen Stromversorgung, die wiederum aus der Fahrzeugbatterie gespeist wird. Auch hier wird der Mikrocontroller zyklisch oder ereignisgesteuert wieder aktiviert und entscheidet dann, ob der Ruhemodus fortgesetzt oder beendet wird. Um die Entscheidung über die Fortsetzung des Ruhezustands zu berechnen, können Daten aus dem flüchtigen Speicher gelesen und/oder aktualisiert werden. Es können auch zu dieser Zeit verfügbare Messwerte verarbeitet und im flüchtigen Speicher gespeichert werden.
In beiden Fällen steigt für die Dauer der Entscheidung der Stromverbrauch des Prozessorkerns kurzzeitig bis in die Nähe des Stromverbrauchs im Normalbetrieb an. Im ersten Fall ist der Stromverbrauch im Ruhemodus geringer als im zweiten Fall, weil der flüchtige Speicher nicht dauernd mit Energie versorgt wird. Im zweiten Fall können gespeicherte Messwerte dafür über die gesamte Dauer des Ruhemodus im flüchtigen Speicher abgelegt und bei Bedarf aktualisiert werden.
Die zyklische oder ereignisgesteuerte Aktivierung des Mikrocontrollers wird beispielsweise über ein oder mehrere der folgenden Ereignisse ausgelöst:

– Erreichen eines voreingestellten Werts eines Zeitgebers
– Aktivität auf der Kommunikationsschnittstelle
– Eine im Steuergerät integrierte Messvorrichtung meldet das Erreichen voreingestellter Schwellwerte

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Speicherkonzept für Elektronikmodule in einem Kraftfahrzeug vorzuschlagen, das im abgestellten Zustand des Fahrzeugs den Stromverbrauch der Elektronikmodule minimiert, um die Belastung der Batterie zu minimieren und dabei gleichzeitig eine lange Lebensdauer des Speichers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 8, das auf die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 anwendbar ist, gelöst.
Der Erfindung liegt bevorzugt der Gedanke zu Grunde, dass für die Speicherung von Daten eines Elektronikmoduls in einem Kraftfahrzeug zumindest zwei flüchtige Speicherbereiche zur Verfügung stehen. Ein erster flüchtiger Speicherbereich wird nur mit Strom versorgt, wenn das Elektronikmodul sich in einem Normalbetrieb befindet. Ein zweiter flüchtiger Speicherbereich wird während des Normalbetriebs und während eines vom Normalbetrieb abweichenden Ruhemodus mit Strom versorgt.
Insbesondere wird der erste flüchtige Speicherbereich während des Ruhemodus nicht mit Strom bzw. Energie versorgt.
Die Stromversorgung während des Normalbetriebs und während des vom Normalbetrieb abweichenden Ruhemodus bedeutet dabei, dass die Versorgung unabhängig von dem sonstigen Fahrzeugbordnetz, insbesondere der Zündstellung/Klemme 15 des Bordnetzes ist und beispielsweise selbst bei ausgeschaltetem Fahrzeug direkt aus der Fahrzeugbatterie erfolgt.
Beispielsweise kann der flüchtige Speicherbereich ein „Random Access Memory“ (RAM) sein.
Dabei kann es sich beispielsweise um ein Elektronikmodul handeln, das an ein Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossen ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Elektronikmodul um ein Steuergerät oder um einen Batteriesensor, insbesondere um einen intelligenten Batteriesensor handeln.
Das Elektronikmodul befindet sich während der Lebensdauer des Fahrzeugs in zumindest zwei Zuständen, dem Normalbetrieb und dem Ruhemodus. Während des Normalbetriebs weist das Elektronikmodul eine höhere Funktionalität und einen größeren Speicherbedarf auf, wobei ein höherer Stromverbrauch des Elektronikmoduls zulässig ist. Beispielsweise kann sich das Elektronikmodul bei laufendem Motor im Normalbetrieb befinden. Beispielsweise kann sich das Elektronikmodul bei laufendem Generator im Normalbetrieb befinden. Während des Ruhemodus weist das Elektronikmodul eine geringere Funktionalität und einen geringeren Speicherbedarf auf, wobei ein niedrigerer Stromverbrauch des Elektronikmoduls erwünscht ist. Beispielsweise kann sich das Elektronikmodul bei ausgeschaltetem Generator im Ruhemodus befinden. Beispielsweise kann sich das Elektronikmodul bei ausgeschaltetem Motor im Ruhemodus befinden. Daneben kann das Elektronikmodul noch weitere Modi aufweisen, beispielsweise kann sich das Elektronikmodul in einem ausgeschalteten Zustand befinden. Der ausgeschaltete Zustand kann beispielsweise bei ausgebauter oder defekter Batterie eintreten. Während das Elektronikmodul von einem Zustand in einen anderen Zustand wechselt, befindet sich das Elektronikmodul in einem Übergangsmodus. Demnach wechselt das Elektronikmodul während der Lebensdauer des Fahrzeugs zumindest von den Zuständen Normalbetrieb in den Ruhemodus sowie von dem Ruhemodus in den Normalbetrieb. Befindet sich das Elektronikmodul während der Lebensdauer des Fahrzeugs in weiteren Zuständen, wie beispielsweise dem ausgeschalteten Zustand, sind demnach weitere Übergangsmodi notwendig. Unter dem Zustand Normalbetrieb sind insbesondere auch jegliche Zustandsänderungen inbegriffen, die den Normalbetrieb verlassen. Unter dem Zustand Normalbetrieb sind insbesondere auch jegliche Zustandsänderungen zu verstehen, bei dem sich das Elektronikmodul nach der Zustandsänderung im Normalbetrieb befindet.
Der zweite flüchtige Speicherbereich wird auch bei abgestelltem Fahrzeug mit Strom versorgt und dient der Speicherung von Messdaten und der daraus verarbeiteten Werte, die auch während der Ruhephase in kurzen Zeitabständen aktualisiert werden müssen.
Neben den beiden flüchtigen Speicherbereichen kann die Vorrichtung einen nichtflüchtigen Speicherbeich umfassen. Beispielsweise kann der nichtflüchtige Speicherbereich ein „Electrically Erasable Programmable Read Only Memory“ (EEPROM) oder ein Flash-EEPROM sein.
Insbesondere kann der erste flüchtige Speicherbereich separat von anderen Speicherbereichen, insbesondere separat von dem zweiten flüchtigen Speicherbereich, betrieben und/oder abgeschaltet werden. Insbesondere kann der zweite flüchtige Speicherbereich separat von anderen Speicherbereichen, insbesondere separat von dem ersten flüchtigen Speicherbereich, betrieben und/oder abschaltet werden. Dabei sind sowohl Speicherbereiche auf einem Datenspeicher denkbar, wobei die Speicherbereiche separat betrieben und/oder abgeschaltet werden können, als auch mehrere Datenspeicher, die separat betrieben und/oder abgeschaltet werden können.
Beispielsweise können die beiden flüchtigen Speicherbereiche eine unterschiedliche Größe aufweisen. Beispielsweise kann die Speichergröße des zweiten flüchtigen Speicherbereichs kleiner als die Speichergröße des ersten flüchtigen Speicherbereichs sein. Da der erste flüchtige Speicherbereich während der Ruhephase nicht mit Strom versorgt wird, ist die Energieeinsparung besonders groß, da der Energieverbrauch eines flüchtigen Speichers von dessen Speichergröße abhängt.
Beispielsweise kann der Ruhestrombedarf im Ruhemodus des Elektronikmoduls unterhalb von 100 µA liegen. Oftmals ist es Ziel, dass das Elektronikmodul, beispielsweise ein Batteriesensor, einen geringstmöglichen Ruhestrombedarf im Ruhemodus erfordert. Durch die getrennt abschaltbaren und/oder betreibbaren Speicherbereiche wird der Ruhestrombedarf des Elektronikmoduls auf einen Wert unterhalb von 100 µA reduziert, da nur der zweite flüchtige Speicherbereich dauerhaft mit Strom versorgt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren um die zuvor beschriebene Vorrichtung für ein stromsparendes Speicherkonzept zu verwenden. Daten, die zumindest während des Ruhemodus des Elektronikmoduls aktualisiert werden, werden in dem zweiten flüchtigen Speicherbereich gespeichert. Daten, die während des Ruhemodus des Elektronikmoduls nicht aktualisiert werden, werden in dem ersten flüchtigen Speicherbereich gespeichert. Die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs wird abgeschaltet, sobald das Elektronikmodul den Normalbetrieb verlässt. Demnach wird die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs beispielsweise abgeschaltet, sobald das Elektronikmodul sich im Ruhemodus befindet. Die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs wird wieder angeschaltet, sobald das Elektronikmodul sich im Normalbetrieb befindet. Demnach wird die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs beispielsweise wieder angeschaltet, sobald das Elektronikmodul den Ruhemodus in Richtung Normalbetrieb verlassen hat.
Sobald das Elektronikmodul den Normalbetrieb verlässt, werden beispielsweise die Daten des ersten flüchtigen Speicherbereichs in den nichtflüchtigen Speicherbereich kopiert. Die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speichers wird erst abgeschaltet, nachdem das Kopieren abgeschlossen ist. Demnach ist das Kopieren abgeschlossen, bevor das Elektronikmodul den Übergangsmodus aus dem Normalbetrieb heraus verlässt, also das Elektronikmodul beispielsweise in den Ruhemodus eintritt. Dies verhindert einen Datenverlust der auf dem ersten flüchtigen Speicher gespeicherten Daten. Dadurch, dass ein Schreibvorgang des nichtflüchtigen Speichers nur beim Verlassen des Elektronikmoduls des Normalbetriebs stattfindet, wird die Anzahl der typischerweise im Rahmen der technischen Spezifikation erlaubten Schreibzyklen eines nichtflüchtigen Speichers nicht überschritten.
Nachdem die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speichers wieder angeschaltet wurde, werden beispielsweise die zuvor in den nichtflüchtigen Speicherbereich kopierten Daten in den ersten flüchtigen Speicherbereich zurückkopiert. Demnach findet der Kopiervorgang beispielsweise während des Übergangsmodus zwischen Ruhemodus in den Normalbetrieb statt.
Um das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen, kann die Vorrichtungen eine Steuervorrichtung aufweisen, die demgemäß eingerichtet ist.
Nachstehend ist ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel. Dabei zeigen:
1: Elektronikmodul im Normalbetrieb
2: Elektronikmodul im Ruhemodus
In 1 wird das Elektronikmodul (10) über ein Bordnetz von einer Batterie (1) und einem Generator (2) mit Energie versorgt. Das Elektronikmodul weist eine interne Stromversorgung (11) auf, die den ersten flüchtigen Speicherbereich (14), den zweiten flüchtigen Speicherbereich (15) und den Mikrokontroller (12) mit Energie aus dem Bordnetz versorgt. Der Schalter (13), der über ein Steuersignal des Mikrokontrollers (12) geöffnet und geschlossen werden kann, ist in 1 geschlossen. Daher wird der erste flüchtige Speicherbereich (14) in 1 mit Strom versorgt. Die schwarze Fläche in den flüchtigen Speicherbereichen stellt dar, dass der erste (14) und der zweite (15) flüchtige Speicherbereich während des Normalbetriebs des Elektronikmoduls (10) zur Speicherung von Daten bzw. deren Aktualisierung verwendet werden. Der nichtflüchtige Speicherbereich (16) wird in 1 während des Normalbetriebs des Elektronikmoduls nicht verwendet. Der erste (14) und der zweite (15) nichtflüchtige Speicherbereich sind in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil eines Speicherchips, wobei der erste (14) und der zweite (15) nichtflüchtige Speicherbereich getrennt abgeschaltet und/oder betrieben werden können.
In 2 wird das Elektronikmodul (10) über ein Bordnetz von einer Batterie (1) mit Energie versorgt, weshalb sich das Elektronikmodul im Ruhemodus befindet. Der Schalter (13) ist in 2 geöffnet, daher wird der erste flüchtige Speicherbereich (14) nicht mit Energie versorgt. Während des Ruhemodus wird wie in 2 dargestellt der zweite flüchtige Speicherbereich (15) und der nichtflüchtige Speicherbereich (16) zur Speicherung von Daten verwendet. Während das Elektronikmodul (10) vom Normalbetrieb in den Ruhemodus übergeht werden die Daten des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14) in den nichtflüchtigen Speicherbereich (16) gespeichert. Während das Elektronikmodul (10) vom Ruhemodus in den Normalbetrieb übergeht werden die Daten des nichtflüchtigen Speicherbereichs (16) in den ersten flüchtigen Speicherbereich (14) zurückkopiert.

Claims

Vorrichtung zur Speicherung von Daten eines Elektronikmoduls (10) in einem Kraftfahrzeug umfassend: – einen ersten flüchtigen Speicherbereich (14), der nur mit Strom versorgt wird, wenn das Elektronikmodul (10) sich in einem Normalbetrieb befindet, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zweiter flüchtiger Speicherbereich (15) vorgesehen ist, der während eines Normalbetriebs des Elektronikmoduls und während eines vom Normalbetrieb abweichenden Ruhemodus des Elektronikmoduls mit Strom versorgt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zudem einen nichtflüchtigen Speicherbereich (16) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste flüchtige Speicherbereich (14) separat von dem zweiten flüchtigen Speicherbereich (15) betrieben und/oder abgeschaltet werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite flüchtige Speicherbereich (15) separat von dem ersten flüchtigen Speicherbereich (14) betrieben und/oder abgeschaltet werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Speichergröße des zweiten flüchtigen Speicherbereichs (15) kleiner als die Speichergröße des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14) ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Ruhestrombedarf während des Ruhemodus des Elektronikmoduls (10) unterhalb von 100 µA liegt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Elektronikmodul (10) ein Batteriesensor ist.
Verfahren zur Speicherung von Daten eines Elektronikmoduls (10) gemäß einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend: – Speichern von Daten in dem zweiten flüchtigen Speicherbereich (15), wobei die Daten, die in dem zweiten flüchtigen Speicherbereich (15) gespeichert werden, zumindest während des Ruhemodus des Elektronikmoduls (10) aktualisiert werden; – Speichern von Daten in dem ersten flüchtigen Speicherbereich (14), wobei die Daten, die in dem ersten flüchtigen Speicherbereich (14) gespeichert werden, während des Ruhemodus des Elektronikmoduls (10) nicht aktualisiert werden; – Abschalten der Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14), sobald das Elektronikmodul(10) den Normalbetrieb verlässt; – Anschalten der Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14), sobald das Elektronikmodul (10) sich im Normalbetrieb befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren die Daten des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14) in den nichtflüchtigen Speicherbereich (16) kopiert, sobald das Elektronikmodul (10) den Normalbetrieb verlässt, wobei die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14) erst abgeschaltet wird, wenn das Kopieren abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren die zuvor in den nichtflüchtigen Speicherbereich (16) kopierten Daten in den ersten flüchtigen Speicherbereich (14) zurückkopiert, nachdem die Stromversorgung des ersten flüchtigen Speicherbereichs (14) wieder angeschaltet wurde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung eine Steuervorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 durchzuführen.