DE102019104948A1

DE102019104948A1 - Kommunikationssystem und Verfahren zur Kommunikation für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019104948A1
Application number: DE102019104948.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grieser-Schmitz
Original assignee: ZF Active Safety GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-08-27
Also published as: US11570250B2; US20200274928A1; CN111619477A; CN111619477B

Abstract

Es wird ein zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug bestimmtes Kommunikationssystem offenbart. Das Kommunikationssystem umfasst eine Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28), einen Übertragungskanal (32), der die Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) miteinander verbindet und eine mit dem Übertragungskanal (32) gekoppelte Signalquelle (30). Jede der Vorrichtungen (26, 28) umfasst eine Steuereinheit (36), die zum Auswerten von Signalen des Übertragungskanals (32) eingerichtet ist und wenigstens zwei Kopplungseinheiten (38, 40), die zum Verbinden und zum Trennen der jeweiligen Vorrichtung (26, 28) mit/von dem Übertragungskanal (32) eingerichtet sind. Die Steuereinheiten (36) der Vorrichtungen (26, 28) sind dazu eingerichtet, zu einem bestimmten Zeitpunkt die Kopplungseinheiten (38, 40) zu veranlassen, jeweils nicht mehr als eine der Vorrichtungen (26, 28) mit dem Übertragungskanal (32) zu verbinden und die anderen der Vorrichtungen (26, 28) von dem Übertragungskanal (32) zu trennen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Es werden ein System und ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Mehrzahl von Vorrichtungen über einen gemeinsamen Übertragungskanal in einem Kraftfahrzeug offenbart. Das System und das Verfahren zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie ein redundantes Einlesen einer Signalquelle ermöglichen, die mit dem Übertragungskanal gekoppelt ist. Auf diese Weise wird eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit zum Auslesen von Signalquellen in Kraftfahrzeugen bereitgestellt. Zudem wird die Sicherheit für Personen insbesondere in teilautonom gesteuerten oder autonom gesteuerten Kraftfahrzeugen erhöht.
Stand der Technik
Das Erfassen von bestimmten Verkehrssituationen und deren korrekter Interpretation stellt einen Hauptaspekt bei der heutigen Entwicklung teilautonom oder autonom gesteuerter Kraftfahrzeuge dar. Aktuelle Fahrerassistenzsysteme (ADAS - advanced driver assistance systems) bieten in derartigen Kraftfahrzeugen eine Vielzahl von Überwachungs- und Hinweisfunktionen, um das Führen eines Kraftfahrzeugs durch den immer dichter werdenden Verkehr sicherer und komfortabler zu gestalten. Hierfür wird das Umfeld des Kraftfahrzeugs basierend auf aus einem oder mehreren an dem Kraftfahrzeug befindlichen Umfeldsensor/en gewonnenen Umfelddaten überwacht.
Basierend auf den gewonnenen Umfelddaten wird beispielsweise in sogenannten ACC-Systemen (Adaptive Cruise Control) im Rahmen einer automatischen Geschwindigkeitsregelung die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs an die Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Kraftfahrzeugs angepasst. Dabei soll in der Regel ein bestimmter Abstand zu dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug eingehalten werden. Hierzu ermitteln die genannten Systeme eine mögliche Bewegungsrichtung und/oder eine Geschwindigkeit des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs.
In durch Personen geführten Kraftfahrzeugen bieten die Fahrassistenzsysteme meist eine Hinweisfunktion, um den Fahrer vor einer kritischen Fahrsituation zu warnen oder um dem Fahrer ein geeignetes Manöver für das Kraftfahrzeug vorzuschlagen. Gleichermaßen können die Fahrassistenzsysteme auch in autonom gesteuerten Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, um der autonomen Steuerung die entsprechenden Umfelddaten bereitzustellen.
Heutzutage übliche ADAS-Systeme arbeiten jedoch nicht nur mit der angesprochenen Umfeldsensorik. So fließen in die Beurteilung einer aktuellen Verkehrssituation des Kraftfahrzeugs auch fahrzeuginterne Messgrößen ein. Diese Messgrößen werden von fahrzeuginternen Sensoren zur Verfügung gestellt und durch deren Steuerungen in geeigneter Weise verarbeitet. Dazu zählen beispielsweise Geschwindigkeitssensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren, Drehzahlsensoren für die Räder und/oder den Motor des Kraftfahrzeugs und viele mehr.
Zur Überwachung der sicheren Funktionalität von Vorrichtungen wie beispielsweise Steuergeräten für die angesprochenen Fahrerassistenzsysteme kommen Software- und/oder hardwareseitige Überwachungsschaltungen zum Einsatz. Dabei überwacht eine Systemkomponente die Funktion anderer Komponenten desselben Systems. Wird ein Fehlerzustand erkannt, so wird dies beispielsweise einer übergeordneten Steuerung signalisiert, die das System dann wieder in einen definierten Zustand bringt, etwa durch Auslösen eines Hardware-Resets. Beispielsweise können in Steuergeräten von Kraftfahrzeugen Watchdog-Timer derartige Aufgaben übernehmen.
Zur Kommunikation zwischen derartigen Steuergeräten werden in Kraftfahrzeugen in der Regel drahtlose und/oder drahtgebundene Bussysteme eingesetzt. Beispielsweise können Steuergeräte für bestimmte fahrzeuginterne Sensoren über einen LIN-Bus oder einen CAN-Bus miteinander kommunizieren. Weiter werden Stromschleifenschnittstellen verwendet, um Daten zwischen fahrzeuginternen Sensoren und entsprechenden Steuergeräten zu übertragen, die diese Daten dann entweder verwenden oder weiter verteilen. Dabei werden zwei- oder dreiadrige Leitungen eingesetzt, die die Sensoren versorgen und gleichzeitig eine Übertragung von deren Ausgangssignalen ermöglicht.
Zugrundeliegendes Problem
Ein korrektes und effizientes Erfassen von Sensorsignalen ist für die Ausfallsicherheit von Fahrerassistenzsystemen und weiteren Regelsystemen in heutigen Kraftfahrzeugen eminent. Insbesondere im Zusammenhang mit der Entwicklung von Kraftfahrzeugen für teilautonomes oder autonomes Fahren und der damit stetig wachsenden Anzahl von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen ist zudem ein kostengünstiger und zugleich sicherer Ansatz um Einlesen von Sensorsignalen erforderlich.
Vorgeschlagene Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Kommunikation mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2 bis 8 und 10 ersichtlich.
Ein Aspekt betrifft ein Kommunikationssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen, mit einem Übertragungskanal, der die Mehrzahl von Vorrichtungen miteinander verbindet und mit einer mit dem Übertragungskanal gekoppelten Signalquelle. Jede der Vorrichtungen umfasst eine Steuereinheit, die zum Auswerten von Signalen des Übertragungskanals eingerichtet ist und wenigstens zwei Kopplungseinheiten. Die zwei Kopplungseinheiten sind zum Verbinden und zum Trennen der jeweiligen Vorrichtung mit/von dem Übertragungskanal eingerichtet. Die Steuereinheiten der Vorrichtungen sind dazu eingerichtet, zu einem bestimmten Zeitpunkt die jeweiligen Kopplungseinheiten zu veranlassen, jeweils nicht mehr als eine der Vorrichtungen mit dem Übertragungskanal zu verbinden und die anderen der Vorrichtungen von dem Übertragungskanal zu trennen.
Der bestimmte Zeitpunkt kann sich dabei insbesondere auf jeden bestimmten Zeitpunkt oder eine bestimmte Zeitspanne im Betrieb des Kraftfahrzeugs beziehen. Mit anderen Worten kann das Kommunikationssystem dazu eingerichtet sein zu veranlassen, dass die Signale der Schnittstelle zu jedem bestimmten Zeitpunkt von lediglich einer einzelnen der Mehrzahl von Vorrichtungen ausgewertet werden, während die anderen der Mehrzahl von Vorrichtungen von der Schnittstelle getrennt sind.
Auf diese Weise wird ein Kommunikationssystem bereitgestellt, das den Vorrichtungen, bei denen es sich insbesondere um Steuergeräte für die Auswertung und/oder Erzeugung von Signalen des Kraftfahrzeugs handeln kann, alternativen Zugriff auf den Übertragungskanal erlaubt. Die Signalquelle kann demnach abwechselnd von mehreren Steuergeräten eingelesen werden. Dazu wird vom Kommunikationssystem veranlasst, dass zu dem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur eine der Vorrichtungen aktiv auf den Übertragungskanal geschaltet ist, die übrigen Vorrichtungen jedoch von dem Übertragungskanal getrennt sind. Weil jeder der Vorrichtungen Steuereinheiten aufweist, die veranlassen, dass jeweils nur eine der Vorrichtungen mit dem Übertragungskanal verbunden ist, während die andere der Vorrichtungen von dem Übertragungskanal getrennt wird, ist eine fehlertolerantes Einlesen von Signalen des Übertragungskanals sichergestellt. Das Kommunikationssystem ist flexibel und modular, da jede der Vorrichtungen für das Verbinden der Vorrichtungen mit und das Trennen von dem Übertragungskanal funktionsgleichwertig, insbesondere schaltungstechnisch identisch, eingerichtet ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen kann jede der Vorrichtungen des Weiteren eine mit der jeweiligen Steuereinheit gekoppelte Überwachungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen Fehlerzustand der entsprechenden Vorrichtung zu erkennen und der Steuereinheit der entsprechenden Vorrichtung zu signalisieren. Die Steuereinheiten der Vorrichtungen sind in diesen Fällen dazu eingerichtet, zu dem bestimmten Zeitpunkt die jeweiligen Kopplungseinheiten der Vorrichtung, für die der Fehlerzustand erkannt wurde, zu veranlassen, die entsprechende Vorrichtung vom Übertragungskanal zu trennen.
Auf diese Weise kann bei Erkennung eines Defekts einer der Vorrichtungen ein weiterer Zugriff der betroffenen Vorrichtung auf den Übertragungskanal verhindert werden. Dies kann insbesondere auch dann zutreffen, wenn die betroffene Vorrichtung aktiv ist, jedoch einen Fehlerzustand aufweist. So wird sichergestellt, dass die Signale des Übertragungskanals weiterhin von den restlichen Vorrichtungen empfangen werden können und die Datenübertragung des Kommunikationssystems nicht durch eine defekte Vorrichtung gestört wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann jeweils die in einer der Vorrichtungen enthaltene Steuereinheit und/oder Überwachungseinheit dazu eingerichtet sein, die Kopplungseinheiten der entsprechenden Vorrichtung zu veranlassen, die entsprechende Vorrichtung mit dem Übertragungskanal zu verbinden oder die entsprechende Vorrichtung von dem Übertragungskanal zu trennen.
Dabei kann die Mehrzahl von Vorrichtungen über den Übertragungskanal parallel miteinander verbunden sein.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Signalquelle eine schaltbare Stromquelle umfassen, die über den Übertragungskanal durch wenigstens eine der Vorrichtungen mit Energie versorgt wird.
Die Signalquelle demnach dazu eingerichtet sein, den Übertragungskanal mit einem Stromsignal zu beaufschlagen. Dabei kann es sich um ein bereits aufbereitetes Stromsignal eines integrierten Sensors, beispielsweise eines Druck-, Drehzahl- und/oder Temperatursensors handeln, der die Signalquelle darstellt. Die integrierten Sensoren können zu diesem Zweck beispielsweise interne Schaltungskomponenten zur Temperaturkompensation, zur A/D und/oder zur D/A Wandlung, zur Strom/Spannungswandlung, Speicherkomponenten und/oder Rechenkomponenten wie etwa einen Mikroprozessor umfassen.
Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Signalquelle zu dem bestimmten Zeitpunkt von der nicht mehr als einen der Mehrzahl von Vorrichtungen über den Übertragungskanal mit Energie versorgt wird, die zu dem bestimmten Zeitpunkt über deren jeweilige Kopplungseinheiten mit dem Übertragungskanal verbunden ist.
In diesen Fällen bleiben die restlichen Vorrichtungen elektrisch passiv, mit anderen Worten, die restlichen Vorrichtungen beteiligen sich nicht an der Energieversorgung der Signalquelle.
Die Mehrzahl von Vorrichtungen kann dazu eingerichtet sein, die nicht mehr als eine Vorrichtung durch Kommunikation unter der Mehrzahl von Vorrichtungen zu ermitteln.
Dafür können die Vorrichtungen in geeigneter Weise über eine Kommunikationsverbindung verbunden sein. Bei der Kommunikationsverbindung kann es sich um einen Datenkanal oder Datenbus handeln, der drahtgebunden oder drahtlos ausgeführt sein kann.
Die wenigstens zwei Kopplungseinheiten jeder Vorrichtung können eine High-Side-Kopplungseinheit und eine Low-Side-Kopplungseinheit umfassen. In diesen Fällen kontrollieren die zwei Kopplungseinheiten die Verbindungen der Signalquelle zum negativen (Low-Side-Kopplungseinheit) und zum positiven (High-Side) Potential der Energieversorgung der Vorrichtung.
Sowohl die High-Side-Kopplungseinheit als auch die Low-Side-Kopplungseinheit können aus einer Schaltkomponente oder aus mehreren Schaltkomponenten bestehen. Zu diesen Schaltkomponenten zählen elektromechanische Schaltkomponenten wie Relais und elektronische Schaltkomponenten wie Halbleiterrelais, Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren, Thyristoren, Diacs, Triacs, etc.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann jede der Vorrichtungen des Weiteren eine Signalaufbereitungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Signale des Übertragungskanals zu empfangen und der Steuereinheit der entsprechenden Vorrichtung in einem definierten Format bereitzustellen.
Die Signalaufbereitungseinheit kann insbesondere dann, wenn als Signalquelle kein integrierter Sensor mit entsprechenden Signalaufbereitungskomponenten vorhanden ist, dafür sorgen, dass der Steuereinheit der jeweiligen Vorrichtung die Daten von dem Übertragungskanal in einem für die Steuereinheit interpretierbaren Datenformat bereitgestellt werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Übertragungskanal zweiadrig ausgeführt sein. In diesen Fällen kann die Signalquelle dazu eingerichtet sein, den Übertragungskanal mit einem Stromsignal zu beaufschlagen.
Bei dem Übertragungskanal kann es sich demnach um eine zweiadrige Stromschleife handeln, bei der der Sender aus der schaltbaren Stromquelle besteht und durch den Empfänger, also durch eine der Vorrichtungen, mit Energie versorgt wird. Beispielsweise kann es sich dabei um eine 4-20 mA Stromschleife handeln. Diese Stromschleife kann alternativ zur zweiadrigen Ausführung auch dreiadrig oder mehr als dreiadrig ausgeführt sein. Im Falle der dreiadrigen Ausführung kann eine der Adern für die Energieversorgung der Signalquelle verwendet werden, während die restlichen beiden Adern der Signalübertragung dienen, also den Übertragungskanal darstellen.
Dadurch wird der Übertragungskanal als Stromschleifenschnittstelle ausgeführt, die wahlweise von der Mehrzahl von Vorrichtungen verwendet werden kann. Vorrichtungen, für die ein Fehlerzustand erkannt wurde, werden vom Kommunikationssystem automatisch von der Stromschleifenschnittstelle getrennt, um eine Störung der Stromschleifenschnittstelle beispielsweise durch Einkopplung von fehlerhaften Signalen zu verhindern.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Mehrzahl von Vorrichtungen mit jeweils einer Steuereinheit in einem Kraftfahrzeug. Die Mehrzahl von Vorrichtungen ist in dem Kraftfahrzeug angeordnet und über einen Übertragungskanal miteinander verbunden. Der Übertragungskanal ist mit einer Signalquelle gekoppelt. Das Verfahren umfasst:

- Veranlassen, durch die Steuereinheiten der Vorrichtungen, dass eine der Mehrzahl von Vorrichtungen über wenigstens zwei Kopplungseinheiten der entsprechenden Vorrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem Übertragungskanal verbunden wird;
- Veranlassen, durch die Steuereinheiten der Vorrichtungen, dass die anderen der Mehrzahl von Vorrichtungen über jeweils wenigstens zwei Kopplungseinheiten der anderen der Mehrzahl von Vorrichtungen zu dem bestimmten Zeitpunkt von dem Übertragungskanal getrennt werden; und
- Auswerten von Signalen des Übertragungskanals mittels der Steuereinheit der Vorrichtung, die zu dem bestimmten Zeitpunkt mit dem Übertragungskanal verbunden ist.

Ein noch weiterer Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend ein vorstehend beschriebenes Kommunikationssystem .
Gegenüber herkömmlichen Fahrerassistenzsystemen und anderen in Kraftfahrzeugen für teilautonomes Fahren oder autonomes Fahren eingesetzten Systemen zur Kommunikation zwischen Steuergeräten und/oder Sensoren erhöht die hier vorgestellte Lösung auf kostengünstige Weise die Ausfallsicherheit und damit die Fahrsicherheit, da anhand des vorgestellten Ansatzes zum redundanten Einlesen nicht redundant ausgelegter Sensorsysteme eine robuste Kommunikationsschnittstelle bei gleichzeitiger Einsparung von doppelt vorhandener Sensorik ermöglicht wird.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale beliebig in einem Kommunikationssystem und/oder in einem Verfahren zur Kommunikation zwischen Vorrichtungen in einem Kraftfahrzeug kombiniert werden können. Zwar wurden einige der voranstehend beschriebenen Merkmale in Bezug auf ein Kommunikationssystem beschrieben, jedoch versteht sich, dass diese Merkmale auch auf ein Verfahren zur Kommunikation zwischen Vorrichtungen in einem Kraftfahrzeug zutreffen können. Genauso können die voranstehend in Bezug auf ein Verfahren zur Kommunikation zwischen Vorrichtungen in einem Kraftfahrzeug beschriebenen Merkmale in entsprechender Weise auf ein Kommunikationssystem zutreffen.
Figurenliste
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Figuren. Dabei zeigen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Kommunikationssystem gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen,
2 zeigt schematisch ein Blockdiagramm für ein Kommunikationssystem mit bestimmten Systemkomponenten gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen,
3 zeigt schematisch eine Realisierungsform des Kommunikationssystems mit einem Sensor und einer Stromschleife gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen,
4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Mehrzahl von Vorrichtungen in einem Kraftfahrzeug gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen,
5 zeigt schematisch ein Blockdiagramm für ein Kommunikationssystem mit bestimmten Systemkomponenten gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Im Rahmen der folgenden Offenbarung werden bestimmte Aspekte vorrangig mit Bezug auf das Kommunikationssystem beschrieben. Sämtliche dieser beschriebenen Aspekte sind jedoch auch im Rahmen des offenbarten Verfahrens zur Kommunikation zwischen Vorrichtungen in einem Kraftfahrzeug gültig, das beispielsweise von einer zentralen Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs ausgeführt werden kann. Dies kann unter Vornahme geeigneter Schreib- und Lesezugriffe auf einen dem Kraftfahrzeug zugeordneten internen oder/und externen Speicher erfolgen. Das Kommunikationsverfahren kann innerhalb des Kraftfahrzeugs sowohl in Hardware als auch Software oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert sein. Dazu zählen auch digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise, Field Programmable Gate Arrays sowie weitere geeignete Schalt- und Rechenkomponenten.
Es wird zunächst auf 1 verwiesen. Dort ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, das ein Steuerungssystem 12 und ein Kommunikationssystem 14 umfasst. Das Steuerungssystem 12 ist mit mindestens einem an dem Kraftfahrzeug 10 befindlichen Umfeldsensor 16, 18, 20 gekoppelt, um von dem mindestens einen Sensor 16, 18, 20 Umfelddaten zu erhalten. Das Steuerungssystem 12 kann eine elektronische Steuerung ECU (Electronic Control Unit; in der Figur nicht dargestellt) umfassen. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 12 mithilfe der ECU und/oder weiterer elektronischer Steuerungssysteme zumindest dazu eingerichtet und bestimmt sein, ein zukünftiges Manöver für das Kraftfahrzeug 10 und/oder für weitere Kraftfahrzeuge basierend auf einer aktuellen Verkehrssituation des Kraftfahrzeugs 10 zu bestimmen. Beispielsweise empfängt die ECU Signale von den Umfeldsensoren 16, 18, 20, verarbeitet diese Signale und die zugehörigen Umfelddaten und erzeugt Steuerungs- und/oder Ausgabesignale. Bei den weiteren elektronischen Steuerungssystemen kann es sich insbesondere um Steuergeräte für teilautonomes oder autonomes Fahren wie um eine ACC-Einrichtung (ACC), um einen Notbremsassistenten und/oder um Steuergeräte für weitere Fahrerassistenzsysteme handeln. Alternativ können die letztgenannten Steuergeräte auch jeweils in einer separaten Steuerung (in 1 nicht gezeigt) integriert oder in einer elektronischen Steuerung 24 für Fahrerassistenzsysteme außerhalb des Steuerungssystems 12 zusammengefasst sein.
In der 1 sind drei Umfeldsensoren 16, 18, 20 dargestellt, die entsprechende Signale an das Steuerungssystem 12 oder die elektronische Steuerung ECU senden. Insbesondere ist an dem Kraftfahrzeug 10 mindestens ein in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 nach vorne gerichteter Umfeldsensor 16 angeordnet, der einen Bereich 22 vor dem Kraftfahrzeug 10 erfasst. Dieser mindestens eine Umfeldsensor 16 kann beispielsweise im Bereich einer vorderen Stoßstange, einer vorderen Lampe und/oder eines vorderen Kühlergrills des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein. Dadurch erfasst der Umfeldsensor 16 einen Bereich 22 direkt vor dem Kraftfahrzeug 10.
Mindestens ein zusätzlicher oder alternativer, ebenfalls in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 nach vorne gerichteter Umfeldsensor 18 ist im Bereich einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs 10 dargestellt. Beispielsweise kann dieser Umfeldsensor 18 zwischen einem Inneren Rückspiegel des Kraftfahrzeugs 10 und dessen Frontscheibe angeordnet sein. Ein solcher Umfeldsensor 18 erfasst einen Bereich 24 vor dem Kraftfahrzeug 10, wobei je nach Gestalt des Kraftfahrzeugs 10 ein Bereich 24 direkt vor dem Kraftfahrzeug 10 aufgrund des vorderen Abschnitts (bzw. dessen Geometrie) des Kraftfahrzeugs 10 nicht erfasst werden kann.
Ferner kann mindestens ein Umfeldsensor 20 seitlich am und/oder am Heck des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein. Dieser optionale Umfeldsensor 20 erfasst einen Bereich 26, der seitlich und/oder in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 hinter dem Kraftfahrzeug 10 liegt. Beispielsweise können die Daten oder Signale dieses mindestens einen Umfeldsensors 20 zur Verifizierung von durch die anderen Umfeldsensoren 16, 18 erfassten Informationen und/oder zur Bestimmung einer Krümmung einer durch das Kraftfahrzeug 10 befahrenen Fahrspur verwendet werden.
Der mindestens eine Umfeldsensor 16, 18, 20 kann beliebig implementiert sein und eine Frontkamera, eine Heckkamera, eine Seitenkamera, einen Radar-Sensor, einen Lidar-Sensor, einen Ultraschall-Sensor und/oder einen Inertialsensor umfassen. Beispielsweise kann der Umfeldsensor 16 in Form einer Frontkamera, eines Radar-, Lidar-, oder Ultraschall-Sensors verwirklicht sein. Für den höher gelegenen Umfeldsensor 18 eignet sich insbesondere eine Frontkamera, während der im Heck des Kraftfahrzeugs 10 angeordnete Umfeldsensor 20 in Form einer Heckkamera, eines Radar-, Lidar-, oder Ultraschall-Sensors implementiert sein kann.
Die elektronische Steuerung ECU verarbeitet die aus dem/den an dem Kraftfahrzeug 10 befindlichen Umfeldsensor/en 16, 18, 20 gewonnenen Umfelddaten, um Informationen bezüglich die Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 in einer aktuellen Verkehrssituation zu erhalten. Dazu zählen beispielsweise Fahrbahnbegrenzungen und Markierungen einer aktuell durch das Kraftfahrzeug 10 befahrenen Fahrbahn, wie auch andere Kraftfahrzeuge oder Verkehrsteilnehmer im Umfeld des Kraftfahrzeugs 10.
So werden von der elektronischen Steuerung die aus dem/den an dem Kraftfahrzeug 10 befindlichen Umfeldsensor/en 16, 18, 20 gewonnenen Umfelddaten verarbeitet, um eine durch das Kraftfahrzeug 10 befahrene Fahrspur mit einer ersten und einer zweiten seitlichen Fahrspurbegrenzung vor dem Kraftfahrzeug 10 zu erfassen. Zusätzlich verarbeitet die elektronische Steuerung ECU die aus dem/den an dem Kraftfahrzeug 10 befindlichen Umfeldsensor/en 16, 18, 20 gewonnen Umfelddaten, um eine durch ein anderes Kraftfahrzeug belegte Fahrspur (die benachbart zu der vom dem Kraftfahrzeug 10 befahrenen Fahrspur liegt, wobei benachbart bedeutet, dass auch eine oder mehrere weitere Fahrspuren zwischen den benachbarten Fahrspuren liegen können) sowie deren seitliche Fahrspurbegrenzungen vor, seitlich neben und/oder hinter dem Kraftfahrzeug 10 zu erfassen.
Dazu stellen die Umfeldsensoren 16, 18, 20 dem Steuerungssystem 12 oder der elektronischen Steuerung ECU die den Bereich vor, seitlich neben und/oder hinter dem Kraftfahrzeug 10 wiedergebenden Umfelddaten bereit. Hierfür ist das Steuerungssystem 12 über mindestens einen Datenkanal oder Bus (in 1 gestrichelt dargestellt) mit dem mindestens einen Umfeldsensor 16, 18, 20 verbunden. Der Datenkanal oder Bus kann mittels Kabel oder kabellos realisiert sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das Steuerungssystem 12 oder dessen elektronische Steuerung ECU auch Daten von einem oder mehreren anderen Assistenzsystemen, beispielsweise von der elektronischen Steuerung 24 für Fahrerassistenzsysteme oder einer weiteren Steuerung (in 1 nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 10 erhalten, die die befahrenen Fahrspuren des Kraftfahrzeugs 10 sowie weiterer Kraftfahrzeuge mit deren seitlichen Fahrspurbegrenzungen angeben, oder sich daraus ableiten lassen. Somit können bereits durch andere Systeme ermittelte Daten und Informationen durch das Steuerungssystem 12 verwendet werden.
Ferner ermittelt das Steuersystem 12 oder dessen elektronische Steuerung ECU eine Fahrsituation mit den Umfeldsensoren, d.h. auf Basis der mithilfe des mindestens einen Umfeldsensors 16, 18, 20 gewonnenen Umfelddaten. Auch hier kann alternativ oder zusätzlich ein bereits vorhandenes Assistenzsystem oder die elektronische Steuerung 24 Daten und/oder Informationen liefern, die eine Fahrsituation definieren, oder aus denen sich eine Fahrsituation schnell ableiten lässt.
Die elektronische Steuerung 24 kann weiter dazu eingerichtet und bestimmt sein, das Kraftfahrzeug autonom und/oder teilautonom zu steuern. Das Steuerungssystem 12 ist in diesem Fall dazu eingerichtet und bestimmt, Daten an die elektronische Steuerung 24 zum autonomen Fahren auszugeben. Insbesondere kann das Steuerungssystem 12 (oder dessen ECU) Daten, die einen Verlauf eines bestimmten Bewegungspfads angeben, dem das Kraftfahrzeug 10 im weiteren Verlauf (nach der aktuellen Verkehrssituation) folgen soll, an die Komponente 24 ausgeben. Die Daten können ebenfalls über einen Datenkanal oder Bus kabelgebunden oder kabellos übertragen werden.
Die aus den Umfelddaten gewonnenen und dem Steuerungssystem 12 bereitgestellten Informationen umfassen beispielsweise Positionen und/oder Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs 10 und/oder anderer Kraftfahrzeuge im Umfeld des Kraftfahrzeugs 10 in jeweils lateraler, longitudinaler oder einer Kombination lateraler und longitudinaler Richtungen. Weiterhin umfassen diese Informationen beispielsweise relative Geschwindigkeiten und/oder relative Beschleunigungen zwischen dem Kraftfahrzeug 10 und den weiteren Kraftfahrzeugen in den jeweils angesprochenen Richtungen.
Wie mit Blick auf 1 ersichtlich, ist das Steuerungssystem 12 mit dem Kommunikationssystem 14 über einen gestrichelt dargestellten Datenkanal oder Bus zum bidirektionalen Datenaustausch verbunden. Der Datenkanal oder Bus kann mittels Kabel oder kabellos realisiert sein. In dem Kommunikationssystem 14 kann eine Mehrzahl von Vorrichtungen zusammengefasst sein, die beispielsweise zur Überwachung von fahrzeuginternen Zuständen des Kraftfahrzeugs 10 zuständig sind. Bei der Mehrzahl von Vorrichtungen kann es sich jeweils um Steuergeräte handeln, die Informationen bestimmter Signalquellen wie Sensoren, beispielsweise Druck-, Temperatur-, und/oder Drehzahlsensoren des Kraftfahrzeugs 10 auslesen und die gewonnenen Daten sodann dem Steuerungssystem 12 zur Verfügung stellen. Das Steuerungssystem 12 kann diese Daten dann wiederum der elektronischen Steuerung 24 für die Fahrerassistenzsysteme zu Verfügung stellen. So können die durch das Kommunikationssystem 14 überwachten Größen in die Entscheidungsfindung für das teilautonome oder/und für das autonome Fahren einfließen.
Das Kommunikationssystem 14 wird nun mit Blick auf 2 weiter beschrieben. Wie dort gezeigt, umfasst das Kommunikationssystem 14 des Kraftfahrzeugs 10 eine Mehrzahl von Vorrichtungen 26, 28. Die Anzahl der Vorrichtungen ist jedoch nicht wie in 2 auf die zwei beispielhaften Vorrichtungen 26, 28 beschränkt. Das Kommunikationssystem 14 kann eine Vielzahl von weiteren Vorrichtungen umfassen, die in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind. Weiterhin umfasst das Kommunikationssystem 14 eine Signalquelle 30 und einen Übertragungskanal 32, der die Signalquelle 30 mit den Vorrichtungen 26, 28 verbindet. Die Vorrichtungen 26, 28 sind dabei parallel zueinander geschaltet und können über eine Kommunikationsverbindung 34 miteinander kommunizieren.
Jede der Vorrichtungen 26, 28 umfasst eine Steuereinheit 36, zwei Kopplungseinheiten 38, 40, eine Überwachungseinheit 42 sowie eine optionale Signalaufbereitungseinheit 44. Die Anzahl der Kopplungseinheiten 38, 40 ist nicht auf zwei beschränkt; optional kann jede der Vorrichtungen 26, 28 auch mehr als zwei Kopplungseinheiten 38, 40 umfassen. In solchen Fällen kann die Anzahl der Kopplungseinheiten 38, 40 insbesondere ein Vielfaches von zwei betragen.
Die Steuereinheit 36 jeder Vorrichtung 26, 28 ist mit der Überwachungseinheit 42 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 verbunden und dazu eingerichtet, Daten mit der Überwachungseinheit 42 auszutauschen. Die Überwachungseinheit 42 ist ihrerseits mit jeder der Kopplungseinheiten 38, 40 gekoppelt. Zusätzlich kann die Steuereinheit 36 jeweils eine Kommunikationsverbindung (in der 2 gestrichelt dargestellt) mit den Kopplungseinheiten 38, 40 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 aufweisen. So ist es möglich, die Kopplungseinheiten 38, 40 jeder Vorrichtung 26, 28 durch deren jeweilige Steuereinheit 36 und/oder durch deren jeweilige Überwachungseinheit 42 anzusteuern.
Über die Kopplungseinheiten 38, 40, von denen eine als High-Side Kopplungseinheit 38 und die andere als Low-Side Kopplungseinheit 40 ausgeführt ist, können die Vorrichtungen 26, 28 jeweils mit dem Übertragungskanal 32 gekoppelt, also verbunden werden. Mit anderen Worten können die jeweiligen Vorrichtungen 26, 28, veranlasst durch deren Steuergeräte 36 und/oder durch deren Überwachungseinheiten 42 bei Bedarf über die Kopplungseinheiten 38, 40 vom Übertragungskanal isoliert werden. Die Kopplungseinheiten 38, 40 stellen also jeweils Schaltkomponenten dar. Diese können elektromechanisch und/oder elektronisch ausgeführt sein.
So können die Kopplungseinheiten 38, 40 beispielsweise als Transistoren, Relais und/oder als Dioden ausgeführt sein, wobei die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist. Die Kopplungseinheiten 38, 40 können beispielsweise auch aus einer Mischung elektronischer und elektromechanischer Komponenten bestehen, beispielsweise aus einem (Halbleiter)Relais in Verbindung mit einem Optokoppler, um eine galvanische Trennung zwischen den Vorrichtungen 26, 28 und dem Übertragungskanal 32 realisieren zu können.
Wenn eine der Vorrichtungen 26, 28 über deren Kopplungseinheiten 38, 40 mit dem Übertragungskanal 32 verbunden ist bzw. über diesen Signale empfängt, werden diese Eingangssignale über die Kopplungseinheiten 38, 40 der optionalen Signalaufbereitungseinheit 44 zugeführt. Ist diese nicht vorhanden, werden die Eingangssignale beispielsweise direkt an die jeweilige Steuereinheit 36 gesendet.
Die Signalaufbereitungseinheit 44 dient dazu, die Eingangssignale für die jeweilige Vorrichtung 26, 28 aufzubereiten. Dafür kommen, je nach Eingangssignal und/oder je nach Vorrichtung 26, 28 geeignete Messumformer, Messverstärker, A/D-Wandler, D/A-Wandler und/oder weitere Komponenten, beispielsweise zur Strom- und/oder Spannungswandlung zum Einsatz. Diese Komponenten dienen dazu, das Eingangssignal in ein für die Steuereinheit 36 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 interpretierbares Datenformat zu überführen. Dies kann, muss im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jedoch nicht notwendig sein. So kann beispielsweise alternativ auch ein bereits aufbereitetes, also für die jeweilige Steuereinheit 36 interpretierbares Eingangssignal an den Kopplungseinheiten 38, 40 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 anliegen. Die Signalaufbereitungseinheit 44 dieser Vorrichtung 26, 28 ist dann optional, was in 2 durch den gestrichelten Rahmen der Signalaufbereitungseinheit 44 angedeutet ist.
Die Signalaufbereitungseinheit 44 kann des Weiteren eine Messschaltung (in 2 nicht gezeigt) enthalten. Bei der Messschaltung kann es sich beispielsweise um eine Schaltung zur Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsmessung handeln. Die Messschaltung ist dazu eingerichtet und bestimmt, einen Strom oder/und eine Spannung der Eingangssignale und/oder der aufbereiteten Eingangssignale der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 zu messen. Dazu kann die Messeinrichtung alternativ auch außerhalb der Signalaufbereitungseinheit 44, jedoch innerhalb der Vorrichtung 26, 28 angeordnet sein. In letzterem Fall ist die Messschaltung jeweils mit den Kopplungseinheiten 38, 40 und mit der Steuereinheit 36 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 verbunden, beispielsweise dazwischen geschaltet, wobei optional eine Verbindung mit der Signalaufbereitungseinheit 44 bestehen kann, sofern diese vorhanden ist.
Die Überwachungseinheit 42 dient dazu, die Systemfunktionen der jeweiligen Vorrichtung 26, 28 zu überwachen und Fehlerzustände zu erkennen. Insbesondere ist die Überwachungseinheit 42 dazu eingerichtet, Fehlerzustände innerhalb der Steuereinheit 36 und/oder anderer Komponenten der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 zu erkennen. Dabei kann es sich um Fehlerzustände handeln, die hardware- und/oder softwarebedingt sind. Ein Fehlerzustand kann beispielsweise dann bestehen, wenn die Steuereinheit 36 und/oder andere Komponenten der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 nicht funktionsgemäß arbeiten.
Wenn die Überwachungseinheit 42 einen Fehlerzustand erkennt, kann sie dies der Steuereinheit 36 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 signalisieren. Die Steuereinheit 36 kann dann über die Kopplungseinheiten 38, 40 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 die entsprechende Vorrichtung 26, 28 von dem Übertragungskanal 32 trennen.
Die Überwachungseinheit 42 kann als Watchdog-Timer oder als anderer geeigneter Zähler ausgeführt sein, wobei die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist. Dabei kommen neben softwarebasierten Watchdog-Timern insbesondere in die jeweilige Vorrichtung 26, 28 integrierte Hardware-Watchdog-Timer in Frage. Diese können beispielsweise als Timeout-Watchdogs, Fenster-Watchdogs und oder als intelligente Watchdogs ausgeführt sein.
Die Steuereinheit 36 signalisiert der Überwachungseinheit 42 in regelmäßigen Abständen, dass kein Fehlerzustand (auch Fehlfunktion genannt) der Steuereinheit 36 oder der anderen Komponenten innerhalb der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 vorliegt. Bei der als Zähler ausgeführten Überwachungseinheit 42 kann dies beispielsweise durch Inkrementieren oder auf einen bestimmten Wert Setzen des Zählers am Ende einer Funktionsprüfung der Systemkomponenten beispielsweise durch die Steuereinheit 36 geschehen, der dann im laufenden fehlerfreien Betrieb software- oder hardwareseitig dekrementiert wird. Erreicht der Zähler Null oder meldet sich die Steuereinheit 36 nicht rechtzeitig bei dem Watchdog-Timer, gilt ein Fehlerzustand als eingetreten bzw. erkannt. Alternativ kann, wenn ein Fenster-Watchdog zum Einsatz kommt, ein Zeitfenster für die Rückmeldung der Steuereinheit 36 bei der Überwachungseinheit 42 bestehen. Ein intelligenter Watchdog verlangt von der Steuereinheit 36 die korrekte Beantwortung einer Frage im Sinne eines challenge-response-Ablaufs.
In derartigen Fällen kann die Vorrichtung 26, 28, innerhalb derer ein Fehlerzustand erkannt wurde, durch Trennen der Kopplungseinheiten 38, 40 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 von dem Übertragungskanal 32 isoliert werden. Die anderen (parallel zu der fehlerhaften Vorrichtung 26, 28 geschalteten) Vorrichtungen 26, 28 sind davon nicht betroffen, sie können weiterhin mittels deren Kopplungseinheiten 38, 40 auf den Übertragungskanal 32 zugreifen.
Der Übertragungskanal 32 ist im Beispiel nach 2 als zweiadriger Übertragungskanal 32 ausgeführt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei dem Übertragungskanal 32 kann es sich beispielsweise alternativ um einen drei- oder mehr als dreiadrigen Übertragungskanal handeln. Der Übertragungskanal 32 kann beispielsweise als Stromschleife (auch Stromschnittstelle oder Stromschleifenschnittstelle genannt) ausgeführt sein. In diesem Fall dient ein beispielsweise verdrilltes, zweiadriges Kabel sowohl als Spannungsversorgung (auch Energieversorgung genannt) für die Signalquelle 30 als auch als Übertragungsleitung für von der Signalquelle 30 generierte Signale. Ist der Übertragungskanal 32 dreiadrig ausgeführt, wird eine zusätzliche Leitung zur Spannungsversorgung der Signalquelle 30 bereitgestellt.
Der Übertragungskanal 32 kann beispielsweise als 4-20 mA Sensorinterface (auch 4-20 mA Stromschleife genannt) ausgeführt sein. In diesem Falle ist die Signalquelle 30 dazu eingerichtet, einen Ausgangsstrom bereitzustellen, der zwischen 4 mA und 20 mA variiert. Zur Energieversorgung der Signalquelle 30 kann dann eine in 2 nicht gezeigte Spannungsquelle innerhalb einer der Vorrichtungen 26, 28 oder die Spannungsquelle einer der Vorrichtungen 26, 28 selbst dienen, die über den Übertragungskanal 32 mit der Signalquelle 30 verbunden sind. Die Signalquelle 30 stellt dann eine spannungsgesteuerte Stromquelle 30 dar, die ein Spannungssignal in ein Stromsignal umsetzt.
Der Ausgangstrom der Signalquelle 30, der als Eingangssignal zu der jeweiligen mit der Signalquelle 30 über den Übertragungskanal 32 verbundenen Vorrichtung 26, 28 geführt wird, kann für die jeweilige Vorrichtung 26, 28 bzw. deren Steuereinheit 36 analoge oder digitale Information darstellen. So können beispielsweise von der Signalquelle 30 kontinuierlich Stromsignale zwischen 4 mA und 20 mA erzeugt werden, die dann in der empfangenden Vorrichtung 26, 28, beispielsweise durch die Messschaltung, als Spannungsabfall über einen Shunt oder direkt als Strom gemessen werden. Alternativ ist es auch möglich, dass durch die Signalquelle 30 lediglich zwei verschiedene Strompegel erzeugt werden, die dann einer digitalen Information entsprechen. In diesem Fall wird das Vorhandensein bzw. das Fehlen eines Stroms als binäre Information gewertet. In letzterem Fall besteht die Messschaltung aus einer Strommessschaltung innerhalb der jeweiligen Vorrichtung 26, 28, die die unterschiedlichen Strompegel (4 mA; 20 mA) auswertet. Die unterschiedlichen Strompegel können beispielsweise in der Signalaufbereitungseinheit 44 in binäre Information umgewandelt werden, die dann von der Steuereinheit 36 interpretiert werden kann.
Das Ausgangssignal der Signalquelle 30 kann von jeder der parallelen Vorrichtungen 26, 28 des Kommunikationssystems 14 eingelesen werden. Zudem kann jede der Vorrichtungen 26, 28 die Energieversorgung für die Signalquelle 30 liefern. Allerdings ist das Kommunikationssystem 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung dazu eingerichtet und bestimmt, zu einem bestimmten Zeitpunkt oder für eine bestimmte Zeitspanne jeweils nur einer der Vorrichtungen 26, 28 den Zugriff auf den Übertragungskanal 32 über deren jeweilige Kopplungseinheiten 38, 40 zu ermöglichen. Den übrigen Vorrichtungen 26, 28 bleibt der Zugriff auf den Übertragungskanal 32 wenigstens solange verwehrt, bis die verbundene Vorrichtung 26, 28 wieder von dem Übertragungskanal 32 isoliert wird. Mit anderen Worten ist es erforderlich, dass immer nur eine der Vorrichtungen 26, 28 die Signalquelle 30 aktiv versorgt, während die übrigen Vorrichtungen 26, 28 elektrisch passiv bleiben, um ein fehlerfreies alternatives Einlesen der Ausgangssignale der Signalquelle 30 durch die Vorrichtungen 26, 28 zu ermöglichen.
Die Vorrichtungen 26, 28 ermitteln unter Verwendung der Kommunikationsverbindung 34 direkt untereinander, welche der Vorrichtungen 26, 28 zu einem bestimmten Zeitpunkt Zugriff auf den Übertragungskanal 32 und damit auf das Ausgangssignal der Signalquelle 30 erhält. Dafür können die Vorrichtungen 26, 28 bzw. deren Steuereinheiten 36 (eine oder mehrere davon) bestimmen oder abstimmen, welche der Vorrichtungen 26, 28 den Zugriff auf den Übertragungskanal 32 erhält. Die Vorrichtung 26, 28, die den Zugriff erhält, versorgt dann auch die Signalquelle 30 mit Energie über den Übertragungskanal 32.
Das Abstimmen, welche der Vorrichtungen 26, 28 zu einem bestimmten Zeitpunkt Zugriff auf den Übertragungskanal 32 erhält, kann beispielsweise auf Basis geeigneter Prioritätsinformationen stattfinden und insbesondere miteinbeziehen, ob eine der Vorrichtungen 26, 28 zu dem bestimmten Zeitpunkt (auch Zugriffszeitpunkt genannt) einen Fehlerzustand aufweist oder nicht, der etwa durch die entsprechende Überwachungseinheit 42 erkannt wurde. Mit der Kommunikationsverbindung 34 zwischen den Vorrichtungen 26, 28 kann optional auch ein Arbiter gekoppelt sein, der auf Grundlage von durch die Steuereinheiten 36 der Vorrichtungen 26, 28 zur Verfügung gestellter Information (beispielsweise zeitliche Informationen oder Prioritätsinformationen) entscheidet, welche der Vorrichtungen 26, 28 zu einem bestimmten Zeitpunkt Zugriff auf den Übertragungskanal 32 erhält.
Mit Bezug auf 3 wird nun ein Realisierungsbeispiel des Kommunikationssystems 14 beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass der Übersichtlichkeit halber nicht alle in 2 gezeigten Komponenten der jeweiligen Vorrichtungen 26, 28 eingezeichnet sind, das in 3 gezeigte Kommunikationssystem 14 jedoch sämtliche Komponenten gemäß 2 enthalten kann, aber nicht muss.
In der 3 sind schematisch zwei Vorrichtungen 26, 28 in Form von Steuergeräten 26, 28 für einen Raddrehzahlsensor 30 gezeigt. Der Raddrehzahlsensor 30 ist in diesem Fall ein Raddrehzahlsensor für eines der Räder des Kraftfahrzeugs 10. Der Übertragungskanal 32 ist in Form einer zweiadrigen Stromschnittstelle ausgeführt. Bei dem Raddrehzahlsensor 30 handelt es sich also um einen passiven Raddrehzahlsensor 30, dessen Ausgangsignale über die Stromschnittstelle 32 alternativ durch die beiden Steuergeräte 26, 28 eingelesen werden. Das lesende Steuergerät 26, 28 versorgt den Raddrehzahlsensor 30 gleichzeitig mit Energie.
Bei dem Widerstand 46 kann es sich beispielsweise um einen Shunt handeln, über den von der mit Bezug auf die 2 beschriebenen Messschaltung ein Spannungsabfall gemessen wird, der proportional zum Strom durch den Shunt, also zum Eingangssignal des jeweiligen Steuergeräts 26, 28 oder zum durch die Signalaufbereitungseinheit 44 aufbereiteten Eingangssignal ist. In diesem Fall ist die Messschaltung als Spannungsmessschaltung ausgeführt.
Das Kommunikationssystem 14 gemäß 3 ist dazu eingerichtet, dass die Vorrichtungen 26, 28 das Ausgangssignal des Raddrehzahlsensors 30 alternativ, also abwechselnd, einlesen. Mit anderen Worten kann zu einem bestimmten Zeitpunkt oder innerhalb einer bestimmten Zeitspanne immer nur eine der Vorrichtungen 26, 28 aktiv auf das Stromsignal des Raddrehzahlsensors 30 zugreifen. Die andere Vorrichtung 26, 28 ist zu diesem Zeitpunkt von der Stromschleife 32 getrennt. Das Kommunikationssystem 14 gemäß 3 kann beispielsweise ein Teil einer redundant ausgelegten Radschlupfsteuerung und/oder -Regelung für das Kraftfahrzeug 10 sein. Durch das alternative Einlesen des Sensorsignals des Raddrehzahlsensors 30 ist es möglich, die Radschlupfregelung beispielsweise bei einem Defekt eines der Steuergeräte 26, 28 weiter zu betreiben, ohne dass dafür ein weiterer Raddrehzahlsensor vonnöten ist.
Damit der Raddrehzahlsensor 30 mit der notwendigen Energie versorgt wird, um die Raddrehzahl des Kraftfahrzeugs 10 zu messen, ist allerdings ständig eine der beiden Vorrichtungen 26, 28 über deren jeweilige Kopplungseinheiten 38, 40 mit der Stromschleife 32 verbunden. Dies bedeutet allerdings nicht, dass die jeweils mit der Stromschleife 32 verbundene Vorrichtung 26, 28 auch zu jedem Zeitpunkt, also ständig, das Ausgangssignal des Raddrehzahlsensors 30 (aktiv) einlesen und/oder verarbeiten muss. Die entsprechende Vorrichtung 26, 28 kann auch lediglich die Energieversorgung für den Raddrehzahlsensor 30 übernehmen.
Zur Generierung der Versorgungsenergie, also der Versorgungsspannung für den Raddrehzahlsensor 30, weisen die beiden Steuergeräte 26, 28 jeweils eine interne Spannungsquelle U_B auf. Diese Spannungsquelle ist im Beispiel nach 3 verschieden von den jeweiligen Versorgungsspannungen Uv1 und Uv2 der Steuergeräte 26, 28, sie kann jedoch auch dieselbe sein. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung für den Raddrehzahlsensor 30 aus der Versorgungsspannung Uv1, Uv2 der jeweiligen Vorrichtung 26, 28 unter Verwendung geeigneter Spannungsregelkomponenten gewonnen werden.
Die Überwachungseinheiten 42 sind im Beispiel nach 3 als in die jeweilige Vorrichtung 26, 28 integrierte Watchdog-Timer ausgeführt. Diese sind mit den jeweiligen Steuereinheiten 36 (in 3 nicht gezeigt) der Steuergeräte 26, 28 gekoppelt. Zusätzlich weisen die Überwachungseinheiten 42 eine Kommunikationsverbindung zu den jeweiligen Kopplungseinheiten 38, 40 auf. Die Kopplungseinheiten 38, 40 selbst sind im Beispiel nach 3 als selbstsperrende n-Kanal-MOSFETs ausgebildet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Hier können alternativ auch Bipolartransistoren oder Relais oder alle mit Bezug auf 2 beschriebenen Schaltkomponenten für die Kopplungseinheiten 38, 40 zum Einsatz kommen.
Dabei umfasst jede der Kopplungseinheiten 38, 40 zwei beispielhaft in Reihe geschaltete MOSFETs. Alternativ können die beiden MOSFETs der Kopplungseinheiten 38, 40 auch parallel zueinander geschaltet sein.
In dem Beispiel nach 3 ist das Kommunikationssystem 14 dazu eingerichtet und bestimmt, im laufenden Betrieb, insbesondere im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 für eine ständige und redundante Überwachung des Raddrehzahlsensors 30 zu sorgen. Dazu wird anhand der über die Stromschleife 32 bereitgestellten Sensorsignale des Raddrehzahlsensors 30 von der Steuereinheit 36 der jeweiligen Vorrichtung 26, 28 eine Raddrehzahl ermittelt. Diese Raddrehzahl kann dann dem Steuerungssystem 12 und/oder elektronischen Steuerung 24 für Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs 10 zur Verfügung gestellt werden. Damit auf eine redundante Sensorik verzichtet werden kann, sprich, nicht zwei Raddrehzahlsensoren 30 eingesetzt werden müssen, sorgt das Kommunikationssystem 14 für eine Technik zum redundanten Einlesen der Sensorsignale von der Stromschleife 32.
Die Vorrichtungen 26 und 28 des Kommunikationssystems 12 beschließen untereinander, welche der Vorrichtungen 26, 28 zu einem bestimmten folgenden Zeitpunkt die Raddrehzahl ermitteln soll. Dafür kommunizieren die Vorrichtungen 26, 28 über den Kommunikationskanal 34 und stimmen ab, welche der Vorrichtungen 26, 28 den Raddrehzahlsensor 30 mit Energie versorgen soll. Beispielsweise kann eine Vorrichtung 26, 28, wenn durch die jeweilige Steuereinheit 36 oder die jeweilige Überwachungseinheit 42 ein Fehlerzustand erkannt wurde, der anderen Vorrichtung 26, 28 über die Kommunikationsverbindung 34 signalisieren, dass derzeit ein Versorgen des Sensors 30 und ein Einlesen des Signals von der Stromschleife 32 nicht möglich ist. In diesem Fall ist die jeweils andere Vorrichtung 26, 28 dafür zuständig, die Raddrehzahl des Kraftfahrzeugs 10 zu überwachen.
Ein anderes Abstimmungsszenario (in den Figuren nicht gezeigt) kann beispielsweise auf Prioritäten basieren, wenn das Kommunikationssystem 14 durch die Mehrzahl von Vorrichtungen 26, 28 nicht lediglich ein redundantes Einlesen des Sensorsignals des Sensors 30 gewährleisten soll, sondern wenn die Raddrehzahl von den unterschiedlichen Vorrichtungen 26, 28 für unterschiedliche Aufgaben (die beispielsweise anhand unterschiedlicher Zeitvorgaben abgearbeitet werden müssen) eingelesen werden muss. In solchen Fällen kann etwa auf der Basis von Zeiten, die den jeweiligen Vorrichtungen 26, 28 zur Erfüllung ihrer entsprechenden Aufgaben bleiben, eine geeignete Priorisierung erfolgen und die Vorrichtung 26, 28 mit dem kürzesten Zeitfenster bis zur Erledigung der Aufgabe kann als erste Vorrichtung 26, 28 Zugriff auf die Stromschleife 32 erhalten.
Wenn die Vorrichtungen 26, 28 bestimmt haben, welche der Vorrichtungen 26, 28 den Raddrehzahlsensor 30 mit Energie über die intern generierte Betriebsspannung U_B versorgen soll und das Ausgangssignal des Raddrehzahlsensors 30 einlesen soll, veranlasst die Steuereinheit 36 und/oder die Überwachungseinheit 42 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28, dass diese von der Stromschleife 32 getrennt wird. Dies wird über die entsprechenden Kopplungseinheiten 38, 40 realisiert, die durch die Steuereinheit 36 und/oder die Überwachungseinheit 42 angesteuert werden, um die elektrische Verbindung der Vorrichtung 26, 28 von der Stromschleife 32 zu trennen. Mit anderen Worten wird die entsprechende Vorrichtung 26, 28 mittels deren Kopplungseinheiten 38, 40 von der Stromschleife 32 isoliert.
Gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig wird für die andere der Vorrichtungen 26, 28 über deren Kopplungseinheiten 38, 40 eine Verbindung mit der Stromschleife 32 hergestellt. Dies geschieht wiederum durch geeignete Ansteuerung der Kopplungseinheiten 38, 40 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 über deren Steuereinheit 36 und/oder deren Überwachungseinheit 42. Sobald die Verbindung zur Stromschleife 32 hergestellt ist, kann die andere der Vorrichtungen 26, 28 dann den Raddrehzahlsensor 30 über die Stromschleife 32 mit Energie versorgen und das Ausgangssignal des Raddrehzahlsensors 30 einlesen.
Wird dann ein Fehlerzustand in der Vorrichtung 26, 28, die den Raddrehzahlsensor 30 mit Energie versorgt und das Sensorsignal einliest, mittels deren Überwachungseinheit 42 erkannt, werden die Kopplungseinheiten 38, 40 dieser Vorrichtung 26, 28 wie beschrieben von der Stromschleife 32 entkoppelt.
Gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig wird der anderen Vorrichtung 26, 28 über die Kommunikationsverbindung 34 signalisiert, dass in der Vorrichtung 26, 28 ein Fehlerzustand erkannt wurde. Wenn in der anderen Vorrichtung 26, 28 zu diesem Zeitpunkt kein Fehlerzustand vorliegt, bestimmen die Steuereinheiten 36 der beiden Vorrichtungen 26, 28, dass die andere Vorrichtung 26, 28 die Versorgung des Raddrehzahlsensors 30 und die Überwachung der Raddrehzahl, also die Auswertung des Sensorsignals des Raddrehzahlsensors 30, übernimmt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Kommunikationsverfahren zur Kommunikation zwischen einer Mehrzahl von Vorrichtungen 26, 28 in einem Kraftfahrzeug. Die Mehrzahl von Vorrichtungen 26, 28 ist in dem Kraftfahrzeug 10 angeordnet und ist über einen Übertragungskanal 32 miteinander verbunden. Der Übertragungskanal 32 ist mit einer Signalquelle 30 gekoppelt. Das Kommunikationsverfahren kann beispielsweise durch das vorstehend beschriebene Kommunikationssystem 14 des Kraftfahrzeugs 10 ausgeführt werden. Dabei können sämtliche im Rahmen des Kommunikationssystems beschriebenen Merkmale auch für das Kommunikationsverfahren Anwendung finden. Insbesondere sind alle vorstehend beschriebenen Merkmale bezüglich der Überwachungseinheit 42 und deren Erkennung von Fehlerzuständen, die Parallelschaltung der Vorrichtungen 26, 28 an der Stromschleife, die Kommunikation unter den Vorrichtungen 26, 28, die Kopplungseinheiten 38, 40 und die Signalaufbereitungseinheit 44 auf das Kommunikationsverfahren übertragbar.
In einem ersten Schritt S10 Veranlassen die Steuereinheiten 36 der Vorrichtungen 26, 28, dass eine der Vorrichtungen 26, 28 über wenigstens zwei Kopplungseinheiten 38, 40 der entsprechenden Vorrichtung 26, 28 zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem Übertragungskanal 32 verbunden wird. Insbesondere basierend auf der mit Bezug auf das Kommunikationssystem 14 beschriebenen Möglichkeit der Kommunikation der Vorrichtungen 26, 28 untereinander kann dieser Schritt S10 durch die Steuereinheiten 36 der Vorrichtungen 26, 28 gemeinsam veranlasst werden.
In einem zweiten Schritt S12 Veranlassen die Steuereinheiten 36 der Vorrichtungen 26, 28, dass die anderen der Vorrichtungen 26, 28 über jeweils wenigstens zwei Kopplungseinheiten 38, 40 der anderen Vorrichtungen 26, 28 zu dem bestimmten Zeitpunkt von dem Übertragungskanal 32 getrennt werden. Bei dem bestimmten Zeitpunkt kann es sich insbesondere auch um eine Aneinanderreihung mehrerer bestimmter Zeitpunkte, also um eine bestimmte Zeitspanne handeln.
In einem dritten Schritt S14 erfolgt ein Auswerten von Signalen des Übertragungskanals 32 mittels der Steuereinheit 36 der Vorrichtung 26, 28, die zu dem bestimmten Zeitpunkt mit dem Übertragungskanal 36 verbunden ist.
Die Reihenfolge der Schritte S10 bis S14 ist nicht beschränkend zu verstehen. So kann beispielsweise das Veranlassen S12, die anderen Vorrichtungen von dem Übertragungskanal zu trennen erfolgen, bevor veranlasst wird S10, dass eine der Mehrzahl von Vorrichtungen mit dem Übertragungskanal verbunden wird. Weitere Schritte, die insbesondere aus mit Bezug auf das Kommunikationssystem 14 beschriebenen Merkmalen ableitbar sind, können zwischen den Schritten S10 bis S14 eingefügt sein, vor diesen Schritten stattfinden oder diesen Schritten folgen.
Das Kommunikationssystem 14 gemäß 5 entspricht dem gemäß 2 und arbeitet in gleicher Weise, mit Ausnahme der in diesem Absatz beschriebenen Unterschiede. Bezugszeichen entsprechen denen der 2. In dieser Ausführung ist die Steuereinheit 36 jeder der Vorrichtungen 26, 28 mit den jeweiligen Kopplungseinheiten 38, 40 verbunden. Die Überwachungseinheit 42 jeder der Vorrichtungen 26, 28 ist ebenfalls mit den jeweiligen Kopplungseinheiten 38, 40 verbunden. Die Überwachungseinheit 42 und die Steuereinheit 36 überwachen jeweils unabhängig voneinander, ob sich ein erwarteter Signal auf dem Übertragungskanal 32 einstellt. Arbeiten die Vorrichtungen 26, 28 beispielsweise in einem Master-Slave-Betrieb, d.h. das eine der Vorrichtungen, z.B. die Vorrichtung 28, als Master Vorrang beim Zugriff auf den Übertragungskanal 32 genießt, prüfen die Überwachungseinheit 42 und die Steuereinheit 36, ob ein einem Nichtfehlerfall entsprechendes Signal anliegt, wie ein 4-20mA Stromsignal, und die Kopplungseinheiten 38, 40 der Vorrichtung 26 gemäß dem Slave-Betrieb auf den Übertragungskanal 32 nicht zugreifen, insbesondere kein Potential aktiv auf dem Übertragungskanal 32 bereitstellen, sich also elektrisch passiv verhalten.
Die Überwachung durch die Steuereinheit 36 und die Überwachungseinheit 42 kann zeitlich abwechselnd erfolgen. Erfasst die Steuereinheit 36 oder die Überwachungseinheit 42 einen Fehler auf dem Übertragungskanal 32, z.B. dass trotz Masterbetrieb der anderen Vorrichtung 28, nicht das erwartete Signal anliegt, signalisiert diese der jeweiligen anderen Einheit über einen Fehlerpegel oder ein Fehlerflag den Fehlerzustand und veranlasst den Zugriff auf den Übertragungskanal 32 durch die Vorrichtung 26, die ursprünglich im Slave-Betrieb überwachend arbeitete. Die Rollenverteilung im Master-Slave-Betrieb kann ohne Schaltungsänderung rein durch Konfiguration der Vorrichtungen 26, 28 eingestellt werden, da beide bezüglich des Kommunikationssystems 14 identisch aufgebaut sind. Die Überwachungseinheit 42 und die Steuereinheit 36 erkennen sowohl Fehler in der jeweiligen Vorrichtung 26, 28 selbst, als auch durch Prüfung des Übertragungskanals 32 Fehler in der jeweiligen anderen Vorrichtung 28, 26. Es ergibt sich bezüglich Überwachung der Funktion des Übertragungskanals eine vierfache Redundanz, sowie bezüglich eines Fehlerfalls in einer jeweiligen Vorrichtung 26, 28 eine doppelte Redundanz. Für die Ansteuerung, ein Deaktivieren der Kopplungseinheiten 38, 40 und/oder das Einlesen der Signalquelle 30 wird eine doppelte Redundanz erzielt.
Die vorangehend beschriebenen Varianten sowie deren Aufbau- und Betriebsaspekte dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Figuren sind teilweise schematisch, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Figuren oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Figuren, anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Varianten zuzuordnen sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Figuren umfasst. Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle offenbarten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.

Claims

Kommunikationssystem (14) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: - einer Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28); - einem Übertragungskanal (32), der die Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) miteinander verbindet; und - einer mit dem Übertragungskanal (32) gekoppelten Signalquelle (30), wobei jede der Vorrichtungen (26, 28) umfasst: - eine Steuereinheit (36), die zum Auswerten von Signalen des Übertragungskanals (32) eingerichtet ist; und - wenigstens zwei Kopplungseinheiten (38, 40), die zum Verbinden und zum Trennen der jeweiligen Vorrichtung (26, 28) mit/von dem Übertragungskanal (32) eingerichtet sind, wobei die Steuereinheiten (36) der Vorrichtungen (26, 28) dazu eingerichtet sind, zu einem bestimmten Zeitpunkt die Kopplungseinheiten (38, 40) zu veranlassen, jeweils nicht mehr als eine der Vorrichtungen (26, 28) mit dem Übertragungskanal (32) zu verbinden und die anderen der Vorrichtungen (26, 28) von dem Übertragungskanal (32) zu trennen.
Kommunikationssystem (14) nach Anspruch 1, wobei jede der Vorrichtungen (26, 28) des Weiteren eine mit der jeweiligen Steuereinheit (36) gekoppelte Überwachungseinheit (42) umfasst, die dazu eingerichtet ist, einen Fehlerzustand der entsprechenden Vorrichtung (26, 28) zu erkennen und der Steuereinheit (36) der entsprechenden Vorrichtung (26, 28) zu signalisieren, wobei die Steuereinheiten (36) der Vorrichtungen (26, 28) dazu eingerichtet sind, zu dem bestimmten Zeitpunkt die jeweiligen Kopplungseinheiten (38, 40) der Vorrichtung (26, 28), für die der Fehlerzustand erkannt wurde, zu veranlassen, die entsprechende Vorrichtung (26, 28) vom Übertragungskanal (32) zu trennen.
Kommunikationssystem (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweils die in einer der Vorrichtungen (26, 28) enthaltene Steuereinheit (36) und/oder Überwachungseinheit (42) dazu eingerichtet ist, die Kopplungseinheiten (38, 40) der entsprechenden Vorrichtung (26, 28) zu veranlassen, die entsprechende Vorrichtung (26, 28) mit dem Übertragungskanal (32) zu verbinden oder die entsprechende Vorrichtung (26, 28) von dem Übertragungskanal (32) zu trennen.
Kommunikationssystem (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) über den Übertragungskanal (36) parallel miteinander verbunden ist.
Kommunikationssystem (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalquelle (30) eine schaltbare Stromquelle umfasst, die über den Übertragungskanal (32) durch wenigstens eine der Vorrichtungen (26, 28) mit Energie versorgt wird.
Kommunikationssystem (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) dazu eingerichtet ist, die nicht mehr als eine Vorrichtung (26, 28) durch Kommunikation unter der Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) zu ermitteln.
Kommunikationssystem (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Kopplungseinheiten (38, 40) jeder Vorrichtung (26, 28) eine High-Side-Kopplungseinheit (38) und eine Low-Side-Kopplungseinheit (40) umfassen.
Kommunikationssystem (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Vorrichtungen (26, 28) des Weiteren eine Signalaufbereitungseinheit (44) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Signale des Übertragungskanals (32) zu empfangen und der Steuereinheit (36) der entsprechenden Vorrichtung (26, 28) in einem definierten Format bereitzustellen.
Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) in einem Kraftfahrzeug (10), wobei die Mehrzahl von Vorrichtungen (26, 28) in dem Kraftfahrzeug (10) angeordnet ist und über einen Übertragungskanal (32) miteinander verbunden ist, wobei der Übertragungskanal (32) mit einer Signalquelle (30) gekoppelt ist und wobei das Verfahren umfasst: - Veranlassen (S10), durch Steuereinheiten (36) der Vorrichtungen (26, 28), dass eine der Vorrichtungen (26, 28) über wenigstens zwei Kopplungseinheiten (38, 40) der entsprechenden Vorrichtung (26, 28) zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem Übertragungskanal (32) verbunden wird; - Veranlassen (S12), durch die Steuereinheiten (36) der Vorrichtungen (26, 28), dass die anderen der Vorrichtungen (26, 28) über jeweils wenigstens zwei Kopplungseinheiten (38, 40) der anderen Vorrichtungen (26, 28) zu dem bestimmten Zeitpunkt von dem Übertragungskanal (32) getrennt werden; und - Auswerten (S14) von Signalen des Übertragungskanals (32) mittels der Steuereinheit (36) der Vorrichtung (26, 28), die zu dem bestimmten Zeitpunkt mit dem Übertragungskanal (36) verbunden ist.
Kraftfahrzeug (10) umfassend ein Kommunikationssystem (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.