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Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems gemäß den Hauptansprüchen.
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Im Zuge des automatisierten oder autonomen Fahrens von Fahrzeugen aller Art ist es oftmals hilfreich Redundanzen zu schaffen. Diese Redundanzen sind so auszulegen, dass das Fahrzeug nicht in einen sicherheitskritischen oder unbeherrschbaren Zustand geraten kann. Es wird somit dazu übergegangen, Systeme, wie zum Beispiel das EBS oder ABS, mehrfach im Fahrzeug zu platzieren. Eine andere Möglichkeit ist, ein System mit ähnlichen Teilsystemen, welche die Funktionalität abbilden können, zu ergänzen. Im Fehlerfall wird das fehlerhafte System abgeschaltet und das zweite fehlerfreie System übernimmt dann die Aufgabe und stellt so die Redundanz her.
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Um ein elektrisches Bremssystem in Nutzfahrzeugen redundant darstellen zu können würde sich somit die Anzahl der Drucksteuerventile an jeder Achse oder am jeweiligen Rad verdoppeln. Mehrfachsysteme, wie zum Beispiel die doppelte Anzahl von Drucksteuerventilen, sind jedoch teuer und können aufgrund des begrenzten Bauraums und aufwendiger Verdrahtung nicht ins Fahrzeug integriert werden.
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems vorgestellt, wobei das Aktuatorsystem zumindest ein erstes und ein zweites Steuergerät aufweist, wobei das erste Steuergerät ausgebildet ist, um den Aktuator über eine Leitung anzusteuern und wobei das zweite Steuergerät ausgebildet ist, um den Aktuator über die Leitung anzusteuern. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Ausgeben eines ersten Steuersignals von der ersten Steuereinheit über die Leitung an den Aktuator;
- - Erkennen des ersten Steuersignals auf der Leitung durch das zweite Steuergerät und Unterdrücken einer Ausgabe eines zweiten Steuersignals an den Aktuator durch das zweite Steuergerät während der Zeit, in der das erste Steuergerät das erste Steuersignal auf die Leitung ausgibt;
- - Ermitteln eines Zeitpunkts durch das zweite Steuergerät, an dem auf der Leitung kein erstes Steuersignal anliegt; und
- - Beaufschlagen des Aktuators mit einem zweiten Steuersignal über die Leitung durch das zweite Steuergerät, wenn kein erstes Steuersignal an der Leitung anliegt.
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Ein Steuersignal kann auch als sogenannter Testpuls ausgebildet sein um den Zustand des Aktuators zu diagnostizieren, dabei jedoch keine Aktion auszulösen. Bei einem Magnetventil beispielsweise ist dieses Steuersignal zeitlich kurz um eine, im Aufbau des Magnetventils geschuldeten, Induktivität zu detektieren, jedoch dabei nicht den Anker zu betätigen respektive einen Druck zu einzusteuern.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend entsprechende Einheit verstanden werden, die als Steuersignal ein elektrisches Signal an den Aktuator ausgibt. Unter einem Aktuator kann beispielsweise ein Element verstanden werden, welches ansprechend auf das Steuersignal eine mechanische Bewegung ausführt. Beispielsweise kann der Aktuator ein pneumatisches oder ein hydraulisches Element wie beispielsweise ein pneumatisches Druckventil einer Bremsanlage eines Fahrzeugs sein. Das Steuersignal kann hierbei über eine Leitung an den Aktuator übermittelt werden. Unter einer Leitung kann hierbei beispielsweise eine Busleitung oder eine Leitung zur exklusiven Übertragung des Steuersignals verstanden werden.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass der Aktuator des Aktuatorsystems dann sicher und effizient angesteuert werden kann, wenn sichergestellt ist, dass ein Steuersignal zur Ansteuerung des Aktuators lediglich von einem Steuergerät an den Aktuator ausgegeben wird, auch wenn aus Redundanzgründen mehrere Steuergeräte vorgesehen sind, die prinzipiell den Aktuator ansteuern können. Zum Ansteuern sollte nämlich zu einem Zeitpunk nur ein Steuergerät berechtig sein (das passiert auf Funktionsebene). Jedoch sollten beide Steuergeräte während der Laufzeit einen Fehler innerhalb weniger Millisekunden diagnostizieren, damit im Redundanzfall ein Eingriff nicht ohne Effekt geschieht (unerkannter Fehler). Hierzu ist dann beispielsweise das zweite Steuergerät so ausgestaltet, dass es Signalzustände auf der Leitung an den Aktuator überwachen kann und hierdurch erkennen kann, dass das erste Steuersignal vorliegt, welches vom ersten Steuergerät über die Leitung an den Aktuator ausgegeben wird. In diesem Fall kann die Ausgabe des zweiten Steuersignals durch das zweite Steuergerät auf die Leitung unterdrückt werden. Um jedoch dennoch ein Ansteuern des Aktuator über die Leitung auch von dem zweiten Steuergerät zu ermöglichen, kann das zweite Steuergerät weiterhin ausgebildet sein, einen Zeitpunkt zu ermitteln, auf dem auf der Leitung kein erstes Steuersignal anliegt und hierauf ansprechend durch das zweite Steuergerät den Aktuator über die Leitung mit dem zweiten Steuersignal zu beaufschlagen. Auf diese Weise kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass der Aktuator nicht gleichzeitig zwei Steuersignale empfängt und somit die Funktion des Aktuators robust und zuverlässig sichergestellt werden kann. Auch durch eine solche Ansteuerung des Aktuators durch das erste oder zweite Steuersignal sichergestellt werden, dass das erste Steuergerät oder das zweite Steuergerät eine Signalübertragung zum Aktuator oder eine Reaktion des Aktuator auf das betreffende Steuersignal zuverlässig überprüfen kann und hierdurch eine Diagnosefähigkeit des ersten Steuergeräts als auch des zweiten Steuergeräts optimiert werden kann.
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Hierdurch kann es vorteilhaft ermöglicht werden, dass mehrere elektronische Steuergeräte beispielsweise zur Bremssteuerung ein gemeinsames Drucksteuerventil problemlos verwendet oder angesteuert werden können. Das Problem an dieser Doppelnutzung eines Drucksteuerventils ist jedoch die Synchronisation der beiden elektronischen Steuergeräte hinsichtlich ihrer Diagnosefähigkeit. Außerdem kann eine gleichzeitige Ansteuerung der Aktuatoren bzw. des Aktuators vermieden werden. Ein Ziel des hier vorgestellten Ansatzes kann daher darin gesehen werden, dass ein Verfahren zur Kommunikation und / oder Synchronisation mehrerer elektronischer Steuergeräte über gemeinsam genutzte Aktuatoren bzw. zumindest einen gemeinsam genutzten Aktuator ermöglicht werden kann.
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Von Vorteil ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Ermitteln der Zeitpunkt als eine vorbestimmte Zeitdauer nach einem Empfang des ersten Steuersignals im zweiten Steuergerät ermittelt wird und/oder wobei im Schritt des Ermittelns der Zeitpunkt durch den Empfang einer vorbestimmten Sequenz im ersten Steuersignal ermittelt wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil einer zuverlässigen Bestimmung des Zeitpunktes, sodass mit technisch einfachen Mitteln ein einfaches Protokoll für die Nutzung der Leitung zum Aktuator realisiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes ist ein Schritt des Auswertens vorgesehen, in dem ein auf das erste und / oder zweite Steuerginal erhaltenes Antwortsignal des Aktuators in dem ersten und/oder zweiten Steuergerät ausgewertet wird, um eine Fuktionsfähigkeit des Aktuators und / oder des ersten und / oder zweiten Steuergeräts zu überprüfen. Insbesondere kann hierbei im Schritt des Auswertens eine Funktionsfähigkeit eines High-Side-Schalters und / oder Low-Side-Schalters im ersten und / oder zweiten Steuergerät oder im Aktuator überwacht werden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, seitens des ersten Steuergeräts und / oder des zweiten Steuergeräts eine Ansteuerung des Aktuators oder eine Funktionsfähigkeit des Aktuator überprüfen zu können, um hierdurch eine Diagnose über den Zustand bzw. der Funktionsfähigkeit des Aktuatorsystems erhalten zu können.
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Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes im Schritt des Beaufschlagens der Aktuator mit dem zweiten Steuersignal beaufschlagt werden, das sich vom ersten Steuersignal unterscheidet. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, unterschiedliche Funktionen des Aktuators mit den einzelnen Steuersignalen überprüfen zu können oder in den einzelnen Steuergeräten sehr einfach die Ansteuerung des Aktuators durch das jeweils andere Steuergerät erkennen zu können.
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Denkbar ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der in einem Schritt des Ansteuerns der Aktuator in einem Normalbetriebsmodus von dem ersten Steuergerät angesteuert wird und in einem Fehlerbetriebsmodus, in dem ein Fehler des Betriebs des ersten Steuergeräts oder einer Verbindung des ersten Steuergeräts zu dem Aktuator erkannt wurde, der Aktuator von dem zweiten Steuergerät angesteuert wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil einer klaren Verteilung von Rollen des ersten Steuergeräts als Hauptsteuergerät im fehlerfreien Fall und des zweiten Steuergeräts als redundantem Steuergerät im Falle des Auftretens eines Fehlers. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass möglicherweise Fehler durch eine nicht eindeutige Zuordnung der Weisungsbefugnis für die Ansteuerung des Aktuators auftreten.
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Technisch besonders einfach realisiert werden kann eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Ausgebens das erste Steuersignal über eine Busleitung an den Aktuator übertragen wird und/der im Schritt des Beaufschlagens das zweite Steuersignal über die Busleitung an den Aktuator übertragen wird, insbesondere wobei die Busleitung durch eine CAN-Bus-Leitung, eine LIN-Busleitung, eine MOST-Busleitung ode reine Ethernet-Busleitung gebildet wird. Alternativ kann im Schritt des Ausgebens das erste Steuersignal über eine ausschließlich für das erste und/oder zweite Steuersignal reservierte Leitung an den Aktuator übertragen werden und/der im Schritt des Beaufschlagens das zweite Steuersignal über die ausschließlich für das erste und/oder zweite Steuersignal reservierte Leitung an den Aktuator übertragen werden. Hierdurch kann diese Ausführungsform vorteilhaft auf bereits ausgereifte Konzepte zur redundanten Signalübertragung zurückgreifen, wodurch die Robustheit des Aktuatorsystems erhöht und eine Fehleranfälligkeit der Ansteuerung des Aktuatorssystems verringert werden kann.
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Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Schritte des Verfahrens wiederholt ausgeführt werden, wobei in einem wiederholt ausgegebene Schritt des Ausgebens ein Überrpüfen erfolgt, ob auf der Leitung an den Aktuator das zweite Steuersignal anliegt und wobei bei einem Anliegen des zweiten Steuersignals an der Leitung das erste Steuersignal nicht ausgegeben wird und/oder wobei bei keinem Anliegen des zweiten Steuersignals das erste Steuersignal an den Aktuator ausgegeben wird. Eine solche Ausführungsform stellt vorteilhaft sicher, dass auch das erste Steuergerät kein (weiteres) erstes Steuersignal auf die Leitung an den Aktuator ausgibt, wenn noch auf dieser Leitung ein zweites Steuersignal von dem zweiten Steuergerät anliegt. Auch hierdurch wird ebenfalls die Robustheit und Störungsfreiheit der Ansteuerung des Aktuatorsystems optimiert.
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Besonders vorteilhaft einsetzbar ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Ausgebens das erste Steuersignal an ein Druckventil eines Fahrzeugs als Aktuator ausgegeben wird und/oder im Schritt des Beaufschalgens das zweite Steuersignal an ein Druckventil eines Fahrzeugs als Aktuator beaufschlagt wird. Hierdurch lassen sich insbesondere in Fahrzeugssystemen sicherheitskritische Ansteuerungsszenarien vermeiden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes umfasst das Aktuatorsystem zumindest einen zweiten Aktuator, der über eine zweite Leitung mit dem ersten und dem zweiten Steuergerät verbunden ist. Weiterhin wird im Schritt des Ausgeben ein drittes Steuersignal von der ersten Steuereinheit über eine zweite Leitung an den zweiten Aktuator ausgegeben, wobei im Schritt des Erkennens das dritte Steuersignal auf der zweiten Leitung durch das zweite Steuergerät erkannt wird und eine Ausgabe eines vierten Steuersignals an den zweiten Aktuator durch das zweite Steuergerät während der Zeit unterdrückt wird, in der das erste Steuergerät das dritte Steuersignal auf die zweiten Leitung ausgibt. Im Schritt des Ermittelns wird ein zweiter Zeitpunkts durch das zweite Steuergerät ermittelt, an dem auf der zweiten Leitung kein drittes Steuersignal anliegt und im Schritt des Beaufschlagens wird der zweiten Aktuator mit dem vierten Steuersignal über die zweiten Leitung durch das zweite Steuergerät beaufschlagt, wenn kein drittes Steuersignal an der zweiten Leitung anliegt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass nicht nur die Ansteuerung eines (ersten) Aktuator vorteilhaft ausgestaltet werden kann, sondern dass das hier vorgestellte Konzept auch für mir die Ansteuerung mehr als einem Aktuator durch zumindest zwei Steuergeräte verwendet werden kann. Auf diese Weise lässt sich der hier vorgestellte Ansatz nochmals allgemeiner verwenden, da beispielsweise lediglich zwei Steuergeräte für eine redundante Ansteuerung von mehreren Aktuatoren verwendet werden können. Der hier vorgestellte Ansatz kann auch für mehr als zwei Steuergeräte verwendet werden, wobei die entsprechende Überwachung der Signalszustände auf den Leitungen für den Fachmann aus dem zuvor Beschriebenen einfach ableitbar ist.
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Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und / oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Günstige Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Aktuatorsystem, in dem ein Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes implementiert ist;
- 2 ein detaillierteres Blockschaltbild eines Ausschnitts des Aktuatorsystems aus 1;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems; und
- 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Aktuatorsystem 105. Das Fahrzeug 100 kann beispielsweise als Nutzfahrzeug oder Lastkraftwagen ausgebildet sein, um Güter und / oder Personen fahrbahngestützt zu transportieren. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch ein Personenkraftwagen, ein Omnibus, ein Arbeitsgerät wie ein Traktor oder eine Hebebühne oder dergleichen sein. Das Aktorsystem 105 kann beispielsweise eine Bremsanlage 110 sein. Hierzu können Aktuatoren 115a oder 115b vorgesehen sein, die beispielsweise jeweils als pneumatisches Druckregelventil oder Drucksteuerventil ausgestaltet sind und Druckluft aus einem Vorratsbehälter 120 auf Bremseinheiten 125a bzw. 125b leiten, um beispielsweise Räder 130a und 130b des Fahrzeugs 100 zu bremsen. Der Vorratsbehälter 120 wird hierbei nach der Druckluftabgabe durch einen Luftpresser oder Kompressor 132 wieder mit Druckluft aufgefüllt. Um nun die Bremseinheiten 125a und 125b mittels der Aktuatoren 115a bzw. 115b zu aktivieren, ist nun eine Steuereinheit 135 vorgesehen, in welcher ein Bremsanforderungssignal 140 eingelesen wird, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs 100 beispielsweise ein Bremspedal 145 betätigt. Alternativ kann das Bremsanforderungssignal 140 von einer Bremssteuereinheit 150 ausgegeben werden, die beispielsweise Teil eines autonomen Fahrzeugführungssystems ist, wenn das Fahrzeug 100 autonom fahren kann. Um nun sicherzustellen, dass ansprechend das Bremsanforderungssignal 140 auch tatsächlich ein Aktivieren der Bremseinheiten 125a bzw. 125b erfolgt, ist in der Steuereinheit 135 ein erstes Steuergerät 155a und ein zweites Steuergerät 155b vorgesehen, die beispielsweise identisch ausgeführt sein können und die beide beispielsweise parallel mit dem Bremsanforderungssignal 140 beaufschlagt werden. Jedes der Steuergeräte 155a bzw. 155b kann unabhängig voneinander den ersten Aktuator 115a, das heißt hier das erste Druckregelventil bzw. den zweiten Aktuator 115b, das heißt hier das zweite Druckregelventil ansteuern, um die Bremseinheiten 125a bzw. 125b zu aktivieren. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass auch bei Ausfall eines der Steuergeräte 155a bzw. 155b noch immer eine Ansteuerung der Aktuatoren 115a bzw. 115b möglich ist. Denkbar ist jedoch auch, dass durch eines der Steuergeräte 155a bzw. 155b nicht beide Aktuatoren 115a bzw. 115b angesteuert werden, sondern lediglich einer der Aktuatoren 115a bzw. 115b, je nachdem wie stark gebremst werden soll oder welche Bremse bzw. Bremseinheit 125a bzw. 125b aktiviert bzw. wie stark aktiviert werden soll.
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Damit die zuverlässig Ansteuerungsmöglichkeit sowohl des ersten Steuergerätes 155a als auch des zweiten Steuergerätes 155b für den ersten Aktuator 115a bzw. den zweiten Aktuator 115b sichergestellt ist, sollte in einem Testzyklus, beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs 100, überprüft werden, ob die Ansteuerung des ersten Aktuator 115a sowohl vom ersten Steuergerät 155a als auch vom zweiten Steuergerät 155b möglich ist. Analog dazu sollte auch sichergestellt werden, dass die Ansteuerung des zweiten Aktuator 115b sowohl vom ersten Steuergerät 155a als auch vom zweiten Steuergerät 155b möglich ist. Hierzu können die Aktuatoren 115 durch entsprechende Steuersignale 157 als Testsignale angesteuert werden und beispielsweise eine Reaktion der Aktuatoren 115 auf die entsprechenden Steuersignale 157 im ersten Steuergerät 155a oder zweiten Steuergerät 155b ausgewertet werden.
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Um nun doch sicherzustellen, dass nicht beide Steuergeräte 155, also das erste Steuergerät 155a mittels eines ersten Steuersignal 157a und das zweite Steuergerät 155b mittels eines zweiten Steuersignal 157b zeitgleich über eine (erste) Leitung 160a den (ersten) Aktuator 115a ansteuern und / oder das erste Steuergerät 155a mittels eines dritten Steuersignals 162a und das zweite Steuergerät 155b mittels eines vierten Steuersignals 162b zeitgleich über eine zweite Leitung 160b den zweiten Aktuator 115b ansteuern, ist eine entsprechende Überwachung der Kommunikation bzw. der Belegung der (ersten) Leitung 160a und/oder der zweiten Leitung 160b mit entsprechenden Steuersignalen erforderlich.
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Eine solche Überwachung der Kommunikation bzw. der Belegung der Leitung 160a und / oder der zweiten Leitungen 160b kann durchgeführt werden, indem beispielsweise das erste Steuergerät 155a das erste Steuersignal 157a auf die Leitung 160a ausgegeben wird. Das zweite Steuergerät 155b kann ausgebildet sein, um das erste Steuersignal 157a auf der Leitung 160a zu erkennen und in diesem Fall die Ausgabe des zweiten Steuersignal 157a auf die Leitung 160a zu unterdrücken. Nachfolgend kann im zweiten Steuergerät 155b ein Zeitpunkt ermittelt werden, zu dem auf der Leitung 160a kein erstes Steuersignal 157a mehr anliegt. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise durch Ablauf einer bestimmten Zeitdauer nach einem erstmaligen Erkennen des durch das erste Steuergerät 155a auf die Leitung 160a ausgegebenen ersten Steuersignal 155a ermittelt werden. Beispielsweise kann diesem Ermittlungsverfahren zugrundegelegt werden, dass das erste Steuersignal 155a lediglich eine vorbestimmte Signaldauer lang der (ersten) Leitung 160a beaufschlagt wird, sodass das zweite Steuergerät 155b davon ausgehen kann, dass nach dieser vorbestimmten Signaldauer die (erste) Leitung 160a wieder „frei“ ist. In diesem Fall könnte dann das zweite Steuergerät 155b das zweite Steuersignal 157b der Leitung 160a einprägen. Alternativ kann der Zeitpunkt auch dadurch ermittelt werden, dass beispielsweise das erste Signal 157a derart ausgewertet wird, dass eine Schlusssequenz im ersten Signal 157a erkannt wird, die signalisiert, dass das erste Signal 157a in Kürze beendet ist und somit die Leitung 160a wieder zur Ausgabe des zweiten Steuersignal 157b frei ist.
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2 zeigt ein Blockschaltbild des Aktuatorsystems 110 aus 1, wobei hier nun die Steuereinheit 135 mit dem ersten Steuergerät 155a und dem zweiten Steuergerät 155b dargestellt ist. Das erste Steuergerät 155a ist mittels der Leitung 160a zur Übertragung des ersten Steuersignals 157a mit dem (ersten) Aktuator 115a verbunden, der vorliegend beispeilsweise als ein Drucksteuerventil ausgebildet ist. Weiterhin ist das erste Steuergerät 155a zur Übertragung des dritten Steuersignals 162a mit dem zweiten Aktuator 115b mittels der zweiten Leitung 160b verbunden, wobei der zweite Aktuator 115b ebenfalls wieder als ein Drucksteuerventil ausgebildet ist. Das zweite Steuergerät 155b ist mittels der Leitung 160a zur Übertragung des zweiten Steuersignals 157b mit dem (ersten) Aktuator 115a verbunden. Weiterhin ist das zweite Steuergerät 155b zur Übertragung des vierten Steuersignals 162b mit dem zweiten Aktuator 115b mittels der zweiten Leitung 160b verbunden. Die Aktuatoren 115a bzw. 115b umfassen beispielsweise einen Widerstand und / oder eine Induktivität, um ansprechend auf eine Ansteuerung durch eines der Steuersignale 157 oder 162 ein magnetisches Feld zu erzeugen, mittels dessen eine mechanische Komponenten wie beispielsweise ein Sperrriegel zur Freigabe eines Druckluftdurchgangs bewegt werden kann. Das Steuergerät 155a und / oder 155b umfasst einen High-Side-Schalter (HS), der durch einen Steuerbefehl eines Mikorcontrollers geöffent oder geschlossen werden kann, um eine ausreichend hohe Leistung an den Aktuator zu übertragen, um die entsprechende mechanische Bewegung initiieren zu können. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät 155a und / oder 155b einen Low-Side-Schalter (LS) aufweisen, der ebenfalls durch einen Steuerbefehl eines Mikorcontrollers geöffnet oder geschlossen werden kann.
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In der 2 ist das Funktionsprinzip einer Ansteuerung eines Drucksteuerventils, als Beispiel eines Aktuators, mit zwei elektronischen Steuergeräten 155a und 155b, im Folgenden auch synonym ECU1 bzw. ECU2 genannt, schematisch dargestellt. Hier wird im Wesentlichen gezeigt dass ein Aktuator mit zwei Steuergeräten 155a bzw. 155b (d. h. den ECUs 1 und 2) verbunden ist und somit von beiden ECUs 155a und 155b angesteuert werden kann. Die ECUs bzw. Steuergeräte 155a bzw. 155b verfügen jeweils über entsprechende High-Side-Schalter HS sowie Low-Side-Schalter LS und Rückmelde-Leitungen zum Mikrocontroller. Die Ansteuerung des jeweiligen Aktuators 115 kann in der Anzahl und Ausführung der High-Side- und Low-Side-Schalter variieren und ist nur zur Veranschaulichung abgebildet.
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Bei der Nutzung eines Aktuators wie den Aktuatoren 115 durch zwei oder mehrere Steuergeräte 155 (ECUs) sollte die gleichzeitige Ansteuerung durch beide Steuergeräte 155a und 155b vermieden werden. Eine gleichzeitige Ansteuerung eines Aktuators 115 ist aufgrund dessen eigen- und systemdynamischen Verhaltens sehr ungünstig. Es könnte zu einem unkontrollierbaren Regel- / Steuerverhalten kommen, da die erste ECU 155a, durch ihre Ansteuerung die Regelung / Steuerung der zweiten ECU 155b behindert.
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Des Weiteren sollte eine Rückwärtsversorgung von der einen ECU zur anderen ECU ebenfalls ausgeschlossen werden.
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Außerdem stellt die zweite ECU 155b günstigerweise eine sogenannte Rückfallebene (Backup) dar, welche nur im Fehlerfall der ersten ECU 155a in den aktiven Betrieb umschalten soll. Dennoch sollte sichergestellt werden, dass die zweite ECU 155b im Backup-Fall einen fehlerfreieren Betrieb gewährleisten kann. Hierzu sollten beide Steuergeräte 155a und 155b günstigerweise in regelmäßigen Abständen den jeweiligen Aktuator 115a bzw. 115b mit Testsignalen als Steuersignalen beaufschlagen und das Ergebnis eigenständig bewerten. Die Schwierigkeit liegt nun in der Bewertung der eigenen Testsignale der ECU1 155a und die Beeinflussung durch Testsignale der ECU2 155b, denn Testpulse, welche von der ECU1 155a ausgeführt worden sind, wirken sich auf die Testpulse und dessen Rückmeldungen der ECU2 155b und umgekehrt aus. Es ist daher naheliegend die beiden ECUs 155a und 155b zu Synchronisieren. Da die ECUs 155a und 155b in der Regel über einen Datenübertragungsbus, zum Beispiel CAN, LIN, MOST, Ethernet u.v.m. miteinander verbunden ist, könnte eine Synchronisation hiermit realisiert werden. In den meisten Fällen möchte der Fahrzeughersteller jedoch regen Datenverkehr vermeiden. Weiterhin kommt zu dem reinen Datentransfer eine, dem verwendeten Protokoll geschuldete Grundverzögerung.
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Der hier vorgestellte Ansatz umfasst die Kommunikation und Synchronisation der beiden ECUs 155a und 155b mittels dessen ausgesendeten Testimpulse und / oder Ansteuerungen, d. h. Steuersignalen, die auch als Testsignale oder Testimpulse verwendet werden können, da hierdurch auch testweise der betreffende Aktuator angesteuert wird. Die ECU1 155a sendet beispielsweise einen Testimpuls bzw. ein erstes Steuersignal 157a zur Fehlerdiagnose aus. Diese wird gleichzeitig von der ECU1 155a sowie von der ECU2 155b eingelesen. Während die ECU1 155a ihren Testimpuls entsprechend verifiziert, nutzt die ECU2 155b diesen Testimpuls des ersten Steuersignals 157a als Interrupt-Quelle oder Aufforderung seinen eigenen Testimpuls als zweitem Steuersignal 157b mit einer bestimmten Totzeit zu starten. Es entsteht nun ein so genanntes Handshake-Signal mit der sichergestellt wird, dass die ECU1 155a vom geplanten Testpuls als zweitem Steuersignal 157b der ECU2 155b weiß und kann diese Information verarbeiten.
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Die Testimpulse respektive Steuersignale 157a bzw. 157b können in den entsprechenden Frequenzen variieren und somit ein Protokoll abbilden mit dem beide ECUs 155a bzw. 155b miteinander kommunizieren können.
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Im Zuge der funktionalen Sicherheit, bei welcher ebenfalls mehrstufige Kommunikationsleitungen oder Bussysteme benötigt werden, kann auf diese Weise ein redundanter BUS über die Testimpulse bzw. Steuersignale 157a bzw. 157b der ECUs 155a bzw. 155b realisiert werden. Dieses führt zu einer erheblichen Kosteneinsparung.
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Da ebenfalls eine mehrfache Ansteuerung des Aktuators vermieden werden sollte (siehe vorstehende Beschreibung) kann die jeweilige passive ECU die Ansteuerung der aktiven ECU mittels der eigenen Rückmeldungen erfassen, dieses als Lebenszeichen interpretieren und dementsprechend mit einem geeigneten Betriebszustand reagieren.
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Der hier vorgestellte Ansatz lässt sich ebenfalls noch erweitern. Beispielsweise kann mit diesem Ansatz ein System mit zwei ECUs entsprechend den Steuergeräten 155 und drei doppelgenutzten Aktuatoren entsprechend den Aktuatoren 115a bzw. 115b aufgebaut werden, wobei eine zusätzliche Kommunikation über eine CAN-Bus-Verbindung erfolgen kann. Testpulse können somit auch zur Synchronisation der Übertragung für alle drei Aktuatoren entsprechend implementiert werden. Auch kann eine spezielle Testimpulsfolge von der aktiven ECU1 155a (Master) zur Aufforderung der passiven ECU2 155b (Slave) zur Regelungsübernahme für definierte Zeit definiert werden. In dieser Zeit ist dann die ECU2 155b der Master und würde im Falle eine Regelanforderung die aktive Regelung der Aktuatoren 115 übernehmen. Nach dem Zeitintervall bzw. der Zeitdauer wird die Regelungsübernahme wieder an die ECU 1 155a übergeben. Mittels CAN-Nachrichten (oder Nachrichten auf einem alternativen Bus die einem Flexray- oder Ethernet-Bus) wird die Neuverteilung der Master- und Slave-ECU redundant und ohne erhöhte Busauslastung überwacht. Ebenso könnte auch ein System mit vier ECUs und zwei doppelgenutzten Aktuatoren implementiert werden. Grundsätzlich ist die Anzahl der Aktuatoren zur Mehrfachnutzung variabel. Auch die Anzahl der ECUs 155, welche über einem oder mehreren Aktuatoren 115 miteinander kommunizieren, ist variabel. Es kommen Aktuatoren und Lasten mit beliebigen Impedanzen in Frage.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems, wobei das Aktuatorsystem zumindest ein erstes und ein zweites Steuergerät aufweist, wobei das erste Steuergerät ausgebildet ist, um einen Aktuator über eine Leitung anzusteuern und wobei das zweite Steuergerät ausgebildet ist, um den Aktuator über die Leitung anzusteuern. Das Verfahren 300 umfasst einen Schrit 310 des Ausgebens eines ersten Steuersignals von der ersten Steuereinheit über die Leitung an den Aktuator. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Erkennens des ersten Steuersignals auf der Leitung durch das zweite Steuergerät und Unterdrücken einer Ausgabe eines zweiten Steuersignals an den Aktuator durch das zweite Steuergerät während der Zeit, in der das erste Steuergerät das erste Steuersignal auf die Leitung ausgibt. Weiterhin umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 330 des Ermittelns eines Zeitpunkts durch das zweite Steuergerät, an dem auf der Leitung kein erstes Steuersignal anliegt. Schließlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 340 des Beaufschlagens des Aktuators mit einem zweiten Steuersignal über die Leitung durch das zweite Steuergerät, wenn kein erstes Steuersignal an der Leitung anliegt.
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4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausfühungsbeispiels einer Vorrichtung 400 zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems, wobei das Aktuatorsystem zumindest ein erstes und ein zweites Steuergerät aufweist, wobei das erste Steuergerät ausgebildet ist, um den zumindest einen Aktuator über eine Leitung anzusteuern und wobei das zweite Steuergerät ausgebildet ist, um den Aktuator über die Leitung anzusteuern. Die Vorrichtung 400 umfasst einen Einheit 410 zum Ausgeben eines ersten Steuersignals von der ersten Steuereinheit über die Leitung an den Aktuator. Ferner umfasst die Vorrichtung 400 eine Einheit 420 zum Erkennen des ersten Steuersignals auf der Leitung durch das zweite Steuergerät und Unterdrücken einer Ausgabe eines zweiten Steuersignals an den Aktuator durch das zweite Steuergerät während der Zeit, in der das erste Steuergerät das erste Steuersignal auf die Leitung ausgibt. Auch umfast die Vorrichtung 400 eine Einheit 430 zum Ermitteln eines Zeitpunkts durch das zweite Steuergerät, an dem auf der Leitung kein erstes Steuersignal anliegt. Schließlich umfasst die Vorrichtung 400 eine Einheit 440 zum Beaufschlagen des Aktuators mit einem zweiten Steuersignal über die Leitung durch das zweite Steuergerät, wenn kein erstes Steuersignal an der Leitung anliegt.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und / oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 105
- Aktuatorsystem
- 110
- Bremsanlage
- 115a
- (erster) Aktuator
- 115b
- zweiter Aktuator
- 120
- Vorratsbehälter
- 125a
- erste Bremseinheit
- 125b
- zweite Bremseinheit
- 130a
- erstes Rad
- 130b
- zweites Rad
- 132
- Kompressor
- 135
- Steuereinheit
- 140
- Bremsanforderungssignal
- 145
- Bremspedal
- 150
- Bremssteuereinheit
- 155a
- erstes Steuergerät
- 155b
- zweites Steuergerät
- 157a
- erstes Steuersignal
- 157b
- zweites Steuersignal
- 160a
- (erste) Leitung
- 160b
- zweite Leitung
- 162a
- drittes Steuersignal
- 162b
- viertes Steuersignal
- L
- Induktivität
- R
- Widerstand
- 300
- Verfahren zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems
- 310
- Schritt des Ausgebens
- 320
- Schritt des Erkennens
- 330
- Schritt des Ermittelns
- 340
- Schritt des Beaufschlagens
- 400
- Vorrichtung zur Ansteuerung von zumindest einem Aktuator eines Aktuatorsystems
- 410
- Einheit zum Ausgeben
- 420
- Einheit zum Erkennen
- 430
- Einheit zum Ermitteln
- 440
- Einheit zum Beaufschlagen
