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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsteuersystem sowie ein zumindest teilautonomes Straßenfahrzeug.
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Teilautonome und autonome Fahrzeuge weisen eine umfangreiche elektrische und elektronische Architektur auf, die verteilt oder zentralisiert sein kann. Bei einer verteilten Architektur sind mehrere Sensoren mit einer Mehrzahl von elektronischen Steuereinheiten (electronic control units, ECU) verbunden, wohingegen bei einer zentralisierten Architektur die Sensoren mit einer zentralen Fahrzeugsteuereinheit (vehicle control unit, VCU) verbunden sind.
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In beiden Fällen sind die elektronischen Steuereinheiten bzw. die zentrale Fahrzeugsteuereinheit mit Hardwarekomponenten verbunden, die in der Regel über statische Schnittstellen, eine statische Rechenleistung und eine statische Speicherkapazität verfügen. Dies führt zu einer verminderten Flexibilität, da beispielsweise ein Sensor über gesonderte Kabel und/oder Schnittstellen mit mehreren elektronischen Steuereinheiten verbunden wird, was zu einem großen Bedarf hinsichtlich Verkabelung, Gewicht, Datenverkehr, Netzwerkbetrieb, Stromverbrauch und Rechenkapazität führen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine flexiblere Fahrzeugsteuereinheit für ein zumindest teilautonomes Fahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Aspekte der Erfindung betreffen ein Fahrzeugsteuersystem sowie ein zumindest teilautonomes Straßenfahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugsteuersystem.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrzeugsteuersystem eine Mehrzahl von Sensoren zum Erfassen einer Umgebung des Fahrzeugs und zum Erzeugen von Sensordaten; einen zentralen Speicher zum Empfangen der Sensordaten und zum Speichern der Sensordaten; eine Mehrzahl von elektronischen Steuereinheiten zum Bereitstellen von autonomen Fahrfunktionen und zum Steuern von Aktuatoren des Fahrzeugs basierend auf in dem zentralen Speicher gespeicherten Sensordaten; und eine Datenverwaltungseinheit, die dazu ausgeführt ist, das Speichern und Lesen der Sensordaten zu verwalten und Sensor und Steuereinheiten einen spezifischen Speicherbereich des zentralen Speichers zuzuweisen.
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Die Architektur des Fahrzeugsteuersystems basiert auf einem zentralen Speicher, einem RAM (Random Access Memory), das die Daten aller Hardwarekomponenten, beispielsweise Sensoren und Aktuatoren, empfangen und speichern kann. Diese Daten können für einen gewissen, vorbestimmten Zeitraum, wie etwa ein paar Sekunden, gespeichert werden. Nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums können die Daten wieder verworfen werden.
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Einerseits können Sensoren und optional Aktoren des Fahrzeugs auf den zentralen Speicher zugreifen und darin Sensordaten und/oder Steuerdaten abspeichern sowie daraus lesen. Beispiele für derartige Sensoren sind Umgebungskameras, Radar, Lidar, Lenksensoren, Gurtsensoren usw. Beispiele für Aktuatoren sind Bremsen, der Antrieb des Fahrzeugs, Lenkung, Gurtspanner usw.
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Andererseits können elektronische Steuereinheiten auf den zentralen Speicher zugreifen und daraus Sensordaten und/oder Steuerdaten lesen und abspeichern. Beispiele für elektronische Steuereinheiten sind das ADAS ECU (Advanced Driver Assistance Systems electronic control unit) und ein Airbagsteuergerät. Spezielle elektronische Steuereinheiten sind die Datenverwaltungseinheit und eine Datenzusammenführungseinheit, die weiter unten noch beschrieben wird.
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Zugreifen auf den zentralen Speicher kann bedeuten, dass die jeweilige Hardwarekomponente über einen Datenbus oder Analoges mit dem zentralen Speicher verbunden ist und über diesen Datenbus Daten in den zentralen Speicher schreiben kann und lesen kann.
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Die Architektur des Fahrzeugsteuersystems mit dem zentralen Speicher kann als n:m-Schnittstelle aufgefasst werden, mit der gleichzeitig noch Ressourcen, wie Speicher und Netzwerkkapazität, dynamisch verteilt werden können. Jede der an den zentralen Speicher angeschlossenen Hardwarekomponenten (Sensoren, Aktoren, elektronische Steuereinheiten) kann mit jeder anderen Hardwarekomponente über den zentralen Speicher kommunizieren.
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Die Datenverwaltungseinheit, eine spezielle elektronische Steuereinheit, verwaltet den Prozess des Speicherns und Lesens der Daten in den zentralen Speicher. Weiter weist die Datenverwaltungseinheit allen angeschlossenen Hardwarekomponenten (Sensoren, Aktoren und/oder elektronische Steuereinheiten) spezifische Speicherbereiche zu, in denen die jeweilige Hardwarekomponente Daten speichern darf. Dies kann über Adresszuweisungen erfolgen, die beispielsweise in einer Verwaltungstabelle in der Datenverwaltungseinheit gespeichert sind. Damit ist eine dynamische Zuweisung von Speicherbereichen und deren Größe möglich. Eine Abstrahierung von Software und Hardware ist möglich.
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Die Datenverwaltungseinheit und/oder die elektronischen Steuereinheiten können jeweils einen Prozessor und einen internen Speicher aufweisen, in dem beispielsweise Software gespeichert ist, die die jeweiligen Funktionen, die von der Datenverwaltungseinheit und/oder den elektronischen Steuereinheiten bereitgestellt werden, ausführt, wenn sie auf dem Prozessor ausgeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Datenverwaltungseinheit dazu ausgeführt, die Größe eines spezifischen Speicherbereiches, der einem Sensor, einem Aktuator oder einer elektronischen Steuereinheit zugewiesen ist, in Abhängigkeit von einer aktuell durch das Fahrzeugsteuersystem ausgeführten Funktion anzupassen. Die durch das Fahrzeugsteuersystem ausgeführte Funktion kann eine Funktion sein, die von einer elektronischen Steuereinheit bereitgestellt wird. Alle Hardwarekomponenten, die auf den zentralen Speicher zugreifen, können Speicherbereiche zugewiesen bekommen, deren Position und/oder deren Größe über die Zeit variieren kann. Beispielsweise kann, wenn eine Gefahrensituation detektiert wird, der Speicherbereich, der von einer elektronischen Steuereinheit verwendet wird, die Sicherheitsfunktionen bereitstellt, vergrößert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Datenverwaltungseinheit dazu ausgeführt, eine Sicherheit der in dem Speicher gespeicherten Daten zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Datenverwaltungseinheit sicherstellen, dass nur die Hardwarekomponente (Sensor, Aktuator, elektronische Steuereinheit) nur schreibend auf den ihr zugewiesenen Speicherbereich zugreifen kann. Weiter kann die Datenverwaltungseinheit sicherstellen, dass nur ausgewählte Hardwarekomponenten (Sensor, Aktuator, elektronische Steuereinheit) lesend auf die ihnen nicht zugewiesenen Speicherbereiche zugreifen können. Ferner können dadurch versehentliches Überschreiben von Daten oder Cyberangriffe verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Datenverwaltungseinheit einen Adressenbereitsteller, der dazu ausgeführt ist, den elektronischen Steuereinheiten die Adressen für den ihnen zugeordneten spezifischen Speicherbereich bereitzustellen. Der Adressenbereitsteller stellt eine möglicherweise bidirektionale Kommunikation zwischen der Datenverwaltungseinheit und den elektronischen Steuereinheiten her, beispielsweise über direkte Kommunikationsverbindungen (wie etwa gesonderte Leitungen). Eine elektronische Steuereinheit kann die Adresse bestimmter Daten von dem Adressenbereitsteller anfragen. Der Adressenbereitsteller stellt diese Adresse dieser Daten, beispielsweise in der Form eines Zeigers, dann über die direkte Kommunikationsverbindung bereit.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Adressenbereitsteller als gesonderte Hardwarekomponente ausgeführt, die beispielsweise direkt mit der Datenverwaltungseinheit und den elektronischen Steuereinheiten kommunizieren kann. Alternativ kann der Adressenbereitsteller auch in der Datenverwaltungseinheit implementiert sein, beispielsweise als Softwarefunktion.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Adressenbereitsteller mit jeder elektronischen Steuereinheit zur Kommunikation direkt verbunden. Dies kann beispielsweise über einen gesonderten Datenbus geschehen, der von einem Datenbus zur Kommunikation mit dem zentralen Speicher getrennt ist.
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Ferner ist eine dynamische Zuordnung der Datenbusse, je nach Anwendungsfall, möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrzeugsteuersystem weiter eine Datenzusammenführungseinheit zum Verarbeiten von Sensordaten mehrerer Sensoren, so dass die verarbeiteten Sensordaten von mehreren elektronischen Steuereinheiten verwendbar sind. Die Datenzusammenführungseinheit kann als besondere elektronische Steuereinheit aufgefasst werden, die zur Vorverarbeitung von Sensordaten ausgeführt ist. Insbesondere können die Sensordaten mehrerer Sensoren (wie etwa einer Kamera und einem Radar) zu fusionierten Sensordaten weiterverarbeitet werden („data fusion“, „measurement fusion“). Die Datenzusammenführungseinheit kann auf die Speicherbereiche mehrerer Sensoren (insbesondere lesend) zugreifen und/oder mehrere elektronische Steuereinheiten können auf den Speicherbereich der Datenzusammenführungseinheit (insbesondere lesend) zugreifen. Auf diese Weise kann die Vorverarbeitung und Zusammenführung von Sensordaten mehrerer Sensoren aus den entsprechenden anderen elektronischen Steuereinheiten ausgelagert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrzeugsteuersystem weiter eine Mehrzahl von Aktuatoren des Fahrzeugs. Auch die Aktuatoren können dazu ausgeführt sein, auf den zentralen Speicher zuzugreifen. Weiter kann die Datenverwaltungseinheit dazu ausgeführt sein, jedem Aktuator einen spezifischen Speicherbereich des zentralen Speichers zuzuweisen. Die elektronischen Steuereinheiten können Steuerbefehle in einem Speicherbereich ablegen, die einem Aktuator zugeordnet sind. Ebenso kann ein Aktuator Messdaten und/oder Statusdaten in dem ihm zugeordneten Speicherbereich abspeichern, die dann von einem oder mehreren elektronischen Steuereinheiten ausgelesen und ausgewertet werden können.
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Die Erfindung kann Einsatz finden in autonomen oder teilautonomen Straßenfahrzeugen. Auch der Einsatz in Straßenfahrzeugen, welche kein Fahrerassistenzsystem aufweisen, istmöglich.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch ein Fahrzeugsteuersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 3 illustriert eine dynamische Veränderung von Speicherbelegungen eines zentralen Speichers des Fahrzeugsteuersystems aus der 2.
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Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, in etwa ein autonomes oder teilautonomes Fahrzeug, das einen Antrieb 12 und ein Fahrzeugsteuersystem 14 umfasst.
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Der Antrieb 12, der zum Antreiben und Lenken des Fahrzeugs 10 dient, kann einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Weiter kann der Antrieb 12 weitere Aktuatoren umfassen, mit denen das Fahrzeug beispielsweise gelenkt und/oder gebremst werden kann.
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Das Fahrzeugsteuersystem 14 kann das Fahrzeug 10 steuern und im Falle eines autonomen Fahrzeugs 10 das Fahrzeug 10 ohne das Eingreifen eines Fahrers über längere Strecken auf einer Straße fortbewegen. Das Fahrzeugsteuersystem 14 umfasst Sensoren 16, wie etwa eine Kamera und/oder ein LIDAR, deren Daten von mehreren elektronischen Steuereinheiten 18 ausgewertet werden, um die Steuerfunktionen des Fahrzeugsteuersystems 14 zu erfüllen. Diese elektronischen Steuereinheiten 18 können neben dem Antrieb 12 auch weitere Aktuatoren 20 des Fahrzeugsteuersystems 14 steuern, wie etwa einen Gurtspanner.
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Die 2 zeigt das Fahrzeugsteuersystem 14 detaillierter. Das Fahrzeugsteuersystem 14 umfasst eine Mehrzahl von Sensoren 16, wie etwa eine Frontkamera 16a, ein Lidar 16b, ein Radar 16c, einen Sitzgurtsensor 16d usw. Weiter umfasst das Fahrzeugsteuersystem 10 eine Mehrzahl von Aktuatoren 20, wie etwa ein aktives Fahrpedal 20a, einen Lenkaktuator 20b, einen Sitzgurtaktuator 20c usw.
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Die Sensoren 16 und die Aktuatoren 20 können alle auf einen zentralen Speicher 22 in der Form eines RAM zugreifen. Die Sensoren 16 können Sensordaten in dem zentralen Speicher 22 ablegen und, genauso wie die Aktoren 18, Konfigurations- und Steuerdaten daraus lesen. Die Sensoren 16 und/oder die Aktuatoren 20 können über eine gemeinsame Datenleitung oder getrennte Datenleitungen (wie etwa einen Bus) mit dem zentralen Speicher 22 verbunden sein.
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Weiter umfasst das Fahrzeugsteuersystem 14 eine Mehrzahl von elektronischen Steuereinheiten 18, die auch alle auf den zentralen Speicher 22 zugreifen können. Gezeigt sind eine Datenverwaltungseinheit 18a, eine Datenzusammenführungseinheit 18b, eine ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)-Steuereinheit 18c, eine Airbag-Steuereinheit 18d. Die elektronischen Steuereinheiten 18 können über eine gemeinsame Datenleitung oder getrennte Datenleitungen (wie etwa einen Bus) mit dem zentralen Speicher 22 verbunden sein.
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Die Datenverwaltungseinheit 18a, eine spezielle elektronische Steuereinheit 18, verwaltet das Speichern und Lesen der Sensordaten, die von den Sensoren 16 in den zentralen Speicher 22 geschrieben werden. Dazu weist die Datenverwaltungseinheit 18a Sensoren 16, Aktuatoren 20 und/oder elektronischen Steuereinheiten 18 jeweils einen spezifischen Speicherbereich 24 des zentralen Speichers 22 zu.
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Ist dies geschehen, schreiben die Sensoren 16, Aktuatoren 20 und/oder elektronischen Steuereinheiten 18 ihre Daten nur noch in den ihnen zugewiesenen Speicherbereich 24. Beispielsweise kann einer der Sensoren 16, wie etwa die Frontkamera 16a, das Lidar 16b oder das Radar 16c, eine Umgebung des Fahrzeugs 10 erfassen und entsprechende Sensordaten erzeugen. Diese Daten werden dann von dem Sensor 16 in den dem Sensor 16 zugeordneten Speicherbereich 24 geschrieben.
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Die Datenverwaltungseinheit 18a kann dabei auch eine Sicherheit der in dem zentralen Speicher 22 gespeicherten Daten gewährleisten. Dazu kann die Datenverwaltungseinheit 18a verhindern, dass Komponenten 16, 18, 20 schreibend auf Speicherbereiche 24 zugreifen, die ihnen nicht zugeordnet sind. Weiter kann die Datenverwaltungseinheit 18a bewerkstelligen, dass Komponenten 16, 18, 20 nur auf bestimmte Speicherbereiche 24 lesend zugreifen und andere Speicherbereiche 24 auch zum Lesen für bestimmte Komponenten 6, 18, 20 gesperrt sind.
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Die Datenzusammenführungseinheit 18b greift auf die Speicherbereiche 24 der Sensoren 16 beispielsweise lesend zu, um die Sensordaten für mehrere andere elektronische Steuereinheiten 18 weiter zu verarbeiten. Dies kann als „data fusion“ der Sensordaten aufgefasst werden. Der Datenzusammenführungseinheit 18b kann ein eigener Speicherbereich 24 zugeordnet sein, in dem sie die vorverarbeiteten Sensordaten ablegt und auf den die anderen elektronischen Steuereinheiten 18 zugreifen können. Beispielsweise können die Sensordaten der Umgebungskamera 16a und die Sensordaten des Lidars 16b und/oder des Radars 16c zusammen ausgewertet werden, um ein virtuelles Modell der Umgebung des Fahrzeugs 10 zu erzeugen.
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Die anderen elektronischen Steuereinheiten 18 stellen autonome Fahrfunktionen für das Fahrzeug 10 bereit, die auf den Sensordaten und/oder den weiterverarbeitenden Sensordaten basieren und/oder diese auswerten. Mit der Funktion „Adaptive Cruise Control“ kann beispielsweise das Fahrzeug 10 auf der Spur einer Straße mit einer spezifischen Geschwindigkeit gehalten werden. Mit der Funktion „Lane Keep Assist“ kann das Fahrzeug 10 den Fahrer unterstützen, das Fahrzeug innerhalb einer Spur zu halten. Diese Funktionen können beispielsweise von der ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)-Steuereinheit 18c bereitgestellt werden.
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Die elektronischen Steuereinheiten 18 und die von ihnen ausgeführten Funktionen werden Steuerdaten erzeugen, die wieder in dem zentralen Speicher 22 gespeichert werden können. Eine elektronische Steuereinheit 18 kann Steuerdaten in dem Speicherbereich 24 eines Aktuators 20 ablegen, die der Aktuator 20 dann wieder ausliest und verarbeitet. Damit können die elektronischen Steuereinheiten 18 die Aktuatoren 20 des Fahrzeugs 10 basierend auf in dem zentralen Speicher 22 gespeicherten Sensordaten steuern.
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Wie in der 3 illustriert ist, ist die Datenverwaltungseinheit 18a dazu ausgeführt, die Größe eines spezifischen Speicherbereiches 24, der einem Sensor 16 oder einer elektronischen Steuereinheit 18 zugewiesen ist, in Abhängigkeit von einer aktuell durch das Fahrzeugsteuersystem 14 ausgeführten Funktion anzupassen. Die Position und/oder die Größe der Speicherbereiche 24 in dem Speicher 22 kann sich abhängig von den gerade ausgeführten Funktionen über die Zeit ändern.
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In der 3 sind dazu Speicherbereiche 24a, 24b, 24c und 24d gezeigt, die jeweils der ADAS-Steuereinheit 18c, der Airbag-Steuereinheit 18d und zwei weiteren Komponenten 16, 18, 20 zugeordnet sind.
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Beispielsweise, wenn mittels der Sensordaten ein Unfall detektiert wird, wird der Speicherbereich 24b für die Airbag-Steuereinheit 18d vergrößert und der Speicherbereich 24a für die ADAS-Steuereinheit 18c verkleinert. Dies kann auf Anfrage der Airbag-Steuereinheit 18d an die Datenverwaltungseinheit 18a geschehen. Die Airbag-Steuereinheit 18d kann dann den Airbag bzw. dessen Aktuator 20 auslösen.
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Weiter ist in der 2 ein Adressenbereitsteller 18e gezeigt, der entweder Bestandteil der Datenverwaltungseinheit 18a sein kann oder als gesonderte elektronische Steuereinheit 18 vorhanden ist. Insbesondere kann der Adressenbereitsteller 18e als gesonderte Hardwarekomponente ausgeführt sein.
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Der Adressenbereitsteller 18e kommuniziert über eine oder mehrere gesonderte Datenleitungen (wie etwa einen Bus) direkt mit den elektronischen Steuereinheiten 18, ohne dass dazu Daten über den zentralen Speicher 22 ausgetauscht werden müssen. Der Adressenbereitsteller 18e kann mit jeder elektronischen Steuereinheit 18 zur Kommunikation (beispielsweise mit gesonderten Leitungen) direkt verbunden sein. Dies kann die Latenz der Datenzugriffe vermindern. Der Adressenbereitsteller 18e stellt den elektronischen Steuereinheiten 18 die Adressen für den ihnen zugeordneten spezifischen Speicherbereich 24 bereit bzw. kann die Adressen für gewünschte Daten aus dem zentralen Speicher 22 auflösen, so dass die elektronischen Steuereinheiten 18 auf diese Daten zugreifen können.
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Ein weiterer Vorteil der gezeigten Architektur bzw. des Fahrzeugsteuersystems 14 ist, dass Kommunikationsressourcen zwischen den elektronischen Steuereinheiten 18 und dem zentralen Speicher 22 dynamisch zugeteilt werden können. Datenverwaltungseinheit 18a kann die Kommunikationsverbindung bzw. das Kommunikationsnetzwerk zwischen einer und/oder mehreren elektronischen Steuereinheiten 18 und dem zentralen Speicher 22 abhängig von gerade laufenden Funktionen zuteilen. Wenn der Fahrer beispielsweise die Funktion „Adaptive Cruise Control“ abschaltet und die Funktion „Lane Keep Assist“ einschaltet, kann der gleiche Kommunikationsbus genutzt bzw. durch die Datenverwaltungseinheit 18a zugeteilt werden. Die Daten der Funktion „Adaptive Cruise Control“ und die Daten der Funktion „Lane Keep Assist“ können über die gleiche Kommunikationsverbindung gesendet werden.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Antrieb
- 14
- Fahrzeugsteuersystem
- 16
- Sensor
- 16a
- Frontkamera
- 16b
- Lidar
- 16c
- Radar
- 16d
- Sitzgurtsensor
- 18
- elektronische Steuereinheit
- 18a
- Datenverwaltungseinheit
- 18b
- Datenzusammenführungseinheit
- 18c
- ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)-Steuereinheit
- 18d
- Airbag-Steuereinheit
- 18e
- Adressenbereitsteller
- 20
- Aktuator
- 20a
- aktives Fahrpedal
- 20b
- Lenkaktuator
- 20c
- Sitzgurtaktuator
- 22
- zentraler Speicher
- 24
- Speicherbereiche
