-
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Hardwarestruktur für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen mehrschichtigen Hardwarestruktur und ein Verfahren zum Unterstützen eines Hauptsteuergeräts einer mehrschichtigen Hardwarestruktur bei einer Systemstartphase.
-
In einem mehrschichtigen Hardwarestrukturdesign befindet sich zwischen Hauptsteuergeräten und jeweiligen Sensoren und/oder Aktoren eine Schicht mit Steuergeräten, die im Fahrzeug für verschiedene Zonen zuständig sind. Diese Zonensteuergeräte haben den Hauptzweck, einen Datenstrom vom Sensor und/oder Aktor in ihrer Zone zu verarbeiten und die verarbeiteten Daten an das oder die Hauptsteuergeräte zu übermitteln. Hauptsteuergeräte beziehungsweise Mikroprozessorsysteme, die beispielsweise für autonomes Fahren oder Infotainmentsysteme eingesetzt werden, benötigen im Vergleich zu Zonensteuergeräten beziehungsweise Mikrocomputern eine viel längere Zeit zum vollständigen Hochfahren bei einer Systemstartphase. Somit sind die Zonensteuergeräte oftmals vor den Hauptsteuergeräten betriebsbereit und müssen auf den Abschluss der Startprozesse des Hauptsteuergeräts warten.
-
Aus der
DE 10 2004 036 046 A1 sind ein System und Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Betriebsabläufe bei einem Fahrzeug mit einer Anzahl von Steuereinheiten bekannt, die jeweils mit einem Kommunikationsbus verbunden sind. Eine zentrale Datenverarbeitungseinheit ist vorgesehen, die ihrerseits an den Kommunikationsbus angeschlossen und derart ausgebildet ist, dass sie den Steuereinheiten jeweils spezifische Daten aus einem permanenten Speicher zur Verfügung stellt. Hierdurch können Permanentspeicher in den einzelnen Steuergeräten zum Vorhalten von Konfigurationsdaten der Steuereinheiten eingespart werden, wodurch sich die Betriebssicherheit erhöht und der Aufwand mindert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Effizienz bei einer Systemstartphase der Hardwarestruktur zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
-
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass eine mehrschichtige Hardwarestruktur den Vorteil bietet, dass mehrere Zonensteuergeräte auf die gleiche Weise mit einem Hauptsteuergerät verbunden werden können. Die Zonensteuergeräte in einer Zwischenschicht haben vorzugsweise die gleiche Hardware und Software. Auf diese Weise kann ein sehr flexibles Unterstützungssystem für das Hauptsteuergerät aufgebaut werden. Insbesondere kann in einer zeitkritischen Bootup-Phase (Systemstartphase) eines oder mehrere Zonensteuergeräte eingesetzt werden.
-
Durch die Erfindung ist eine mehrschichtige Hardwarestruktur für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die mehrschichtige Hardwarestruktur zumindest ein Hauptsteuergerät, mehrere Zonensteuergeräte und Sensoren und/oder Aktoren aufweist, wobei die Zonensteuergeräte dazu ausgebildet sind, für das Hauptsteuergerät Daten von und/oder zu den Sensoren und/oder Aktoren eines jeweilig vorgegebenen Bereichs des Kraftfahrzeugs zu verarbeiten, wobei die Zonensteuergeräte ferner dazu ausgebildet sind, bei einer Systemstartphase der Hardwarestruktur und nach Abschluss einer Startphase des jeweiligen Zonensteuergeräts Startprozesse des Hauptsteuergeräts zu übernehmen und nach Bearbeitung des Startprozesses durch das jeweilige Zonensteuergerät Daten des bearbeiteten Startprozesses an das Hauptsteuergerät zu übermitteln.
-
Mit anderen Worten ist eine mehrschichte Hardwarestruktur bereitgestellt, die in einem Kraftfahrzeug betrieben werden kann. Dabei umfasst eine Schicht Aktoren und/oder Sensoren des Kraftfahrzeugs, eine weitere Schicht weist die Zonensteuergeräte auf, die für vorgegebene Aktoren und/oder Sensoren einer definierten Zone eine Datenverarbeitung übernehmen, und schließlich ist in einer weiteren Schicht das oder die Hauptsteuergeräte angeordnet, das die verarbeiteten Daten weiter verwenden kann.
-
Um bei einer Systemstartphase das Hauptsteuergerät zu unterstützen kann vorgesehen sein, dass zunächst die Zonensteuergeräte ihre eigene Bootup-Prozedur (Startphase) in der von der eigenen Spezifikationen geforderten Zeit abschließen. Sobald sie freie Kapazitäten haben, können die Zonensteuergeräte Startprozesse des Hauptsteuergeräts übernehmen, um das Hauptsteuergerät zu unterstützen. Die Ergebnisse von Berechnungen oder benötigte Informationen für das Hauptsteuergerät können anschließend an das Hauptsteuergerät zurück übermittelt werden, beispielsweise über Ethernet, wobei dann das Hauptsteuergerät diesen Prozess beziehungsweise die Daten davon wieder übernimmt.
-
Das Hauptsteuergerät kann ein Computer des Kraftfahrzeugs sein, insbesondere ein Microprozessorsystem, das beispielsweise für autonomes Fahren oder ein Infotainmentsystem eingesetzt werden kann. Die Zonensteuergeräte, die für Sensoren und/oder Aktoren in einem vorgegebenen Bereich des Kraftfahrzeugs zuständig sind, können vorzugsweise als Microcomputer ausgebildet sein, die einen vorgegebenen Satz von Programmfunktionen aufweisen, durch die Rohdaten, die von den Sensoren und/oder Aktoren stammen, vorverarbeitet werden können. Die Sensoren und/oder Aktoren können beispielsweise Kameradaten, Radardaten, Lidardaten und/oder Ultraschalldaten des Kraftfahrzeugs umfassen. Auch weitere Sensoren, wie beispielsweise Geschwindigkeitssensoren, GPS-Sensoren, Luftdrucksensoren und/oder Helligkeitssensoren und weitere können vorgesehen sein.
-
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Systemstartphase, insbesondere ein Hochfahren eines Hauptsteuergeräts, beschleunigt werden kann, da dieses durch Zonensteuergeräte unterstützt wird. Insgesamt kann somit eine Effizienz der mehrschichtigen Hardwarestruktur gesteigert werden.
-
Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zonensteuergeräte eine gleiche Software aufweisen. Vorzugsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Zonensteuergeräte mit einer gleichen Hardware ausgebildet sind. Somit können Funktionssätze auf den Zonensteuergeräten vorgesehen sein, um Prozesse aller anderen Zonensteuergeräte und zumindest von Startprozessen des Hauptsteuergeräts zu übernehmen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine verbesserte Verteilung der Startprozesse und der dazugehörigen Daten erreicht werden kann.
-
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Zonensteuergeräte dazu ausgebildet sind, nach einem jeweiligen Abschluss der eigenen Startphase eine Bereitschaftsmitteilung zur Unterstützung bei Startprozessen des Hauptsteuergeräts an das Hauptsteuergerät zu übermitteln. Mit anderen Worten können die Zonensteuergeräte dem Hauptsteuergerät mitteilen, wann die eigene Startphase abgeschlossen ist und diese zur Unterstützung des Hauptsteuergeräts Startprozesse übernehmen können. Somit kann durch das Hauptsteuergerät flexibel entschieden werden, zu welchem Zonensteuergerät Startprozesse ausgelagert werden. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine Effizienz gesteigert werden kann.
-
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass Startprozesse des Hauptsteuergeräts zum Übertragen auf die Zonensteuergeräte vorgegeben sind. Das bedeutet, dass vorher definiert werden kann, welche Startprozesse ausgelagert werden, insbesondere zu welchem Zeitpunkt und zu welchem Zonensteuergerät. Somit kann ein festes Schema beziehungsweise eine feste Auslagerungsstrategie vorliegen, mit der insbesondere rechenintensive Startprozesse vorbestimmt werden können. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Systemstartphase beschleunigt werden kann.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Hauptsteuergerät dazu ausgebildet ist, Startprozesse zum Übertragen auf die Zonensteuergeräte selbstständig zu bestimmen. Vorzugsweise kann somit auch vom Hauptsteuergerät bestimmt werden, zu welchem Zonensteuergerät die Startprozesse ausgelagert werden. Dies kann besonders bevorzugt in Kombination mit der zuvor genannten Bereitschaftsmitteilung, die die Zonensteuergeräte nach Abschluss der Starphase an das Hauptsteuergerät übermitteln können, angewendet werden. Somit kann dynamisch beziehungsweise flexibel vom Hauptsteuergerät bestimmt werden, ob Startprozesse ausgelagert werden sollen und zu welchem Zonensteuergerät dies durchgeführt werden soll. Vorzugsweise kann dabei eine künstliche Intelligenz auf dem Hauptsteuergerät eine Verteilung der Startprozesse vornehmen.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Hauptsteuergerät dazu ausgebildet ist, mittels einer künstlichen Intelligenz eine jeweilige Zeit bis zum Abschluss von ausgelagerten Startprozessen zu bestimmen und somit eine Effizienz einer Auslagerungsstrategie zu ermitteln. Diese Ermittlung kann vorzugsweise in einem normalen Betriebsmodus nach der Systemstartphase durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann eine künstliche Intelligenz auf dem Hauptsteuergerät bereitgestellt sein, die durch eine ermittelte Zeit bis zum Abschluss der ausgelagerten Startprozesse angelernt wird. Somit kann festgestellt werden, wie effizient die Auslagerung war, wobei vorzugsweise unterschiedliche Auslagerungsstrategien durchgeführt werden, wodurch für jede Auslagerungsstrategie eine jeweilige Zeit bis zum Abschluss der Systemstartphase ermittelt werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die künstliche Intelligenz dazu ausgebildet ist, durch Minimieren der jeweiligen Zeit aller Startprozesses des Hauptsteuergeräts die Effizienz der Auslagerungsstrategie zu optimieren. Mit anderen Worten kann die angelernte KI bestimmen, wann und wohin die Startprozesse ausgelagert werden, oder ob diese auf dem Hauptsteuergerät verbleiben sollen, um die effizienteste Auslagerungsstrategie zu erreichen. Die effizienteste Auslagerungsstrategie kann dabei dann vorliegen, wenn die Zeit zum Abschluss aller Startprozesse minimiert wird.
-
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die jeweiligen Zonensteuergeräte eine direkte Datenverbindung untereinander und zu dem Hauptsteuergerät aufweisen, insbesondere über Ethernet. Das bedeutet, dass die Zonensteuergeräte sich untereinander austauschen können, und direkt mit dem Hauptsteuergerät. Somit können Startprozesse des Hauptsteuergeräts und eine dazugehörige eine Datenübermittlung schnell, vorzugsweise mittels Ethernet beziehungsweise „Local area networks“, bereitgestellt werden, womit eine Übertragung von hohen Datenraten ermöglicht wird.
-
Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen mehrschichten Hardwarestruktur bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Hauptsteuergeräts einer mehrschichtigen Hardwarestruktur bei einer Systemstartphase, wobei die mehrschichtige Hardwarestruktur das Hauptsteuergerät, mehrere Zonensteuergeräte und Sensoren und/oder Aktoren aufweist, wobei durch die Zonensteuergeräte für das Hauptsteuergerät Daten von und/oder zu den Sensoren und/oder Aktoren eines jeweilig vorgegebenen Bereichs des Kraftfahrzeugs verarbeitet werden, wobei durch die Zonensteuergeräte ferner bei einer Systemstartphase der Hardwarestruktur und nach Abschluss einer Startphase des jeweiligen Zonensteuergeräts Startprozesse des Hauptsteuergeräts übernommen werden und nach Bearbeitung des Startprozesses Daten des bearbeiteten Startprozesses an das Hauptsteuergerät übermittelt werden. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei der mehrschichtigen Hardwarestruktur.
-
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
-
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessorschaltung der Prozessoreinrichtung kann z.B. zumindest eine Schaltungsplatine und/oder zumindest ein SoC (System on Chip) aufweisen.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Hardwarestruktur beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Programmcode, der bei der Ausführung durch eine Prozessorschaltung eines Computers oder eines Computerverbunds diese veranlasst, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Das Speichermedium kann z.B. zumindest teilweise als ein nichtflüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) bereitgestellt sein. Das Speichermedium kann in der Prozessorschaltung in deren Datenspeicher angeordnet sein. Das Speichermedium kann aber auch beispielsweise als sogenannter Appstore-Server im Internet betrieben sein. Durch den Computer oder Computerverbund kann eine Prozessorschaltung mit zumindest einem Mikroprozessor bereitgestellt sein. Der Programmcode können als Binärcode oder Assembler und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) und/oder als Programmskript (z.B. Python) bereitgestellt sein.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug mit einer mehrschichtigen Hardwarestruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
In 1 ist eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 10 mit einer mehrschichtigen Hardwarestruktur 12 gezeigt. Die mehrschichtige Hardwarestruktur 12 kann zumindest ein Hauptsteuergerät 14, mehrere Zonensteuergeräte 16 und Sensoren und/oder Aktoren 18 aufweisen. Die Zonensteuergeräte 16 dienen dabei als Zwischenschicht zwischen den Sensoren und/oder Aktoren 18 und dem Hauptsteuergerät 14, wobei die Zonensteuergeräte 16 dazu ausgebildet sind, Daten, die von und/oder zu den Sensoren und/oder Aktoren 18 kommen, vorzuverarbeiten.
-
Des Weiteren können die Zonensteuergräte 16 dazu ausgebildet sein, das Hauptsteuergerät 14 bei einer Systemstartphase zu unterstützen. Bei einer Systemstartphase der Hardwarestruktur 12 kann eine Startphase des Hauptsteuergeräts 14 aufgrund der Vielzahl rechenintensiver Startprozesse verzögert werden, insbesondere im Vergleich zu den Zonensteuergeräten 16, bei denen eine Startphase schnell abgeschlossen werden kann. Um auch die Startphase des Hauptsteuergeräts 14 zu beschleunigen, kann daher vorgesehen sein, dass die Zonensteuergeräte 16 ihre eigene Startphase abschließen und anschließend das Hauptsteuergerät 14 unterstützen.
-
Dazu können die Zonensteuergeräte 16 nach Abschluss der eigenen Startphase beispielsweise eine Bereitschaftsmitteilung an das Hauptsteuergerät 14 senden, sodass das Hauptsteuergerät 14 eine Übersicht über die Zonensteuergeräte 16 aufweist, die für die Bearbeitung von Startprozessen des Hauptsteuergeräts 14 bereit sind. Zu diesen kann dann einer oder mehrere Startprozesse des Hauptsteuergeräts 14 übermittelt werden. Das heißt, die Zonensteuergeräte 16 können eine Software aufweisen, durch die eine Reihe von Hochfahrprozeduren des Hauptsteuergeräts 14 bearbeitet werden können.
-
Das Hauptsteuergerät 14, insbesondere eine künstliche Intelligenz des Hauptsteuergeräts 14, kann dann entscheiden, welche Prozesse an welches Zonensteuergerät 16 ausgelagert werden, wobei nach Bearbeitung des Startprozesses auf dem jeweiligen Zonensteuergerät 16 die Daten zurück an das Hauptsteuergerät 14 übermittelt werden können, das dann diesen Prozess wieder übernimmt.
-
Vorzugsweise kann bei dem Auslagern der Startprozesse zusätzlich eine Zeitinformation berechnet werden, insbesondere durch die künstliche Intelligenz, ob die Auslagerung zu dem jeweiligen Zonensteuergerät 16 effizient war oder nicht. Somit kann die künstliche Intelligenz nach einer Mehrzahl von Systemstartphasen ermitteln, welche Auslagerungsstrategie von Startprozessen die meiste Zeit einspart und somit am effizientesten ist. Diese Auslagerungsstrategie kann dann in Zukunft weiterverwendet werden.
-
In 2 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm zum Unterstützen eines Hauptsteuergeräts 14 einer mehrschichtigen Hardwarestruktur 12 bei einer Systemstartphase dargestellt. In einem Schritt S10 wird dabei ermittelt, dass eine Startphase des jeweiligen Zonensteuergeräts 16 abgeschlossen ist, wobei dies dem Hauptsteuergerät 14 vorzugsweise mitgeteilt werden kann. In einem Schritt S12 können die Zonensteuergeräte 16, die die eigene Startphase abgeschlossen haben, Startprozesse des Hauptsteuergeräts 14 übernehmen, wobei die Startprozesse, die übernommen werden können, zum Beispiel vorgegeben sein können.
-
Schließlich können in einem Schritt S14 die Zonensteuergeräte 16, die Startprozesse übernommen haben, diese bearbeiten und aus der Bearbeitung resultierende Daten wieder zurück an das Hauptsteuergerät 14 übermitteln, das anschließend alle ausgelagerten Aufgaben wieder übernehmen kann.
-
Insgesamt kann somit eine Unterstützung bei einem Hochfahren der Hardwarestruktur bereitgestellt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004036046 A1 [0003]
