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Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Hardwarestruktur für ein Kraftfahrzeug ein Kraftfahrzeug mit einer solchen mehrschichtigen Hardwarestruktur und ein Verfahren zum Verteilen von Prozessen zwischen Zonensteuergeräten in einer mehrschichtigen Hardwarestruktur.
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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. Bei bestimmten Ereignissen kann es jedoch vorkommen, dass eine Zone in einem bestimmten Zeitraum aufgrund von vielen Sensorinformationen in dieser Zone stark überlastet wird. Dies kann zu einem Datenstau führen und die Hauptsteuergeräte müssen zu lange auf wichtige Informationen warten.
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Aus der
DE 10 2015 217 715 A1 ist ein System zum Sammeln von Fahrzeugdaten bekannt. Das System umfasst zumindest eine Fahrzeugsteuerung in einem Fahrzeugnetzwerk, das konfiguriert ist, das Fahren eines Fahrzeugs zu steuern, einen Server, der konfiguriert ist, einen Lastzustand des Fahrzeugnetzwerks zu überwachen und ein Datensammeln anzufordern, durch Einstellen eines Steuerparameters, der einem ausgewählten Fahrzeugparameter entspricht, anhand einer verfügbaren Kapazität im Fahrzeugnetzwerk, wenn irgendeine der zumindest einen Fahrzeugsteuerungen ausgewählt wird. Des Weiteren umfasst das System eine Datensammelvorrichtung, die konfiguriert ist, Daten entsprechend dem Steuerparameter anhand einer Anfrage des Servers durch Bestimmen eines Fehlerbereichs anzufordern, basierend auf dem Lastzustand des Fahrzeugnetzwerks. Die zumindest eine Fahrzeugsteuerung detektiert die Daten entsprechend dem Steuerparameter und arrangiert und sendet die Daten entsprechend dem Steuerparameter basierend auf dem Lastzustand des Fahrzeugnetzwerks und dem Fehlerbereich.
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Aus der
DE 10 2020 125 684 A1 sind eingebettete Steuersysteme mit Logik für Berechnung und Datenaustausch, ein Verfahren zur Herstellung/Nutzung solcher Systeme sowie Fahrzeuge mit verteilten Sensoren und eingebetteter Verarbeitungshardware zur Bereitstellung automatisierter Fahrfunktionalität bekannt. Ein Verfahren zum Betrieb eingebetteter Controller, die mit verteilten Sensoren verbunden sind, umfasst den Empfang eines ersten Datenstroms von einem ersten Sensor über einen ersten eingebetteten Controller und die Speicherung des ersten Datenstroms mit einem ersten Zeitstempel und einer ersten Datenlebensdauer über einen gemeinsam genutzten Datenpuffer in einer Speichervorrichtung. Ein zweiter Datenstrom wird von einem zweiten Sensor über einen zweiten eingebetteten Controller empfangen. Eine Zeitauswirkung des zweiten Datenstroms wird auf der Grundlage des entsprechenden Zeitstempels und der Datenlebensdauer berechnet. Wenn festgestellt wird, dass die Zeitauswirkung keine Zeiteinschränkung verletzt, wird der erste Datenstrom aus dem Speicher gelöscht und der zweite Datenstrom mit einem zweiten Zeitstempel und einer zweiten Datenlebensdauer in der Speichervorrichtung gespeichert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Effizienz der mehrschichten Hardwarestruktur zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, dass verschiedene Zonensteuergeräte die gleiche Hauptaufgabe im Schichtaufbau haben und diese alle die gleiche Software installiert haben. Daher wäre es möglich, Daten aus einer anderen Zone vorzuverarbeiten. Für diesen Ansatz kann eine direkte Verbindung, beispielsweise über Ethernet, zwischen den verschiedenen Zonensteuergeräten hergestellt werden. Alle Zonensteuergeräte teilen sich ihre CPU-Lastinformationen (Prozessorlast). Falls ein Zonensteuergerät kurz vor einer Überlastung steht, kann es erkennen, dass ein anderes Zonensteuergerät freie Kapazitäten hat. Das überlastete Zonensteuergerät sollte eine oder mehrere seiner Aufgaben an ein niedrig belastetes Zonensteuergerät übertragen, und nach der Quittierung werden die Rohdaten von Sensoren und/oder Aktoren direkt vom überlasteten Zonensteuergerät an das niedrig belastete Zonensteuergerät weitergeleitet, ohne dass eine Vorverarbeitung stattfindet. Das niedrig belastete Zonensteuergerät beginnt mit der Verarbeitung der Daten und kann sie vorzugsweise mit einem Label/Tag des Zonensteuergeräts versehen, das ursprünglich mit der Verarbeitung beauftragt war. In diesem Fall weiß das Hauptsteuergerät, von welcher Zone die Daten stammen.
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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. Die Zonensteuergeräte sind ferner dazu ausgebildet, eine jeweilige Prozessorlast zu bestimmen und bei Übersteigen der Prozessorlast eines der Zonensteuergeräte über einen vorgegebenen Schwellenwert, zumindest einen Prozess dieses überlasteten Zonensteuergeräts und die dazugehörigen Daten der Sensoren und/oder Aktoren auf zumindest ein weiteres Zonensteuergerät, dessen Prozessorlast unter dem Schwellenwert liegt, zu übertragen, wobei das zumindest eine weitere Zonensteuergerät dazu ausgebildet ist, die übertragenen Daten durch den zumindest einen Prozess zu verarbeiten und die verarbeiteten Daten an das Hauptsteuergerät zu übermitteln.
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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.
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Tritt in einer dieser Zonen ein hohes Datenaufkommen auf, können bei dem entsprechenden Zonensteuergerät eine Mehrzahl von Prozessen aktiviert werden, wodurch eine Prozessorlast des Zonensteuergeräts steigt. Ist das entsprechende Zonensteuergerät vollständig ausgelastet, können im ungünstigsten Fall Daten nicht verarbeitet werden, wodurch diese beispielsweise verworfen werden. Um dies zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Zonensteuergeräte untereinander über eine Datenverbindung verbunden sind und die jeweilige Prozessorlast untereinander austauschen. Ist bei einem Zonensteuergerät die Prozessorlast über einem vorgegebenen Schwellenwert, kann bestimmt werden, dass Prozesse dieses Zonensteuergeräts auf weniger belastete Zonensteuergeräte übertragen werden. Der Schwellenwert kann beispielsweise bei einer Prozessorlast von über 90 Prozent, insbesondere 95 Prozent, vorliegen.
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Werden die Prozesse von einem überlasteten Zonensteuergerät auf zumindest ein weiteres Zonensteuergerät, dessen Prozessorlast unter dem Schwellenwert liegt, übertragen, können die Daten der Sensoren und/oder Aktoren, insbesondere Rohdaten, direkt an das Zonensteuergerät übertragen werden, das die Verarbeitung übernimmt. Dieses Zonensteuergerät weist vorzugsweise die gleiche Software auf, wodurch ein Verarbeitungsprozess der umgeleiteten Daten ermöglicht wird. Nachdem die übertragenen Daten verarbeitet sind, können diese dem Hauptsteuergerät übergeben werden, wobei vorzugsweise die Daten derart gekennzeichnet werden, als ob sie vom ursprünglichen überlasteten Zonensteuergerät stammen.
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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.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Zeit bei der Verarbeitung von Sensordaten eingespart werden kann und dass bei belasteten Zonensteuergeräten eine weitere Datenauswertung ermöglicht wird. Somit kann insgesamt die Effizienz der mehrschichtigen Hardwarestruktur gesteigert werden.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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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 zu übernehmen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine verbesserte Verteilung der Prozesse und der dazugehörigen Daten erreicht werden kann.
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Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Daten und Prozesse an das Zonensteuergerät mit der niedrigsten Prozessorlast übertragen werden. Mit anderen Worten können die Zonensteuergeräte die jeweilige Prozessorlast bestimmen, wobei, falls bei einem Zonensteuergerät die Prozessorlast über den vorgegebenen Schwellenwert liegt, einer oder mehrere Prozesse dieses überlasteten Zonensteuergeräts an dasjenige Zonensteuergerät übertragen werden, das zum Zeitpunkt der Überschreitung des Schwellenwerts die niedrigste Prozessorlast aufweist. Somit kann eine geeignete Auslastung aller Zonensteuergeräte erreicht werden.
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Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass das zumindest eine weitere Zonensteuergerät dazu ausgebildet ist, die vom überlasteten Zonensteuergerät verarbeiteten Daten mit einer Kennzeichnung, dass die Daten vom überlasteten Zonensteuergerät stammen, zu versehen und die verarbeiteten und gekennzeichneten Daten an das Hauptsteuergerät zu übermitteln. Mit anderen Worten kann das Zonensteuergerät, das die Verarbeitung der Daten übernimmt, eine Kennzeichnung in die Daten einfügen, die angibt, welches Zonensteuergerät ursprünglich für die Verarbeitung zuständig war. Somit kann das Hauptsteuergerät die Kennzeichnung bei Empfangen der verarbeiteten Daten auslesen und der richtigen Zone im Kraftfahrzeug zuordnen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Daten so gekennzeichnet werden können, als ob sie vom überlasteten Zonensteuergerät stammen, was eine Verarbeitung durch das Hauptsteuergerät vereinfacht.
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Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Zonensteuergeräte ferner dazu ausgebildet sind, bei Vorliegen einer Energiesparbedingung die Prozesse und Daten aller Zonensteuergeräte auf ein einziges Zonensteuergerät zu übertragen, bis die Prozessorlast dieses Zonensteuergeräts den Schwellenwert erreicht hat. Das heißt, wenn eine Prozessorlast aller Zonensteuergeräte niedrig ist, insbesondere unter einem Schwellenwert, kann vorgesehen sein, dass nur eines der Zonensteuergeräte mit der Verarbeitung aller Daten beauftragt wird. So können beispielsweise die Rohdaten aller Zonensteuergeräte an das für einen Energiesparmodus ausgewählte Zonensteuergerät weitergeleitet werden. Dieses kann dann so lange Prozesse und eine Datenverarbeitung übernehmen, bis der Schwellenwert erreicht ist und das Zonensteuergerät somit überlastet ist. Dann kann entweder ein zweites Zonensteuergerät die jeweils nachkommenden Prozesse übernehmen und/oder jedes Zonensteuergerät kann wieder anfangen, die eigenen Prozesse zu verarbeiten. Werden die Prozesse auf ein einziges Zonensteuergerät übertragen, können vorzugsweise die anderen Zonensteuergeräte in einen Ruhemodus überführt werden. Somit kann Energie gespart werden, was eine Effizienz der mehrschichten Hardwarestruktur erhöht.
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Die Energiesparbedingung, durch die die Prozesse auf ein einziges Zonensteuergerät übertragen werden, kann dann vorliegen, wenn eine Verarbeitungslast gering ist, insbesondere unter einen Auslastungsschwellenwert fällt. Des Weiteren kann durch eine Auswertung der Daten eine Situation im Kraftfahrzeug erkannt werden, durch die angezeigt werden kann, dass eine verringerte Rechenkapazität benötigt wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Energiesparbedingung vorliegt, falls ein Mittelwert der Prozessorlast aller Zonensteuergeräte unter einem vorgegebenen Auslastungsschwellenwert ist. Das bedeutet, dass ein Durchschnitt aller ermittelten Prozessorlasten daraufhin überprüft werden kann, ob dieser über oder unter dem vorgegebenen Auslastungsschwellenwert liegt. Dieser kann vorzugsweise niedrig gewählt werden, zum Beispiel unter 20 Prozent, insbesondere unter 10 Prozent. Ist dies der Fall, kann die Energiesparbedingung vorliegen und alle Prozesse und Daten der Zonensteuergeräte können auf ein einziges Zonensteuergerät übertragen werden und die anderen Zonensteuergeräte können zum Energiesparen in einen Ruhemodus versetzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine künstliche Intelligenz der Hardwarestruktur mit Situationsdaten des Kraftfahrzeugs, die von den Sensoren und/oder Aktoren messbar sind, und einer dazugehörigen Prozessorlast der Zonensteuergeräte zur Erkennung des Vorliegens der Energiesparbedingung angelernt ist. Mit anderen Worten ist eine künstliche Intelligenz dazu ausgebildet, das Vorliegen der Energiesparbedingung dann zu erkennen, falls eine Fahrzeugsituation aus den Situationsdaten erkannt wird, bei der die (erwartbare) Prozessorlast aller Zonensteuergeräte niedriger ist als bei anderen Fahrsituationen. Hierzu kann die künstliche Intelligenz, die beispielsweise als neuronales Netz ausgebildet sein kann, mit den jeweiligen Situationsdaten und der dazugehörigen Prozessorlast, die bei der Situation aufgetreten ist, angelernt sein. Die künstliche Intelligenz kann beispielsweise auf einen oder mehreren der Zonensteuergeräte und/oder auf dem Hauptsteuergerät betrieben werden. Die jeweiligen Situationen können entweder im Kraftfahrzeug angelernt werden oder vorzugsweise können Situationsdaten des Kraftfahrzeugs und/oder mehrerer Flottenfahrzeuge gesammelt werden und in einer Cloud trainiert und auf das jeweilige Kraftfahrzeug zurückgespielt werden. Situationen, bei denen die Energiesparbedingung vorliegen kann, können zum Beispiel Nachtfahrten auf einer Autobahn sein, bei der eine Prozessorlast im Allgemeinen gering ist oder bei Fahrten, bei denen ein geringes Verkehrsaufkommen vorliegt. In diesen Situationen lernt die künstliche Intelligenz, dass nicht viel Rechenleistung benötigt wird, wodurch ein Energiesparmodus aktiviert werden kann. Auf diese Weise können einige Zonensteuergeräte ausgewählt werden, um die Verarbeitung von den anderen zu übernehmen. Somit können nur die Rohdaten an die aktiven Zonensteuergeräte weitergeleitet werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die mehrschichtige Hardwarestruktur dazu angelernt werden kann, in einem möglichst effizienten und stromsparenden Betriebsmodus betrieben zu werden.
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Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die jeweiligen Zonensteuergeräte eine direkte Datenverbindung untereinander aufweisen, insbesondere über Ethernet. Das bedeutet, dass die Zonensteuergeräte sich untereinander austauschen können, insbesondere die Daten, die von den Sensoren und/oder Aktoren stammen, direkt an eines oder mehrere weitere Zonensteuergeräte übermitteln können. Hierbei kann vorzugsweise eine Datenübermittlung mittels Ethernet beziehungsweise „Local area networks“ bereitgestellt sein, womit eine Übertragung von hohen Datenraten ermöglicht wird.
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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.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen von Prozessen zwischen Zonensteuergeräten in einer mehrschichten Hardwarestruktur. Die mehrschichte Hardwarestruktur weist zumindest ein Hauptsteuergerät, mehrere Zonensteuergeräte und Sensoren und/oder Aktoren auf, 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. Durch die Zonensteuergeräte wird eine jeweilige Prozessorlast bestimmt und bei Übersteigen der Prozessorlast eines der Zonensteuergeräte über einen vorgegebenen Schwellenwert werden zumindest ein Prozess dieses überlasteten Zonensteuergeräts und die dazugehörigen Daten der Sensoren und/oder Aktoren auf zumindest ein weiteres Zonensteuergerät übertragen, dessen Prozessorlast unter dem Schwellenwert liegt, wobei durch das zumindest eine weitere Zonensteuergerät die übertragenen Daten durch den zumindest einen Prozess verarbeitet werden und die verarbeiteten Daten an das Hauptsteuergerät übermittelt werden. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei der mehrschichtigen Hardwarestruktur.
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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.
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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.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der mehrschichtigen Hardwarestruktur beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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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.
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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.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug mit einer mehrschichtigen Hardwarestruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung der Zonensteuergeräte des Kraftfahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 3 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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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.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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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 15, 16, 17 und Sensoren und/oder Aktoren 18 aufweisen. Die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 dienen dabei als Zwischenschicht zwischen den Sensoren und/oder Aktoren 18 und dem Hauptsteuergerät 14, wobei die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 dazu ausgebildet sind, Daten, die von und/oder zu den Sensoren und/oder Aktoren 18 kommen, vorzuverarbeiten.
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Hierbei ist vorgesehen, dass die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 für Sensoren und/oder Aktoren 18 aus einem vorgegebenen Bereich des Kraftfahrzeugs 10 zuständig sind und die dazugehörigen Daten verarbeiten. Beispielsweise kann das Zonensteuergerät 15 für Sensoren und/oder Aktoren 18, wie beispielsweise Radar- und Lidarsensoren in einem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs 10 zuständig sein, das Zonensteuergerät 16 für eine Fahrzeugkamera und das Zonensteuergerät 17 für Sensoren und/oder Aktoren 18 in einem hinteren Fahrzeugbereich, beispielsweise Ultraschallsensoren. Hierbei ist die Anzahl und Anordnung der Zonensteuergeräte 15, 16, 17 nur beispielhaft gezeigt, wobei zumindest zwei, vorzugsweise mehrere Zonensteuergeräte 15, 16, 17, für diversen Bereiche des Kraftfahrzeug 10 zuständig sein können.
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Die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 weisen vorzugsweise eine gleiche Software auf, die Ihnen ermöglicht, Daten von jedem Sensor und/oder Aktor 18, insbesondere auch aus anderen Bereichen, zu verarbeiten. Des Weiteren können die jeweiligen Zonensteuergeräte 15, 16, 17 untereinander über eine direkte Datenverbindung gekoppelt sein, insbesondere über Ethernet.
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In 2 ist eine schematische Darstellung der Zonensteuergeräte 15, 16, 17 des Kraftfahrzeugs 10 gezeigt. Bei dieser Fig. kann die beispielhafte Situation vorliegen, dass ein erstes Zonensteuergerät 15 eine hohe Prozessorlast aufweist, da beispielsweise die Sensoren und/oder Aktoren 18 im Bereich des ersten Zonensteuergeräts 15 ein besonderes Ereignis erfassen. Somit kann beispielsweise eine Prozessorlast des ersten Zonensteuergeräts 15 hoch sein, beispielsweise bei 95 Prozent, wobei diese Prozessorlast einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigen kann, der beispielsweise bei 90 Prozent liegt. Somit kann bei Auftreten weiterer Daten 20 der Sensoren/Aktoren 18 eine Verarbeitung durch das erste Zonensteuergerät 15 unsicher ist.
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Des Weiteren können während eines Betriebs die weiteren Zonensteuergeräte, insbesondere ein zweites Zonensteuergerät 16 und ein drittes Zonensteuergerät 17 ihre eigene Prozessorlast ermitteln, wobei die jeweilige Prozessorlast unter den Zonensteuergeräten 15, 16, 17 ausgetauscht werden kann. Hierbei kann beispielsweise eine Auslastung des zweiten Zonensteuergeräts 16 bei 80 Prozent liegen und des dritten Zonensteuergeräts 17 bei 50 Prozent.
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Um in dieser beispielhaften Situation einen Datenstau am ersten Zonensteuergerät 15 zu verhindern, kann die mehrschichtige Hardwarestruktur 12 dazu ausgebildet sein, das Überschreiten des Schwellenwerts des ersten Zonensteuergeräts zu erkennen und zumindest einen Prozess vorzugsweise an das dritte Zonensteuergerät 17 zu übertragen, das von allen Zonensteuergeräten 15, 16, 17 die niedrigste Prozessorlast aufweist. Des Weiteren können die Daten 20, insbesondere die Rohdaten, vom Sensor/Aktor 18 direkt an das dritte Zonensteuergerät 17 weitergeleitet werden, wodurch eine schnelle Reaktionszeit erreicht werden kann. Das dritte Zonensteuergerät 17 kann die weitergeleiteten Daten 20 dann verarbeiten und vorzugsweise mit einer Kennzeichnung versehen, dass die Daten 20 vom ersten Zonensteuergerät 15 stammen. Anschließend können die verarbeiteten und gekennzeichneten Daten 20` dem Hauptsteuergerät 14 übermittelt werden.
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In einer weiteren beispielhaften Situation kann eine niedrige Prozessorlast aller Zonensteuergeräte 15, 16, 17 vorliegen, wobei in diesem Fall erkannt werden kann, dass eine Energiesparbedingung vorliegt und somit die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 in einen Energiesparmodus übergehen können. Insbesondere kann die Energiesparbedingung vorliegen, falls ein Mittelwert der Prozessorlast aller Zonensteuergeräte 15, 16, 17 unter einem vorgegebenen Auslastungsschwellenwert ist, beispielsweise unter 10 Prozent. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine künstliche Intelligenz bereitgestellt sein, beispielsweise auf dem Hauptsteuergerät 14, das mit Situationsdaten, die von den Sensoren und/oder Aktoren 18 gemessen werden können, und einer zu den Situationsdaten dazugehörigen Prozessorlast der Zonensteuergeräte 15, 16, 17 angelernt ist. Das heißt, die künstliche Intelligenz kann erkennen, bei welchen Situationsdaten eine niedrige Prozessorlast erwartet werden kann, wobei in diesem Fall ebenfalls die Energiesparbedingung vorliegt. Das kann beispielsweise dann vorkommen, wenn das Kraftfahrzeug 10 nachts auf einer wenig befahrenen Straße fährt, wobei dies beispielsweise über Helligkeitssensoren, eine Uhrzeit, GPS-Daten und/oder weiteren Sensordaten des Kraftfahrzeugs 10 erkannt werden kann.
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Liegt die Energiesparbedingung vor, können die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 dazu ausgebildet sein, alle Prozesse und Daten auf ein einziges Zonensteuergerät zu übertragen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Prozesse des zweiten Zonensteuergeräts 16 und des dritten Zonensteuergeräts 17 und die dazugehörigen Daten zu dem ersten Zonensteuergerät 15 weitergeleitet werden, bis dieses den Schwellenwert, der eine Überlastung anzeigt, erreicht. Somit können das zweite und dritte Zonensteuergerät 16, 17 in einem Energiesparmodus betrieben werden, bei dem nur die Rohdaten der Sensoren/Aktoren 18 zum ersten Zonensteuergerät 15 weitergeleitet werden. Wird bei diesem der Schwellenwert überschritten, kann beispielsweise ein weiteres Zonensteuergerät den nächsten Prozess übernehmen oder die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 können wieder in einen Modus zurückkehren, in dem sie die aus dem jeweiligen Fahrzeugbereich stammenden Daten selbst verarbeiten.
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In 3 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm zum Verteilen von Prozessen zwischen Zonensteuergeräten 15, 16, 17 in einer mehrschichtigen Hardwarestruktur 12 dargestellt. In einem Schritt S10 kann durch die Zonensteuergeräte 15, 16, 17 eine jeweilige Prozessorlast bestimmt werden. Wird von einem der Zonensteuergeräte 15, 16, 17 festgestellt, dass dessen Prozessorlast über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, kann in einem Schritt S12 zumindest ein Prozess und die dazugehörigen Daten dieses überlasteten Zonensteuergeräts auf zumindest ein weiteres Zonensteuergerät übertragen werden, dessen Prozessorlast unter dem Schwellenwert liegt.
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In einem Schritt S14 können dann durch das weitere Zonensteuergerät die übertragenen Daten verarbeitet werden und vorzugsweise mit einem Label gekennzeichnet werden, dass diese vom überlasteten Zonensteuergerät stammen. Schließlich können in einem Schritt S16 die verarbeiteten und vorzugsweise gekennzeichneten Daten von dem Zonensteuergerät an das Hauptsteuergerät 14 übermittelt werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine geeignete Datenverteilung auf Zonensteuergeräte in einer mehrschichtigen Hardwarestruktur erreicht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015217715 A1 [0003]
- DE 102020125684 A1 [0004]
