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Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Aktorsystem für ein Fahrwerk für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Aktorsystems.
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Dokument
DE 10 2013 018 923 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Kontrollieren von mindestens einem Aktor eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
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Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz ein verbessertes Aktorsystem für ein Fahrwerk für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Aktorsystems gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine zentralisierte Steuerung von Aktoren eines Aktorsystems ermöglicht wird. So können innerhalb des Aktorsystems komplexe verteilte Software-Systeme vermieden werden und Software-Updates somit vereinfacht werden.
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Ein Aktorsystem für ein Fahrwerk für ein Fahrzeug weist zumindest einen Aktor, ein Zentralsteuergerät und eine serielle Verbindungseinrichtung auf. Der Aktor ist ausgebildet, um eine Fahrwerkfunktion des Fahrwerks auszuführen. Das Zentralsteuergerät ist extern von dem Aktor angeordnet und ausgebildet, um Steuerbefehle zum Steuern des Aktors auszugeben. Die serielle Verbindungseinrichtung ist ausgebildet, um den Aktor mit dem Zentralsteuergerät zu verbinden, um eine serielle Kommunikation zwischen dem Zentralsteuergerät und dem Aktor zu ermöglichen.
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Als Fahrwerk ist die Gesamtheit aller Teile eines Land- oder Luftfahrzeugs zu verstehen, die eine Verbindung des Fahrgestells, auch „Cassis“ genannt, über die Räder zu Fahrbahn, Schienen oder Rollbahn herstellen. Der Aktor kann beispielsweise eine Lenkeinrichtung, Bremseinrichtung oder ein Antriebssystem des Fahrzeugs sein. Der Aktor selbst hat kein eigenes Steuergerät, es können beispielsweise lediglich sogenannte „Low-Level“-Funktionen und/oder Absicherungsfunktionen von dem Aktor selbst durchführbar sein. Anders als bei Funktionen der höheren Ebene, sogenannten „High-Level“-Funktionen, bei denen auf Daten mit einem hohen Abstraktionsniveau zugegriffen wird, die beispielsweise formatiert ausgegeben oder eingelesen wurden, wird bei der niedrigeren Ebene „Low-Level“ auf einem tieferen Niveau gearbeitet. Der Zugriff auf die Daten findet beispielsweise als eine Folge von unstrukturierten Bytes statt und bietet somit die Möglichkeit, Bytesequenzen vorgegebener Länge einzulesen oder auszugeben. Die Steuerbefehle des Zentralsteuergeräts können zur Durchführung von derartigen „High-Level“-Funktionen des Aktors geeignet sein. Das Zentralsteuergerät kann eine sogenannte „Domain-ECU“ sein. Das Zentralsteuergerät kann dazu dienen, um komplexe Regelungen im Chassis mit zumindest einem oder auch mehreren Aktoren zentral auszuführen. Beispielsweise kann das Zentralsteuergerät das einzige Steuergerät innerhalb des Aktorsystems mit einem oder mehreren Aktoren sein. Die Verbindungseinrichtung kann ein Datenbus, beispielsweise ein sogenannter „Sync-Bus“ sein, der Daten synchronisiert übertragen kann. Die serielle Verbindungseinrichtung kann hierbei ausgebildet sein, um die Steuerbefehle von dem Zentralsteuergerät zu dem Aktor und/oder Daten von dem Aktor zu dem Zentralsteuergerät zu übermitteln.
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Der Aktor kann ferner einen Serialisierer/Deserialisierer aufweisen, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren und/oder zu deserialisieren, wobei die serielle Verbindungseinrichtung ausgebildet ist, um die serialisierte oder deserialisierte Information zu übertragen. Durch das Serialisieren und/oder Deserialisieren können besonders viele Informationen/Daten schnell und einfach seriell übertragen werden, beispielsweise von dem Aktor zu dem Zentralsteuergerät oder einem weiteren Aktor.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Aktorsystem zumindest einen zweiten Aktor zum Ausführen einer zweiten Fahrwerkfunktion des Fahrwerks aufweisen, und eine zweite serielle Verbindungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um den zweiten Aktor mit dem Zentralsteuergerät zu verbinden, um eine serielle Kommunikation zwischen dem Zentralsteuergerät und dem zweiten Aktor zu ermöglichen, wobei das Zentralsteuergerät ausgebildet ist, um Steuerbefehle zum Steuern des zweiten Aktors auszugeben. So können mehrere Aktoren innerhalb des Aktorsystems von einem einzigen Zentralsteuergerät gesteuert werden.
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Die serielle Verbindungseinrichtung und zumindest die zweite serielle Verbindungseinrichtung können in einem Aktorenring verschaltet sein. So kann eine ringförmige Kommunikation realisierbar sein, beispielsweise kann ein Steuerbefehl von dem Zentralsteuergerät über die serielle Verbindungseinrichtung zu dem Aktor und dann über die zweite serielle Verbindungseinrichtung zu dem zweiten Aktor und dann beispielsweise über eine weitere serielle Verbindungseinrichtung zwischen dem zweiten Aktor und dem Zentralsteuergerät wieder zu dem Zentralsteuergerät übermittelt werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die serielle Verbindungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform als Peer-to-Peer-Verbindungseinrichtung ausgeformt ist. So kann eine Querkommunikation in beide Richtungen zwischen dem Zentralsteuergerät und dem Aktor erfolgen. In einem solchen Peer-to-Peer-Netz können die Netzteilnehmer, beispielsweise das Zentralsteuergerät und der Aktor, gleichberechtigt sein und sowohl Steuerbefehle empfangen als auch senden.
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Der Aktor kann mit zumindest einem Motor und/oder Sensor verbunden sein. So kann der Aktor beispielsweise mittels des Motors betrieben und/oder unter Verwendung des Sensors überwacht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Aktor einen Decoder aufweisen, der ausgebildet ist, um zumindest einen der Steuerbefehle zu entschlüsseln. Wenn Steuerbefehle von dem Zentralsteuergerät verschlüsselt übermittelt werden, können diese durch den Decoder wieder entschlüsselt werden.
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Das Zentralsteuergerät kann einen Serialisierer aufweisen, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren, und die serielle Verbindungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die serialisierte Information zu übertragen. Die serialisierte Information kann in Form des Steuerbefehls ausgegeben und über die Verbindungseinrichtung an den Aktor übertragen werden. Ein Deserialisierer des Aktors kann die serialisierte Information dann beispielsweise wieder deserialisieren. So ist die serielle Kommunikation zwischen dem Zentralsteuergerät und dem Aktor praktisch umsetzbar.
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Das Zentralsteuergerät kann eine zentrale Verarbeitungseinheit aufweisen. Die zentrale Verarbeitungseinheit kann auch kurz als „CPU“ für engl. „central processing unit“ bezeichnet werden. Die zentrale Verarbeitungseinheit kann als sogenanntes „System-on-a-Chip“, kurz „SoC“ ausgeführt sein.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Aktor gemäß einer Ausführungsform eine „Serial Peripheral Interface“-Schnittstelle aufweist, wobei die Verbindungseinrichtung ausgebildet ist, um eine Information unter Verwendung der Schnittstelle zu übertragen. Eine solche „Serial Peripheral Interface“-Schnittstelle kann einen synchronen seriellen Datenbus realisieren, mit dem das Zentralsteuergerät und der Aktor miteinander verbunden werden/sein können.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die serielle Verbindungseinrichtung ausgebildet sein, um getrennte Signale, beispielsweise unterschiedliche Steuerbefehle, zeitgleich zu übertragen und/oder digitale Daten differentiell zu übertragen und/oder digitale Daten deterministisch zu übertragen. Die getrennten Signale und/oder digitalen Daten können mittels der Steuerbefehle übermittelt werden. Die getrennten Signale und/oder digitalen Daten können aber auch von dem Aktor zu dem Zentralsteuergerät oder einem weiteren Aktor übermittelt werden. Bei der deterministischen Übertragung können feste Wiederholungszeitpunkte und/oder konfigurierte Datenlängen vorgegeben sein und/oder die deterministische Übertragung kann konstant zur Laufzeit sein.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Aktorsystems in einer der vorangehend beschriebenen Varianten weist einen Schritt des Ausgebens, einen Schritt des Übermittelns und einen Schritt des Empfangens auf. Im Schritt des Ausgebens wird zumindest ein Steuerbefehl unter Verwendung des Zentralsteuergeräts ausgegeben. Im Schritt des Übermittelns wird der Steuerbefehl über die serielle Verbindungseinrichtung zu dem Aktor übermittelt. Im Schritt des Empfangens wird der Steuerbefehl unter Verwendung des Aktors empfangen.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät oder einer Vorrichtung implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein 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 mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Aktorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel für ein Fahrwerk für ein Fahrzeug;
- 2 eine schematische Darstellung eines Aktorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung eines Aktorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben eines Aktorsystems.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktorsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel für ein Fahrwerk 105 für ein Fahrzeug 110.
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Lediglich beispielhaft ist das Aktorsystem 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an oder in dem Fahrwerk 105 des Fahrzeugs 110 aufgenommen.
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Das Aktorsystem 100 weist zumindest einen Aktor 120, ein Zentralsteuergerät 125 und eine serielle Verbindungseinrichtung 130 auf. Der Aktor 120 ist ausgebildet, um eine Fahrwerkfunktion des Fahrwerks 105 auszuführen. Das Zentralsteuergerät 125 ist extern von dem Aktor 120 angeordnet und ausgebildet, um Steuerbefehle 135 zum Steuern des Aktors 120 auszugeben. Die serielle Verbindungseinrichtung 130 ist ausgebildet, um den Aktor 120 mit dem Zentralsteuergerät 125 zu verbinden, um eine serielle Kommunikation zwischen dem Zentralsteuergerät 125 und dem Aktor 120 zu ermöglichen. Die serielle Verbindungseinrichtung 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Steuerbefehle 135 von dem Zentralsteuergerät 125 zu dem Aktor 120 und/oder Daten 140 von dem Aktor 120 zu dem Zentralsteuergerät 125 zu übermitteln. Beispielsweise ist die Verbindungseinrichtung 130 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Datenbus, beispielsweise ein sogenannter „Sync-Bus“ oder sogenannter „Serial Sync“ ausgeformt, der ausgebildet ist, um Daten seriell und synchronisiert zu übertragen.
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Das Fahrwerk 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Gesamtheit aller Teile des Fahrzeugs 110 zu verstehen, die eine Verbindung des Fahrgestells, auch „Cassis“ genannt, über die Räder 145 des Fahrzeugs 110 zur Fahrbahn herstellen. Der Aktor 120 ist gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beispielsweise als eine Lenkeinrichtung, Bremseinrichtung oder ein Antriebssystem des Fahrzeugs 110 ausgeformt. Der Aktor 120 selbst weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel kein eigenes Steuergerät auf, und ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich zur Durchführung von sogenannten „Low-Level“-Funktionen und/oder Absicherungsfunktionen ausgebildet. Die Steuerbefehle 135 des Zentralsteuergeräts 125 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel zur Durchführung von „High-Level“-Funktionen geeignet. Das Zentralsteuergerät 125 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine „Domain-ECU“ ausgeformt. Das Zentralsteuergerät 125 dient gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu, um komplexe Regelungen im Chassis mit zumindest dem einen oder auch mehreren Aktoren 120, siehe 2 und 3, zentral auszuführen. Beispielsweise ist das Zentralsteuergerät 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das einzige Steuergerät innerhalb des Aktorsystems 100.
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Der Aktor 120 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Serialisierer/Deserialisierer 150 auf, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren und/oder zu deserialisieren, wobei die serielle Verbindungseinrichtung 130 ausgebildet ist, um die serialisierte oder deserialisierte Information zu übertragen. Als Serialisierer/Deserialisierer 150 ist in der Digitaltechnik ein Paar aus einem Multiplexer und einem Demultiplexer zu verstehen, die zur seriellen Datenübertragung zwischen zwei parallelen Endpunkten nutzbar ist. Die zu übertragenden parallelen Daten werden gemäß einem Ausführungsbeispiel im Serialisierer in einen seriellen Datenstrom mit hoher Bitrate umgewandelt, seriell über die Verbindungseinrichtung 130 übertragen, und im Deserialisierer zur weiteren Verarbeitung wieder parallel ausgegeben. Der Vorteil eines Serialisierers/Deserialisierers 150 besteht in der geringeren Anzahl an Leitungen im Vergleich zu einer parallelen Übertragung, und das Vermeiden von Taktversatz.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktorsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in 1 beschriebene Aktorsystem 100 handeln, mit dem Unterschied, dass das Aktorsystem 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen zweiten Aktor 200 und/oder dritten Aktor 205 aufweist.
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Der zweite Aktor 200 ist ausgebildet, um eine zweite Fahrwerkfunktion des Fahrwerks auszuführen, und eine zweite serielle Verbindungseinrichtung 210 ist ausgebildet, um den zweiten Aktor 200 mit dem Zentralsteuergerät 125 zu verbinden, um eine serielle Kommunikation zwischen dem Zentralsteuergerät 125 und dem zweiten Aktor 200 zu ermöglichen, wobei das Zentralsteuergerät 125 ausgebildet ist, um Steuerbefehle zum Steuern des zweiten Aktors 200 auszugeben.
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Der dritte Aktor 205 ist ausgebildet, um eine dritte Fahrwerkfunktion des Fahrwerks auszuführen, und eine dritte serielle Verbindungseinrichtung 215 ist ausgebildet, um den dritten Aktor 205 mit dem Zentralsteuergerät 125 zu verbinden, um eine serielle Kommunikation zwischen dem Zentralsteuergerät 125 und dem dritten Aktor 205 zu ermöglichen, wobei das Zentralsteuergerät 125 ausgebildet ist, um Steuerbefehle zum Steuern des dritten Aktors 205 auszugeben.
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Der Aktor 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit zumindest einem Motor M und/oder Sensor S verbunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aktor 120 mittels des Motors M betreibbar und/oder unter Verwendung des Sensors S überwachbar. Der zweite Aktor 200 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls oder alternativ mit zumindest einem Motor M und/oder Sensor S verbunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Aktor 200 mittels des Motors M betreibbar und/oder unter Verwendung des Sensors S überwachbar. Der zweite Aktor 200 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Serialisierer/Deserialisierer 150 auf, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren und/oder zu deserialisieren, wobei die zweite serielle Verbindungseinrichtung 210 ausgebildet ist, um die serialisierte oder deserialisierte Information zu übertragen. Der dritte Aktor 205 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Serialisierer/Deserialisierer 150 auf, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren und/oder zu deserialisieren, wobei die dritte serielle Verbindungseinrichtung 215 ausgebildet ist, um die serialisierte oder deserialisierte Information zu übertragen. Ferner weist der dritte Aktor 205 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Decoder 220 auf, der ausgebildet ist, um zumindest einen der Steuerbefehle von dem Zentralsteuergerät 125 zu entschlüsseln. Wenn Steuerbefehle von dem Zentralsteuergerät 125 verschlüsselt übermittelt werden, sind diese durch den Decoder 220 wieder entschlüsselbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist zusätzlich oder alternativ der Aktor 120 und/oder der zweite Aktor 200 einen solchen Decoder 220 auf, der entsprechend ausgebildet ist, um den Steuerbefehl zu entschlüsseln. Weiterhin weist der dritte Aktor 205 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Motortreiberlogik 225, engl. auch „Motordriver Logic“ genannt, eine sogenannte „Powerstage“ 230 und einen Motor M auf. Die Powerstage 230 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Motortreiberlogik 225 und dem Motor M geschaltet. Weiterhin weist der dritte Aktor 205 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Sensorauswerte- und/oder -konditionierungseinrichtung 235 und einen mit der Sensorauswerte- und/oder -konditionierungseinrichtung 235 verbundenen Sensor S auf.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zumindest die serielle Verbindungseinrichtung 130 und/oder die zweite serielle Verbindungseinrichtung 210 und/oder die dritte serielle Verbindungseinrichtung 215 ausgebildet, um getrennte Signale, beispielsweise unterschiedliche Steuerbefehle, zeitgleich zu übertragen und/oder digitale Daten differentiell zu übertragen und/oder digitale Daten deterministisch zu übertragen. Die digitalen Daten werden gemäß einem Ausführungsbeispiel mittels der Steuerbefehle oder von einem der Aktoren 120, 200, 205 zu dem Zentralsteuergerät 125 oder einem der anderen Aktoren 120, 200, 205 übermittelt. Bei der deterministischen Übertragung sind gemäß einem Ausführungsbeispiel feste Wiederholungszeitpunkte und/oder konfigurierte Datenlängen vorgegeben und/oder die deterministische Übertragung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel konstant zur Laufzeit.
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Das hier vorgestellte Aktorsystem 100 realisiert eine Schnittstelle, engl. „Interface“, für Aktoren 120, 200, 205, die auch als „Smartaktoren“ oder „Chassis-Aktoren“ bezeichnet werden können, mit latenzarmer Kommunikation, um eine Software, kurz „SW“, für zentrale Regelungssysteme zu ermöglichen.
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Ermöglicht wird dank des Aktorsystems 100 eine zentrale Regelung des gesamten Umfangs von Chassis-Aktoren für beispielsweise Mittelklassewagen. Beseitigt werden dank des Aktorsystems 100 Probleme durch Latenzen bisheriger Bussysteme. Ermöglicht werden hierbei dank des Aktorsystems 100 einfache Smartaktoren, die kostengünstiger aufgebaut werden können. Vereinfacht wird dank des Aktorsystems 100 eine Software-Wartung, kurz „SW“-Wartung.
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Das Zentralsteuergerät 125 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als sogenanntes „Vehicle Motion Control“-Steuergerät ausgeformt. Unter dem Begriff Vehicle Motion Control, kurz „VMC“, versteht man alle Technologien, die Einfluss auf die Längs-, Quer- und Vertikaldynamik eines Fahrzeugs haben. Dazu zählen nicht nur mechanische und mechatronische Komponenten wie Lenkung, Bremse, Dämpfer und elektronische Steuereinheiten, zunehmend spielt auch Software eine tragende Rolle. Diese ermittelt und steuert im Zusammenspiel aller Komponenten die optimale Fahrstrategie sowie die optimale Interaktion aller im Fahrzeug befindlichen Aktuatoren/Aktoren 120, 200, 205.
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Das hier vorgestellte Aktorsystem 100 ist für den Bereich Fahrwerksysteme mit Smartaktoren und Domain-ECU-Architektur geeignet und stellt einen Ersatz für etablierte SW- und Kommunikationssysteme dar.
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Unter Verwendung des Aktorsystems 100 ist SW in zukünftigen Kraftfahrzeugen auf eine zentrale ECU verlagerbar, hier z. B. auf eine Domain-Architektur in Form des Zentralsteuergeräts 125. Andere verteilte Chassis-System mit einer Vielzahl von Aktoren wie Lenkung, Bremse oder Antrieb sind komplex in der SW-Wartung, z. B. mittels „over-the-air“-Update „OTA“, und durch die bestehenden Datenbusse wie CAN nur schwer zu regeln. Aufgrund der Verzögerung zwischen Aktor und Zentralrechner müssen bei bekannten Chassis-Systemen viele SW-Anteile bei den Aktoren bleiben, die Latenzen der Datenübertragung sind zu hoch.
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Durch Ersetzen bestehender Datenbusse durch die hier beschriebene serielle Verbindungseinrichtung/en 130, 210, 215 in Form eines synchronen maximal latenzarmen und deterministischen Datenbuses sind fast alle SW-Anteile, gegebenenfalls bis auf LowLevel-Treiber und Absicherungsfunktionen, auf das Zentralsteuergerät 125 beispielsweise in Form eines Zentralrechners verlagerbar und es können damit komplexe verteilte SW-Systeme vermieden werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt ein Konzept für einen Sync-Bus für einen oder mehrere Smart-Aktuatoren.
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Anders als bei klassischen Aktoren in zentralistisch ausgerichteter Domain-Architektur, vereint das hier vorgestellte Aktorsystem 100 zusammengefasst folgende Vorteile:
- - wesentliche SW-Anteile sind zentral und nicht auf den Aktoren 120, 200, 205 verteilt
- - Funktionen aus den Aktoren 120, 200, 205 sind in das Zentralsteuergerät 125 verschoben
- - SW-Updates, beispielsweise over-the-air, kurz „OTA“, für das Gesamtsystem sind vereinfacht
- - einfache Regelungen im Chassis sind mit einer zentralen Aktor-Regelung und ohne viele verteilte Aktor-Regelungen realisiert
- - Latenzarme Highlevel-Kommunikation erleichtert zentrale SW-Systeme für die Regelung
- - wesentliche Kostenreduktionen sind möglich in den Aktoren 120, 200, 205 bei neuer Topologie
- - Aktoren 120, 200, 205 benötigen keine komplexe µC-Struktur
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In anderen Worten ausgedrückt ermöglicht das hier vorgestellte Aktorsystem 100:
- - eine Anordnung aller/wesentlicher SW-Anteile auf einem zentralen Rechner, z. B. Domain-Architektur
- - Nur Lowlevel-Funktionen für Aktoren 120, 200, 205 und/oder Sensoren S
- - eine latenzarme, also verzögerungsarme, serielle Kommunikation
- - ein Vereinfachen von SW-Updates in der Domaine
- - ein zentrales Ausführen von komplexen Regelungen im Chassis mit vielen Aktoren 120, 200, 205
- - eine Reduzierung von Elektronik-Kosten in Smart Aktoren 120, 200, 205
- - einen Wegfall komplexer Mikrokontroller, kurz „µC“
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Zusammengefasst ist eine latenzarme oder sogar latenzfreie und deterministische Kommunikation die Basis für die Smart-Aktoren 120, 200, 205.
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Gezeigt ist in 2 ein Konzept für den seriellen synchronen Datenbus in Form der seriellen Verbindungseinrichtungen 130, 210, 215.
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Folgende Information sind über die seriellen Verbindungseinrichtungen 130, 210, 215 übermittelbar, beispielsweise in Form von Steuerbefehlen:
- • LowLevel Daten, beispielsweise:
- • PWM Werte Motoren
- • Rohwerte Sensoren
- • Formatierung des Datenflusses
- • Adr. (Typ)/ Daten
- • Absicherung Security/Safety
- • Zustandsautomat (Init, Work, ...)
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Die Physik der seriellen Verbindungseinrichtungen 130, 210, 215 ermöglicht:
- • getrennte Signale zu senden und/oder zu empfangen
- • eine zeitgleiche Übertragung
- • eine differentielle Übertragung digitale Daten
- • eine deterministische Übertragung
- • Feste Wiederholungszeitpunkte
- • Konfigurierte Datenlängen, zur Laufzeit konstant
- • Topologie (Safety relevant)
- • In Ringform (Domain-Akt.1-Akto.2-Akt.3-Domain)
- • Als Point to Point
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Als Ergebnis ist eine zentrale Regelungssoftware mit fast latenzfrei angebundenen Aktoren 120, 200, 205 realisiert, wobei Latenzen < 10µs realistisch sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktorsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel des in 1 oder 2 beschriebenen Aktorsystems 100 handeln.
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Die serielle Verbindungseinrichtung 130 und die zweite serielle Verbindungseinrichtung 210 und/oder die dritte serielle Verbindungseinrichtung 215 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Aktorenring 300 verschaltet. So ist eine ringförmige Kommunikation realisierbar, beispielsweise ist ein Steuerbefehl von dem Zentralsteuergerät 125 über die serielle Verbindungseinrichtung 130 zu dem Aktor 120 und dann über die zweite serielle Verbindungseinrichtung 210 zu dem zweiten Aktor 200 und dann über die dritte serielle Verbindungseinrichtung 215 zu dem dritten Aktor 205 und dann über eine weitere serielle Verbindungseinrichtung zwischen dem dritten Aktor 205 und dem Zentralsteuergerät 125 wieder zu dem Zentralsteuergerät 125 übermittelbar.
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Die serielle/n Verbindungseinrichtung/en 130, 210, 215 ist/sind gemäß einem Ausführungsbeispiel als Peer-to-Peer-Verbindungseinrichtung P2P ausgeformt. So ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine beispielsweise gleichberechtigte Querkommunikation in beide Richtungen zwischen dem Zentralsteuergerät 125 und dem/den Aktor/en 120, 200, 205 ermöglicht.
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Das Zentralsteuergerät 125 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Serialisierer 305 auf, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren, und die serielle Verbindungseinrichtung 130, 210, 215 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die serialisierte Information, beispielsweise als Steuerbefehl, zu übertragen. Das Zentralsteuergerät 125 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit 310 auf. Die zentrale Verarbeitungseinheit 310 kann auch kurz als „CPU“ für engl. „central processing unit“ bezeichnet werden. Die zentrale Verarbeitungseinheit 310 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als sogenanntes „System-on-a-Chip“, kurz „SoC“ ausgeführt. Der Aktor 120, oder alle Aktoren 120, 200, 205, weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine „Serial Peripheral Interface“-Schnittstelle 315 auf, wobei die Verbindungseinrichtung/en 130, 210, 215 ausgebildet ist/sind, um eine Information unter Verwendung der Schnittstelle 315 zu übertragen. Eine solche „Serial Peripheral Interface“-Schnittstelle realisiert gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen synchronen seriellen Datenbus, mit dem das Zentralsteuergerät 125 und der/die Aktor/en 120, 200, 205 miteinander verbunden sind. Der Aktor 120, oder alle Aktoren 120, 200, 205, weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Pulsweitenmodulations-Modul 320, kurz „PWM“ auf. Auch der Aktor 120 oder alle Aktoren 120, 200, 205 weist/weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Serialisierer 305 auf, der ausgebildet ist, um eine Information zu serialisieren, und die serielle Verbindungseinrichtung 130, 210, 215 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die serialisierte Information, beispielsweise als Befehl, an das Zentralsteuergerät 125 zu übertragen. Der Serialisierer 305 des Aktors 120, der Decoder 220 des Aktors 120, der Serialisierer/Deserialisierer 150 des Aktors 120, die „Serial Peripheral Interface“-Schnittstelle 315 und/oder das Pulsweitenmodulations-Modul 320 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einem System-on-a-Chip 325, das auch als „Ein-Chip-System“ bezeichnet werden kann, angeordnet.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben eines Aktorsystems. Dabei kann es sich um das in 1, 2 oder 3 beschriebene Aktorsystem handeln.
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Das Verfahren 400 weist einen Schritt 405 des Ausgebens, einen Schritt 410 des Übermittelns und einen Schritt 415 des Empfangens auf. Im Schritt 405 des Ausgebens wird zumindest ein Steuerbefehl unter Verwendung des Zentralsteuergeräts ausgegeben. Im Schritt 410 des Übermittelns wird der Steuerbefehl über die serielle Verbindungseinrichtung zu dem Aktor übermittelt. Im Schritt 415 des Empfangens wird der Steuerbefehl unter Verwendung des Aktors empfangen.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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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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Bezugszeichen
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- M
- Motor
- P2P
- Peer-to-Peer-Verbindungseinrichtung
- S
- Sensor
- 100
- Aktorsystem
- 105
- Fahrwerk
- 110
- Fahrzeug
- 120
- Aktor
- 125
- Zentralsteuergerät
- 130
- serielle Verbindungseinrichtung
- 135
- Steuerbefehl
- 140
- Daten
- 145
- Rad
- 150
- Serialisierer/Deserialisierer
- 200
- zweiter Aktor
- 205
- dritter Aktor
- 210
- zweite serielle Verbindungseinrichtung
- 215
- dritte serielle Verbindungseinrichtung
- 220
- Decoder
- 225
- Motortreiberlogik
- 230
- Powerstage
- 235
- Sensorauswerte- und/oder -konditionierungseinrichtung
- 300
- Aktorenring
- 305
- Serialisierer
- 310
- zentrale Verarbeitungseinheit
- 315
- „Serial Peripheral Interface“-Schnittstelle
- 320
- Pulsweitenmodulations-Modul
- 325
- System-on-a-Chip
- 400
- Verfahren zum Betreiben eines Aktorsystems
- 405
- Schritt des Ausgebens
- 410
- Schritt des Übermittelns
- 415
- Schritt des Empfangens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013018923 A1 [0002]
