DE102022210235A1

DE102022210235A1 - Control system for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102022210235A1
Application number: DE102022210235.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schwärzler; Markus Litz; Mato Mandic
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2024-03-28

Abstract

Ein Steuersystem (100) zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs (105) umfasst einen Sensor (110); einen Konverter (115); eine optische Übertragungsstrecke (120) für Sensordaten vom Sensor (110) zum Konverter (115); und eine Schnittstelle (122) zur Verbindung mit einer Steuereinrichtung (230) an Bord des Kraftfahrzeugs (105); wobei der Konverter (115) zur Bereitstellung von Sensordaten an der Schnittstelle (122) eingerichtet.A control system (100) for use on board a motor vehicle (105) comprises a sensor (110); a converter (115); an optical transmission path (120) for sensor data from the sensor (110) to the converter (115); and an interface (122) for connection to a control device (230) on board the motor vehicle (105); wherein the converter (115) is set up to provide sensor data at the interface (122).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Übermittlung von Informationen an Bord eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a control system for a motor vehicle. In particular, the invention relates to the transmission of information on board a motor vehicle.

Ein Kraftfahrzeug umfasst eine Vielzahl Steuergeräte oder Steuervorrichtungen, die beispielsweise mittels eines CAN-Buses oder automotive Ethernet miteinander verbunden sein können. Einem Steuergerät können eine oder mehrere Aufgaben zugeordnet sein, beispielsweise die Steuerung einer Brennkraftmaschine, die Steuerung eines Bremssystems oder eines Unterhaltungssystems. Ein Steuergerät kann einen Sensor umfassen oder mit einem Sensor verbunden sein, der einen Messwert an Bord des Kraftfahrzeugs oder aus dem Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst. Der Sensor ist üblicher weise elektrisch mit dem Steuergerät verbunden.A motor vehicle includes a large number of control devices or control devices, which can be connected to one another, for example, by means of a CAN bus or automotive Ethernet. A control device can be assigned one or more tasks, for example controlling an internal combustion engine, controlling a braking system or an entertainment system. A control device can include a sensor or be connected to a sensor that records a measured value on board the motor vehicle or from the surroundings of the motor vehicle. The sensor is usually electrically connected to the control unit.

Durch die Vielzahl möglicher Sender und Empfänger sowie die große Menge ausgetauschter Informationen kann der Datenbus empfindlich auf Störungen reagieren, beispielsweise in Form einer elektromagnetischen Strahlung. Insbesondere an Bord eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs können starke elektrische oder magnetische Wechselfelder herrschen, die eine Übertragung auf einer elektrischen Leitung zwischen zwei Steuergeräten oder einem Steuergerät und einem Sensor beeinträchtigen können. Außerdem können an Bord des elektrischen Kraftfahrzeugs große Ströme fließen, die Spannungen in Signalleitungen induzieren können. Solche Ströme können mit hohen Frequenzen fließen, sodass Störungen auch beispielsweise kapazitiv eingekoppelt werden können, selbst wenn eine Leitung elektrisch abgeschirmt ist.Due to the large number of possible transmitters and receivers and the large amount of information exchanged, the data bus can react sensitively to interference, for example in the form of electromagnetic radiation. Strong alternating electric or magnetic fields can be present on board an electrically powered motor vehicle in particular, which can impair transmission on an electrical line between two control units or a control unit and a sensor. In addition, large currents can flow on board the electric motor vehicle, which can induce voltages in signal lines. Such currents can flow at high frequencies, so that interference can also be coupled in capacitively, for example, even if a line is electrically shielded.

US 2009/0202241 A1 schlägt vor, ein optisches Informationsverteilungssystem an Bord eines Fahrzeugs vorzusehen, um Unterhaltungsinhalte von einer zentralen Stelle an mehrere verschiedene Benutzersysteme bereitzustellen. US 2009/0202241 A1 proposes to provide a visual information distribution system on board a vehicle to provide entertainment content from a central location to multiple different user systems.

WO 2022/091616 A1 betrifft ein Kommunikationssystem an Bord eines Kraftfahrzeugs zur optischen Übermittlung von Informationen zwischen zwei Gruppen von Steuergeräten. Eine optische Kopplungseinrichtung erlaubt die Kommunikation eines beliebigen Steuergeräts der ersten Gruppe mit einem beliebigen Steuergerät der zweiten Gruppe. WO 2022/091616 A1 relates to a communication system on board a motor vehicle for the optical transmission of information between two groups of control devices. An optical coupling device allows any control device in the first group to communicate with any control device in the second group.

Systeme zur optischen Informationsübertragung an Bord eines Fahrzeugs sind allgemein inkompatibel mit bestehenden Steuergeräten und konnten sich bislang nicht durchsetzen. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Informationsübertragung an Bord eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.Systems for optical information transmission on board a vehicle are generally incompatible with existing control devices and have not yet been able to become established. One object underlying the present invention is to provide an improved technology for transmitting information on board a motor vehicle. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims reflect preferred embodiments.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuersystem zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs einen Sensor; einen Konverter; eine optische Übertragungsstrecke für Sensordaten vom Sensor zum Konverter; und eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer Steuereinrichtung an Bord des Kraftfahrzeugs. Dabei ist der Konverter zur Bereitstellung von Sensordaten an der Schnittstelle eingerichtet.According to a first aspect of the present invention, a control system for use on board a motor vehicle comprises a sensor; a converter; an optical transmission path for sensor data from the sensor to the converter; and an interface for connection to a control device on board the motor vehicle. The converter is set up to provide sensor data at the interface.

Es wurde erkannt, dass die Vorteile einer optischen Übertragungsstrecke verbessert genutzt werden können, indem der Konverter zur Kommunikation mit einem üblichen Steuergerät an Bord des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Eine Änderung des Protokolls, des Mediums oder der Schnittstelle des anderen Steuergeräts kann nicht erforderlich sein, um mit dem Konverter zu kommunizieren. Die Kommunikation des Konverters mit einem Sensor kann unabhängig von Anforderungen externer Steuergeräte gestaltet werden. Ein Sensor des Steuersystems kann elektronisch ausgeführt und mit einer Versorgungsspannung zur Bereitstellung eines optischen Signals betrieben werden oder rein optisch aufgebaut sein, sodass er zur Bereitstellung eines Sensorsignals ein über die optische Übertragungsstrecke übermitteltes Signal in Abhängigkeit einer zu bestimmenden physikalischen Größe beeinflusst und zurückübermittelt. Beispielsweise kann ein Temperatursensor vollständig optisch implementiert sein und keine elektrische Versorgungsspannung benötigen.It was recognized that the advantages of an optical transmission link can be used in an improved manner by providing the converter for communication with a conventional control device on board the motor vehicle. A change in the protocol, medium or interface of the other control device may not be necessary to communicate with the converter. The communication between the converter and a sensor can be designed independently of the requirements of external control devices. A sensor of the control system can be designed electronically and operated with a supply voltage to provide an optical signal or can be constructed purely optically, so that in order to provide a sensor signal it influences and transmits back a signal transmitted via the optical transmission path depending on a physical quantity to be determined. For example, a temperature sensor can be implemented completely optically and does not require any electrical supply voltage.

In einem ersten Beispiel der ist der Sensor dazu eingerichtet, einen Messwert einer Komponente an Bord des Kraftfahrzeugs abzutasten. Diese Komponente kann insbesondere eine elektrische Antriebskomponente umfassen oder die optische Übertragungsstrecke kann im Bereich einer solchen Komponente geführt sein. Die optische Übertragungsstrecke kann unempfindlich gegenüber Störungen wie Vibrationen, hohen oder niedrigen Temperaturen, aggressiven Medien, elektrischen oder magnetischen Feldern, parasitären Strömen oder Spannungen, kapazitiver Einkopplung oder hochfrequenter Kopplung sein. So kann beispielsweise eine Drehzahl einer elektrischen Antriebsmaschine oder einer Fluidpumpe im Bereich einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs durch einen entsprechenden Sensor aufgenommen und praktisch störungsfrei an den Konverter weitergeleitet werden. Der Konverter kann sich außerhalb eines durch Störungen gefährdeten Bereichs befinden und mit dem anderen Steuergerät verbunden werden, beispielsweise über einen elektrisch realisierten CAN-, LIN- oder Ethernet-Bus, auf dem ein bekanntes Protokoll zur Datenübertragung verwendet wird.In a first example, the sensor is set up to sample a measured value of a component on board the motor vehicle. This component can in particular comprise an electrical drive component or the optical transmission path can be routed in the area of such a component. The optical transmission path can be insensitive to interference such as vibrations, high or low temperatures, aggressive media, electrical or magnetic fields, parasitic currents or voltages, capacitive coupling or high-frequency coupling. For example, a speed of an electric drive machine or a fluid pump in the area of a drive machine of the motor vehicle can be recorded by a corresponding sensor and passed on to the converter with virtually no interference. The converter can be located outside an area at risk of interference and connected to the other control device for example via an electrically implemented CAN, LIN or Ethernet bus on which a known protocol is used for data transmission.

In einem zweiten Beispiel ist der Sensor dazu eingerichtet, Informationen mit hoher Bandbreite bereitzustellen. Insbesondere kann der Sensor dazu eingerichtet sein, ein Umfeld des Kraftfahrzeugs abzutasten. Dazu kann der Sensor etwa einen Radarsensor, einen LiDAR-Sensor, eine Kamera oder einen Ultraschallsensor umfassen. Die optische Übertragungsstrecke kann eine große Übertragungsbandbreite zur Verfügung stellen, sodass auch ein hochauflösender, großflächiger und/oder mit hoher Abtastrate arbeitender Sensor problemlos angebunden werden kann. Die am Konverter gesammelten Daten können beispielsweise an eine Steuervorrichtung weitergeleitet werden, die dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug in Längsrichtung und/oder in Querrichtung zu steuern.In a second example, the sensor is configured to provide high bandwidth information. In particular, the sensor can be set up to scan the surroundings of the motor vehicle. For this purpose, the sensor can include a radar sensor, a LiDAR sensor, a camera or an ultrasonic sensor. The optical transmission path can provide a large transmission bandwidth, so that even a high-resolution, large-area and/or high-sampling sensor can be easily connected. The data collected on the converter can, for example, be forwarded to a control device that is set up to control the motor vehicle in the longitudinal direction and/or in the transverse direction.

Es sind auch noch andere Beispiele denkbar, die auf unterschiedliche Weise von den Hauptvorteilen der optischen Übertragungsstrecke - hohe Störfestigkeit und hohe Bandbreite - profitieren können.Other examples are also conceivable that can benefit in different ways from the main advantages of the optical transmission link - high interference immunity and high bandwidth.

Bevorzugt umfasst das Steuersystem außerdem eine Verarbeitungseinrichtung zur Aufbereitung von Sensordaten vor deren Bereitstellung an der Schnittstelle. Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, mehrere Sensorwerte zusammenzufassen, miteinander zu fusionieren oder gegeneinander zu plausibilisieren, Sensorwerte zu skalieren oder in ein anderes Bezugssystem umzusetzen. Außerdem kann die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Anforderung für eine Messung mittels des Sensors entgegenzunehmen und in Abhängigkeit der Anforderung einen passenden Messwert des Sensors bereitzustellen. Weiter kann die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, ein Protokoll zu unterstützen, mit dem das Steuergerät über die Schnittstelle angebunden ist. Außerdem kann die Verarbeitungseinrichtung noch für weitere Steueraufgaben an Bord des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein.The control system preferably also includes a processing device for processing sensor data before making it available at the interface. The processing device can be set up to combine several sensor values, to merge them with one another or to check their plausibility against one another, to scale sensor values or to convert them into another reference system. In addition, the processing device can be set up to accept a request for a measurement using the sensor and to provide a suitable measured value from the sensor depending on the request. Furthermore, the processing device can be set up to support a protocol with which the control device is connected via the interface. In addition, the processing device can be set up for further control tasks on board the motor vehicle.

Weiter bevorzugt sind im Steuersystem mehrere mittels optischer Übertragungsstrecken an den Konverter angebundene Sensoren vorgesehen. Dabei ist der Konverter dazu eingerichtet, Sensorwerte der mehreren Sensoren an der Schnittstelle bereitzustellen. Der Konverter kann die Sensorwerte der verschiedenen Sensoren an der Schnittstelle unverändert oder in vorverarbeiteter Form bereitstellen, beispielsweise gebündelt, fusioniert, zeitlich verzahnt, miteinander verknüpft, priorisiert oder auf eine andere Weise an ein Übertragungsprotokoll oder an eine mit der Schnittstelle verbundene Steuervorrichtung angepasst.More preferably, several sensors connected to the converter by means of optical transmission links are provided in the control system. The converter is set up to provide sensor values from several sensors at the interface. The converter can provide the sensor values of the various sensors at the interface unchanged or in a preprocessed form, for example bundled, merged, time-interleaved, linked to one another, prioritized or adapted in some other way to a transmission protocol or to a control device connected to the interface.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Schnittstellen vorgesehen, die bevorzugt jeweils zur Verbindung mit einer oder mehreren Steuereinrichtungen an Bord des Kraftfahrzeugs eingerichtet sind. Die Schnittstellen können unterschiedliche Standards implementieren oder unterschiedlichen Zwecken oder Steuervorrichtungen zugeordnet sein. Es ist bevorzugt, dass die mehreren Schnittstellen unabhängig voneinander arbeiten können. Eine Anzahl Sensoren und eine Anzahl Schnittstellen können unabhängig voneinander gewählt werden. In einer Ausführungsform sorgt die Verarbeitungseinrichtung für eine Aufteilung von Informationen auf die unterschiedlichen Schnittstellen.In a further preferred embodiment, several interfaces are provided, each of which is preferably set up for connection to one or more control devices on board the motor vehicle. The interfaces may implement different standards or be assigned to different purposes or control devices. It is preferred that the multiple interfaces can operate independently of one another. A number of sensors and a number of interfaces can be selected independently of one another. In one embodiment, the processing device ensures that information is divided among the different interfaces.

In einer ersten Variante ist eine Schnittstelle drahtgebunden ausgeführt. Dadurch kann das Steuersystem verbessert mit einem bekannten, drahtgebundenen Kommunikationssystem an Bord des Kraftfahrzeugs verbunden werden.In a first variant, an interface is wired. This allows the control system to be better connected to a known, wired communication system on board the motor vehicle.

In einer zweiten Variante ist eine Schnittstelle optisch ausgeführt. Dadurch kann das Steuersystem verbessert in einem modernen, auf optischen Übertragungsmedien aufbauendem Kommunikationssystem an Bord eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.In a second variant, an interface is designed optically. This allows the control system to be used in an improved manner in a modern communication system based on optical transmission media on board a motor vehicle.

Das Steuersystem kann dazu beitragen, eine Vielzahl Sensoren an nur eine oder wenige Steuervorrichtungen bereitzustellen. Eine Reduktion der Anzahl unterschiedlicher Steuervorrichtungen an Bord des Kraftfahrzeugs kann dadurch unterstützt werden. Eine mit der Schnittstelle verbundene Steuervorrichtung kann sehr leistungsfähig und mittels einer hochperformanten Übertragungsstrecke mit dem Steuersystem verbunden sein.The control system can help provide a variety of sensors to only one or a few control devices. This can help reduce the number of different control devices on board the motor vehicle. A control device connected to the interface can be very powerful and connected to the control system by means of a high-performance transmission link.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einer zentralen oder zonalen Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die weitere Schnittstelle kann nicht standardisiert sein; Informationen auf dieser Schnittstelle können auch mittels eines unüblichen oder proprietären Protokolls ausgetauscht werden. Die weitere Schnittstelle kann eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit zur zentralen Steuervorrichtung erlauben. In einer Ausführungsform ist die zentrale Steuervorrichtung dazu eingerichtet, eine wesentliche Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs zu steuern, beispielsweise eine autonome Bewegungssteuerung. Die weitere Schnittstelle kann mit einem vorbestimmten Hochgeschwindigkeitsmedium verbunden werden, das wegen seiner Stellung im Gesamtsystem auch Rückgrat (Backbone) genannt werden kann.In a further preferred embodiment, a further interface is provided for connection to a central or zonal control device of the motor vehicle. The further interface cannot be standardized; Information on this interface can also be exchanged using an unusual or proprietary protocol. The further interface can allow a high transmission speed to the central control device. In one embodiment, the central control device is set up to control an essential vehicle function of the motor vehicle, for example an autonomous motion control. The further interface can be connected to a predetermined high-speed medium, which can also be called the backbone because of its position in the overall system.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug ein hierin beschriebenes Steuersystem. Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise eine elektrische Maschine, einen Wechselrichter, einen Zwischenkreiskondensator, Stromventile, Leistungs- oder Sicherungsschalter, Leitungen oder ein Getriebe umfassen. Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen elektrischen Achsantrieb oder ein Hybridgetriebe mit elektrischer Antriebsmaschine umfassen.According to a further aspect of the present invention, an electric drive device for a motor vehicle comprises one described herein a tax system. The drive device can include, for example, an electrical machine, an inverter, an intermediate circuit capacitor, power valves, circuit breakers or fuse switches, cables or a gearbox. The drive device can include, for example, an electric axle drive or a hybrid transmission with an electric drive machine.

Die Antriebseinrichtung kann eine hierin beschriebene Verarbeitungseinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Antriebseinrichtung zu steuern. Die Steuerung kann insbesondere in Abhängigkeit eines Sensorwerts und/oder einer Anforderung an einer der Schnittstellen erfolgen. Beispielsweise kann ein Drehmoment oder eine Drehzahl einer von der Antriebseinrichtung umfassten elektrischen Maschine in Abhängigkeit eines beispielsweise fahrergesteuerten Signals steuern. Die Steuerung kann bezüglich eines Drehwinkels oder einer Drehzahl erfolgen, die mittels eines Sensors an der elektrischen Maschine abgetastet werden kann. In einem oben beschriebenen zweiten Beispiel kann auch das Kraftfahrzeug in Längs- und/oder Querrichtung bezüglich einer Anforderung an einer der Schnittstellen und/oder eines Sensorwerts eines der Sensoren gesteuert werden. Insbesondere kann ein Sensor ein Objekt im Umfeld des Kraftfahrzeugs abtasten und die Steuerung kann derart erfolgen, dass eine Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt vermieden wird.The drive device may include a processing device described herein that is designed to control the drive device. The control can take place in particular depending on a sensor value and/or a request at one of the interfaces. For example, a torque or a speed of an electric machine included in the drive device can be controlled depending on, for example, a driver-controlled signal. The control can take place with regard to an angle of rotation or a speed, which can be sensed by means of a sensor on the electrical machine. In a second example described above, the motor vehicle can also be controlled in the longitudinal and/or transverse direction with respect to a request at one of the interfaces and/or a sensor value of one of the sensors. In particular, a sensor can scan an object in the surroundings of the motor vehicle and the control can take place in such a way that a collision of the motor vehicle with the object is avoided.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug eine hierin beschriebene Antriebseinrichtung. In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Kraftfahrzeug ein hierin beschriebenes Steuersystem.According to yet another aspect of the present invention, a motor vehicle includes a drive device described herein. In another embodiment, a motor vehicle includes a control system described herein.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Steuersystem; und
2 ein Steuersystem zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs

darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:

1 a motor vehicle with a control system; and
2 a control system for use on board a motor vehicle

represents.

1 zeigt ein Steuersystem 100 an Bord eines Kraftfahrzeugs 105. Das Kraftfahrzeug 105 ist beispielhaft als Personenkraftwagen dargestellt; in anderen Ausführungsformen kann es auch beispielsweise ein Kraftrad, einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus umfassen. Das Steuersystem 100 umfasst wenigstens einen Sensor 110, einen Konverter 115, eine optische Übertragungsstrecke 120 zwischen dem Sensor 110 und dem Konverter 115 sowie wenigstens eine Schnittstelle 122 zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung an Bord des Kraftfahrzeugs 105. 1 shows a control system 100 on board a motor vehicle 105. The motor vehicle 105 is shown as an example of a passenger car; in other embodiments it can also include, for example, a motorcycle, a truck or a bus. The control system 100 comprises at least one sensor 110, a converter 115, an optical transmission path 120 between the sensor 110 and the converter 115 and at least one interface 122 for connection to a control device on board the motor vehicle 105.

In exemplarischer Weise folgt die in 1 dargestellte Ausführungsform des Steuersystems 100 einem hierein erwähnten ersten Beispiel. Darin ist das Steuersystem 100 Teil einer elektrischen Antriebseinrichtung 125 des Kraftfahrzeugs 105. Rein beispielhaft umfasst die Antriebseinrichtung 125 eine elektrische Antriebsmaschine 130, die mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher 135 betrieben werden kann. Dazu ist ein Wechselrichter 140 vorgesehen, der eine durch den Energiespeicher 135 bereitgestellte Gleichspannung in passende Wechselspannungen für die elektrische Antriebsmaschine 130 umsetzt. Zwischen dem Energiespeicher 135 und dem Wechselrichter 140 kann ein Zwischenkreiskondensator (ZKK) 145 vorgesehen sein.As an example follows the in 1 Illustrated embodiment of the control system 100 is a first example mentioned herein. The control system 100 is part of an electric drive device 125 of the motor vehicle 105. Purely by way of example, the drive device 125 includes an electric drive machine 130, which can be operated with electrical energy from an energy storage 135. For this purpose, an inverter 140 is provided, which converts a direct voltage provided by the energy storage 135 into suitable alternating voltages for the electric drive machine 130. An intermediate circuit capacitor (ZKK) 145 can be provided between the energy storage 135 and the inverter 140.

Der Konverter 115 kann dazu eingerichtet sein, eine Bewegung des Kraftfahrzeugs 105 durch Beeinflussen der elektrischen Maschine 130 zu steuern. Die Steuerung kann in Abhängigkeit einer Anforderung erfolgen, die über die Schnittstelle 122 empfangen werden kann. Außerdem kann die Steuerung in Abhängigkeit eines Sensorwerts des Sensors 110 erfolgen, der in der dargestellten Ausführungsform einen physikalischen oder elektrischen Parameter der Antriebseinrichtung 125 abtastet.The converter 115 can be set up to control a movement of the motor vehicle 105 by influencing the electrical machine 130. The control can take place depending on a request that can be received via the interface 122. In addition, the control can take place depending on a sensor value of the sensor 110, which in the illustrated embodiment samples a physical or electrical parameter of the drive device 125.

In einem anderen Beispiel ist das Steuersystem 100 dazu eingerichtet, eine andere Funktion an Bord des Kraftfahrzeugs 105 zu steuern und kann einen anderen Sensor 110 verwenden. Beispielsweise kann der Sensor 110 eine Kamera, einen LiDAR-Sensor, einen Radarsensor oder einen Ultraschallsensor umfassen und kann dazu eingerichtet sein, ein Umfeld des Kraftfahrzeugs 105 abzutasten. Am Konverter 115 gesammelte Sensorwerte können lokal weiterverarbeitet und/oder über die Schnittstelle 122 an ein anderes, insbesondere übergeordnetes Steuergerät bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform arbeitet der Konverter 115 als Switch, der Daten aus zwischen verschiedenen Quellen und Senken verteilen kann. Eine Verarbeitung der Daten erfolgt hierbei nicht.In another example, the control system 100 is configured to control a different function on board the motor vehicle 105 and may use a different sensor 110. For example, the sensor 110 can include a camera, a LiDAR sensor, a radar sensor or an ultrasonic sensor and can be set up to scan an environment of the motor vehicle 105. Sensor values collected on the converter 115 can be further processed locally and/or made available via the interface 122 to another, in particular higher-level, control device. In one embodiment, the converter 115 operates as a switch that can distribute data between different sources and sinks. The data is not processed here.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuersystems 100 zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs 105. Das Steuersystem 100 umfasst eine Vielzahl Sensoren 110, die jeweils mittels einer optischen Übertragungsstrecke 120 mit dem Konverter 115 verbunden sind. Eine Übertragungsstrecke 120 umfasst bevorzugt eine Faseroptik, die insbesondere einen flexiblen Lichtwellenleiter umfasst. Der Lichtwellenleiter ist weiter bevorzugt ummantelt, um an Bord des Kraftfahrzeugs 105 beispielsweise gegenüber Quetschung, einem zu geringen Biegeradius oder einer Verletzung der optischen Faser geschützt zu sein. Das Übertragungsmedium 120 kann ein- oder beidseitig mittels eines optischen Konnektors 205 mit einem Sensor 110 oder dem Konverter 115 verbunden sein. Alternativ kann die Übertragungsstrecke 120 unmittelbar und unlösbar am Konverter 115 angebunden sein. 2 shows a schematic representation of a control system 100 for use on board a motor vehicle 105. The control system 100 comprises a plurality of sensors 110, each of which is connected to the converter 115 by means of an optical transmission link 120. A transmission path 120 preferably comprises fiber optics, which in particular comprises a flexible optical waveguide. The optical waveguide is further preferably covered in order to be protected on board the motor vehicle 105, for example against crushing, a bending radius that is too small or damage to the optical fiber. The transmission medium 120 can be connected on one or both sides by means of an optical connector 205 with a sensor 110 or the Converter 115 be connected. Alternatively, the transmission link 120 can be connected directly and inextricably to the converter 115.

Der Konverter 115 umfasst bevorzugt eine Anzahl optischer Konnektoren 205, die jeweils mit einem physischen Adapter 210 verbunden sind, einen Switch 215, eine optionale Verarbeitungseinrichtung 220 und einen Adapter 225. Bevorzugt sind die optischen Konnektoren 205 paarweise den Sensoren 110 bzw. deren optischen Übertragungsstrecken 120 zugeordnet und weiter bevorzugt sind die physischen Adapter 210 paarweise den Konnektoren 205 zugeordnet. Eine Übertragungsstrecke 120 ist somit bevorzugt als Punkt-zu-Punkt Verbindung ausgeführt.The converter 115 preferably comprises a number of optical connectors 205, each of which is connected to a physical adapter 210, a switch 215, an optional processing device 220 and an adapter 225. The optical connectors 205 are preferably paired in pairs with the sensors 110 or their optical transmission links 120 assigned and more preferably the physical adapters 210 are assigned in pairs to the connectors 205. A transmission link 120 is therefore preferably designed as a point-to-point connection.

In einer anderen Ausführungsform können auch mehrere Sensoren 110 mit einer Übertragungsstrecke 120 verbunden sein, insbesondere nach Art eines Bussystems. Ein Konnektor 205 kann eine physische Anbindung der Übertragungsstrecke 120 realisieren und fest oder lösbar ausgeführt sein. Ein physischer Adapter 210 kann eine Wandlung zwischen einem optischen und einem elektrischen Signal in einer oder in beiden Richtungen durchführen. In einer Ausführungsform umfasst der Adapter 225 im Wesentlichen passive elektronische Komponenten, während aktive Komponenten in den Schnittstellen 122 vorgesehen sein können.In another embodiment, several sensors 110 can also be connected to a transmission path 120, in particular in the manner of a bus system. A connector 205 can implement a physical connection to the transmission link 120 and can be designed to be fixed or detachable. A physical adapter 210 can perform a conversion between an optical and an electrical signal in one or both directions. In one embodiment, the adapter 225 includes essentially passive electronic components, while active components may be provided in the interfaces 122.

Der Switch 215 arbeitet als Verteiler für Sensorwerte der Sensoren 110 sowie gegebenenfalls Steuer- oder Anforderungssignale, die zu einem Sensor 110 gesandt werden, und erlaubt die Kommunikation eines beliebigen Sensors 110 mit der Verarbeitungseinrichtung 220 sowie optional die Kommunikation zwischen Sensoren 110. Bevorzugt wird auch ein Multicast oder Broadcast unterstützt, bei dem ein Sender Informationen an mehrere oder alle anderen angeschlossenen Kommunikationspartner übermitteln kann.The switch 215 works as a distributor for sensor values of the sensors 110 and, if necessary, control or request signals that are sent to a sensor 110, and allows the communication of any sensor 110 with the processing device 220 and optionally the communication between sensors 110. A is also preferred Multicast or broadcast is supported, in which a sender can transmit information to several or all other connected communication partners.

In einer ersten Variante ist keine Verarbeitungseinrichtung 220 vorgesehen und der Switch 215 ist direkt mit dem Adapter 225 verbunden. Der Adapter 225 umfasst eine oder mehrere Schnittstellen 122, die jeweils mit einer Steuervorrichtung 230 an Bord des Kraftfahrzeugs 105 verbunden sein können. Eine Übertragungsstrecke 235 zwischen einer Schnittstelle 122 und einer Steuervorrichtung 230 kann optisch, beispielsweise nach Art einer Übertragungsstrecke 120, oder elektrisch ausgeführt sein. Die Übertragungsstrecke 235 kann insbesondere ein physisches Medium eine Bussystems umfassen, an den außer der Schnittstelle 122 und der Steuervorrichtung 230 noch andere Teilnehmer angeschlossen sein können.In a first variant, no processing device 220 is provided and the switch 215 is connected directly to the adapter 225. The adapter 225 includes one or more interfaces 122, each of which can be connected to a control device 230 on board the motor vehicle 105. A transmission link 235 between an interface 122 and a control device 230 can be designed optically, for example in the manner of a transmission link 120, or electrically. The transmission path 235 can in particular comprise a physical medium of a bus system to which other participants can be connected in addition to the interface 122 and the control device 230.

Unterschiedliche Schnittstellen 122 können unterschiedliche Übertragungsstrecken 235 verwenden. Es ist bevorzugt, dass Kommunikation, die zwischen dem Konverter 115 und einer Steuervorrichtung 230 auf eine Weise erfolgt, die kompatibel mit einer bekannten Kommunikation an Bord eines Kraftfahrzeugs 105 ist. Insbesondere kann zur Kommunikation ein bekanntes Bussystem wie ein CAN- oder LIN-Bus oder Ethernet verwendet werden und übertragene Informationen können einem bekannten Schema folgen. Für ein Steuergerät 230 kann sich das Steuersystem 100 so darstellen, wie einer oder mehrere konventionelle Sensoren 110, die jeweils direkt an die verwendete Übertragungsstrecke 235 angeschlossen sind.Different interfaces 122 may use different transmission paths 235. It is preferred that communication between the converter 115 and a control device 230 takes place in a manner that is compatible with known communication on board a motor vehicle 105. In particular, a known bus system such as a CAN or LIN bus or Ethernet may be used for communication and transmitted information may follow a known pattern. For a control device 230, the control system 100 may be represented as one or more conventional sensors 110, each of which is directly connected to the transmission path 235 used.

In einer Ausführungsform ist der Konverter 115 oder der Switch 215 dazu eingerichtet, an einem bestehenden Steuergerät 230 nachgerüstet zu werden, das an Bord eines Kraftfahrzeugs 105 verbaut oder für den Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs 105 vorgesehen sein kann. Das Steuergerät 230 kann um den Konverter 115 oder den Switch 215 erweitert werden oder der Konverter 115 oder der Switch 215 kann mit dem Steuergerät 230 verbunden werden. Dabei kann der Konverter 115 bzw. der Switch 215 optisch empfangene Sensorwerte von Sensoren 110 auf dieselbe Weise an das Steuergerät 230 bereitstellen wie ein konventioneller Sensor 110.In one embodiment, the converter 115 or the switch 215 is set up to be retrofitted to an existing control device 230, which can be installed on board a motor vehicle 105 or intended for use on board a motor vehicle 105. The control device 230 can be expanded to include the converter 115 or the switch 215 or the converter 115 or the switch 215 can be connected to the control device 230. The converter 115 or the switch 215 can provide optically received sensor values from sensors 110 to the control device 230 in the same way as a conventional sensor 110.

In der dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich eine weitere Schnittstelle 240 vorgesehen, die mittels einer weiteren Übertragungsstrecke 245 mit einer weiteren Steuervorrichtung 250 verbunden sein kann. Eine Kommunikation des Konverters 115 mit der weiteren Steuervorrichtung 250 kann unabhängig von der Kommunikation mit einer oder mehrerer der Steuervorrichtungen 230 erfolgen. Insbesondere können über die weitere Schnittstelle 240 erweiterte Sensorwerte, Rohdaten oder zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, deren Umfang die standardisierte Kommunikation mit einer der Steuervorrichtungen 230 übersteigen kann. Die weitere Übertragungsstrecke 245 kann eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder einen Datenbus umfassen.In the embodiment shown, a further interface 240 is additionally provided, which can be connected to a further control device 250 by means of a further transmission link 245. Communication between the converter 115 and the further control device 250 can take place independently of the communication with one or more of the control devices 230. In particular, extended sensor values, raw data or additional information can be provided via the further interface 240, the scope of which can exceed the standardized communication with one of the control devices 230. The further transmission link 245 may include a point-to-point connection or a data bus.

Aufgrund der potentiell großen Datenmenge, die über die weitere Übertragungsstrecke 245 übertragen werden kann, kann diese Verbindung auch Backbone genannt werden. In einer Ausführungsform ist die weitere Steuervorrichtung 250 dazu eingerichtet, eine oder mehrere Funktionen der Steuervorrichtungen 230 auszuführen. In diesem Fall kann die jeweilige Steuervorrichtung 230, die zugeordnete Übertragungsstrecke 235 und eventuell auch die zugeordnete Schnittstelle 122 entfallen.Due to the potentially large amount of data that can be transmitted over the further transmission link 245, this connection can also be called a backbone. In one embodiment, the further control device 250 is set up to carry out one or more functions of the control devices 230. In this case, the respective control device 230, the associated transmission link 235 and possibly also the associated interface 122 can be omitted.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung 220 dazu eingerichtet, eine Kommunikation mit einem Sensor 110 und eine Kommunikation mit einem Steuergerät 230, 250 durchzuführen und Nachrichten in einer oder in beiden Richtungen umzusetzen. Dabei können unterschiedliche Fähigkeiten der Kommunikationspartner 110, 230, 250 aneinander angepasst werden.In a second embodiment, the processing device 220 is configured to To carry out communication with a sensor 110 and communication with a control unit 230, 250 and to implement messages in one or both directions. Different capabilities of the communication partners 110, 230, 250 can be adapted to one another.

In einer dritten Ausführungsform, die auf die zweite Ausführungsform aufbaut, ist die Verarbeitungseinrichtung 220 zusätzlich dazu eingerichtet, eine Funktion an Bord des Kraftfahrzeugs 105 zu steuern, die weiter bevorzugt mit einem Sensorwert eines Sensors 110 und/oder einer Kommunikation mit einem Steuergerät 230, 250 in Relation steht. Beispielhaft ist in 2 die Verarbeitungseinrichtung 220 mit dem Wechselrichter 140 der elektrischen Antriebseinrichtung 125 verbunden. Dabei kann in unterschiedlichen Ausführungsformen ein optisches oder ein elektrisches Übertragungsmedium verwendet werden.In a third embodiment, which is based on the second embodiment, the processing device 220 is additionally set up to control a function on board the motor vehicle 105, which further preferably uses a sensor value of a sensor 110 and/or communication with a control device 230, 250 is in relation. An example is in 2 the processing device 220 is connected to the inverter 140 of the electric drive device 125. In different embodiments, an optical or an electrical transmission medium can be used.

Die Verarbeitungseinrichtung 220 kann integraler Bestandteil der Antriebseinrichtung 125 oder eines äquivalenten Systems an Bord des Kraftfahrzeugs 105 sein. Die Verarbeitungseinrichtung 220 kann eine Funktion der Antriebseinrichtung 125 oder des äquivalenten Systems gegenüber einem Steuergerät 230 derart kapseln, dass der innere Aufbau der Antriebseinrichtung 125 irrelevant ist. Durch den Einsatz optischer Übertragungsstrecken 120 zwischen den Sensoren 110 und dem Konverter 115 kann die elektrische Antriebseinrichtung 125 verbessert gesteuert und ihre Funktion im Kraftfahrzeug 105 erbracht werden. Die Funktion bzw. ihre Ausführung kann verbessert in Kommunikation mit einer oder mehreren Steuereinrichtungen 230, 250 erbracht werden.The processing device 220 can be an integral part of the drive device 125 or an equivalent system on board the motor vehicle 105. The processing device 220 can encapsulate a function of the drive device 125 or the equivalent system relative to a control device 230 in such a way that the internal structure of the drive device 125 is irrelevant. By using optical transmission links 120 between the sensors 110 and the converter 115, the electric drive device 125 can be controlled in an improved manner and its function in the motor vehicle 105 can be performed. The function or its execution can be provided in an improved manner in communication with one or more control devices 230, 250.

So ist es insbesondere möglich, ein integrierte und separat handhabbare Einheit aus einer mechanischen Komponente 125-145 und einem Sensor 110 für ein Kraftfahrzeug 105 bereitzustellen, die mittels einer konventionellen Datenverbindung mit einem anderen Steuergerät verbunden werden kann, intern aber eine optische Übertragungsstrecke 120 verwendet, um den Sensor 110 anzubinden. Die Vorteile der optischen Übertragungsstrecke 120 im Bereich der Komponente 125-145, insbesondere bezüglich seiner Störungsfestigkeit, können so mit den Vorteilen einer bekannten Schnittstelle 122 kombiniert werden. Eine solche Einheit kann beispielsweise einen elektrischen Achsantrieb oder ein Hybridgetriebe mit elektrischen Antriebsmaschine 130 umfassen.In particular, it is possible to provide an integrated and separately manageable unit consisting of a mechanical component 125-145 and a sensor 110 for a motor vehicle 105, which can be connected to another control device by means of a conventional data connection, but internally uses an optical transmission path 120, to connect the sensor 110. The advantages of the optical transmission link 120 in the area of the component 125-145, in particular with regard to its immunity to interference, can thus be combined with the advantages of a known interface 122. Such a unit can, for example, include an electric axle drive or a hybrid transmission with an electric drive machine 130.

BezugszeichenReference symbols

100100: SteuersystemTax system
105105: Kraftfahrzeugmotor vehicle
110110: Sensorsensor
115115: Konverterconverter
120120: optische Übertragungsstreckeoptical transmission path
122122: Schnittstelle interface
125125: elektrische Antriebseinrichtungelectric drive device
130130: elektrische Antriebsmaschineelectric drive machine
135135: elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
140140: WechselrichterInverter
145145: Zwischenkreiskondensator (ZKK) DC link capacitor (ZKK)
205205: optischer Konnektoroptical connector
210210: physischer Adapterphysical adapter
215215: SwitchSwitch
220220: VerarbeitungseinrichtungProcessing facility
225225: Adapteradapter
230230: SteuervorrichtungControl device
235235: Übertragungsstrecketransmission route
240240: weitere Schnittstelleanother interface
245245: weitere Übertragungsstreckefurther transmission route
250250: weitere Steuervorrichtunganother control device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20090202241 A1 [0004]
WO 2022091616 A1 [0005]

Claims

Control system (100) for use on board a motor vehicle (105), the control system (100) comprising: a sensor (110); a converter (115); an optical transmission path (120) for sensor data from the sensor (110) to the converter (115); an interface (122) for connection to a control device (230) on board the motor vehicle (105); wherein the converter (115) is set up to provide sensor data at the interface (122).

Control system (100). Claim 1 , further comprising a processing device (220) for processing sensor data before they are provided at the interface (122).

Control system (100). Claim 1 or 2 , wherein a plurality of sensors (110) connected to the converter (115) by means of optical transmission links (120) are provided and the converter (115) is set up to provide sensor values (110) of the plurality of sensors (110) at the interface (122).

Control system (100) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of interfaces (122) are provided.

The control system (100) of any preceding claim, wherein the interface (122) is wired.

Control system (100) according to one of the Claims 1 until 4 , whereby the interface (122) is designed optically.

Control system (100) according to one of the preceding claims, further comprising a further interface (240) for connection to a central control device (250) of the motor vehicle (105).

Electric drive device (125) for a motor vehicle (105), comprising a control system (100) according to one of the preceding claims.

Drive device (125). Claims 2 and 8th , wherein the processing device (220) is set up to control the drive device (125).

Motor vehicle (105), comprising a drive device (125) according to one of Claims 8 or 9 .