EP4766592A1 - Steuergerät für ein kontrollsystem, kontrollsystem und kraftfahrzeug mit einem kontrollsystem - Google Patents
Steuergerät für ein kontrollsystem, kontrollsystem und kraftfahrzeug mit einem kontrollsystemInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät (4) für ein Kontrollsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1) zur Kontrolle mindestens einer Funktion des Kraftfahrzeugs (1), wobei das Steuergerät (4) mindestens eine Recheneinheit (6, 8, 10) zur Auswertung von an dem Steuergerät (4) anliegenden Ausgangssignalen mindestens eines zu dieser Funktion korrespondierenden Sensors (12, 14) des Kontrollsystems (2) und zur Ansteuerung einer Leistungselektronik (16, 18) eines zu dieser Funktion korrespondierenden Aktors (20, 22) des Kontrollsystems (2) mittels Ansteuersignalen in Abhängigkeit der vorgenannten Ausgangssignale zur Ausführung dieser Funktion des Kraftfahrzeugs (1) aufweist, wobei das Steuergerät (4) als lediglich ein einziges Steuergerät (4) des Kontrollsystems (2) ausgebildet ist, wobei das Steuergerät (4) insgesamt drei Recheneinheiten (6, 8, 10) aufweist und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts (4) eine Hauptfunktion und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs (1), unabhängig von einem Fehler in lediglich einer der drei Recheneinheiten (6, 8, 10), kontrollierbar sind.
Description
Steuergerät für ein Kontrollsystem, Kontrollsystem und Kraftfahrzeug mit einem Kontrollsystem
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Anspruchs 6 genannten Art und ein Kraftfahrzeug mit einem Kontrollsystem.
Derartige Steuergeräte für Kontrollsysteme von Kraftfahrzeugen, Kontrollsysteme für Kraftfahrzeuge und Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät für ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs, ein Kontrollsystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuergerät als lediglich ein einziges Steuergerät des Kontrollsystems ausgebildet ist, wobei das Steuergerät insgesamt drei Recheneinheiten aufweist und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts eine Hauptfunktion und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs, unabhängig von einem Fehler in lediglich einer der drei Recheneinheiten, kontrollierbar sind. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Kontrollsystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Der Begriff „Hauptfunktion“ bezeichnet hier Funktionen des Kraftfahrzeugs, die für das Kraftfahrzeug elementar sind, wobei damit insbesondere sicherheitsrelevante Funktionen des Kraftfahrzeugs, wie die Lenkung, der Antrieb oder das Bremssystem des Kraftfahrzeugs, zu verstehen sind. Diese Hauptfunktionen
des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel die vorgenannten Hauptfunktionen, sind aufgrund von deren Sicherheitsrelevanz redundant auszuführen. Dies bedeutet, dass die redundant ausgeführte Hauptfunktion auch in einem Fehlerfall, beispielsweise einem Ausfall einer Komponente des Steuergeräts zur Ausführung dieser Hauptfunktion, sicher ausführbar ist, da diese fehlerhafte Komponente durch eine dazu korrespondierende redundante Komponente zur Ausführung der Hauptfunktion im Fehlerfall automatisch ersetzt wird. Mit dem Begriff „Nebenfunktion“ sind hier Funktionen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gemeint, die insbesondere nicht sicherheitsrelevant sind und damit nicht redundant ausgeführt sein müssen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass ein Steuergerät für ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs, ein Kontrollsystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug verbessert sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Steuergeräts, des Kontrollsystems und des Kraftfahrzeugs ist beispielsweise eine ausreichende Redundanz für ein sogenanntes X-by-wire-System oder dergleichen auf einfache und damit kostengünstige Art und Weise realisierbar. Die Sicherstellung einer ausreichenden Redundanz ist bei derartigen Systemen und damit ausgestatteten Kraftfahrzeugen deshalb besonders wichtig, weil bei derartigen Kraftfahrzeugen die bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen existenten und für die Redundanzbetrachtung relevanten mechanischen Kopplungen wegfallen. Zum Beispiel ist dies am Beispiel der Lenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem Steer-by-wire-System leicht nachvollziehbar, bei der anstelle der bekannten mechanischen Verbindung zwischen einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs und den zu lenkenden Rädern des Kraftfahrzeugs ein sogenanntes Steer-by-wire-System verwendet wird. Die vorgenannte mechanische Verbindung entfällt. Die Hauptfunktion und die Nebenfunktion gemäß der Erfindung können mit Blick auf das Beispiel der Lenkung eines Kraftfahrzeugs als eine als Lenkrad-Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels eines Lenkrads des Kraftfahrzeugs auf einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgebildete Nebenfunktion und als eine als Radlenkfunktion zur Lenkung mindestens eines Rades des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit eines von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads ausgebildete Hauptfunktion
ausgeführt sein. Jedoch ist das Anwendungsfeld der Lenkung von Kraftfahrzeugen unter Verwendung von Steer-by-wire-Systemen hier lediglich rein exemplarisch angeführt. Die Erfindung ist auch bei anderen Hauptfunktionen von Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar. Beispielsweise sei hier nur auf andere by-wire-Systeme hingewiesen, die allgemein als X-by-wire-Systeme benannt werden. Dem Fachmann ist die grundsätzliche Ausbildung derartiger X-by-wire-Systeme hinlänglich bekannt. Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, eine Mehrzahl von Steuergeräten bereitzustellen, um beispielsweise die vorgenannten Funktionen, nämlich die Hauptfunktion und die Nebenfunktion, und die hierfür erforderliche Redundanz zu realisieren. Stattdessen ist es möglich, lediglich ein einziges Steuergerät, also ein zentrales Steuergerät, zur Ausführung der zwei vorgenannten Funktionen des Kraftfahrzeugs zu verwenden. Entsprechend lassen sich diese zwei Funktionen des Kraftfahrzeugs anstelle mit zwei Steuergeräten lediglich mittels eines einzigen Steuergeräts unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Redundanz realisieren. Bei der vorgenannten beispielhaften Ausbildung des Kontrollsystems als Lenksystem mit der Lenkrad-Feedbackfunktion und der Radlenkfunktion wären beim Stand der Technik die zu der jeweiligen Funktion erforderlichen Komponenten des Kontrollsystems, wie das Steuergerät, der mindestens eine Sensor, die Leistungselektronik und der Aktor, einerseits, nämlich hinsichtlich der Lenkrad- Feedbackfunktion, an einer Lenksäule des Kraftfahrzeugs und andererseits, nämlich hinsichtlich der Radlenkfunktion, an einer Lenkachse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Da beispielsweise die vorgenannten Komponenten der Lenkrad-Feedbackfunktion auch für die Radlenkfunktion erforderlich sind, nämlich zur Sensierung des Lenkwinkels des Lenkrads mittels des mindestens einen Sensors der Lenkrad- Feedbackfunktion, wäre es somit auch erforderlich, in dem Steuergerät der Lenkrad- Feedbackfunktion ebenfalls zwei anstelle von lediglich einer Recheneinheit zu verbauen. Entsprechend wären bei einem Kontrollsystem gemäß Stand der Technik insgesamt vier Recheneinheiten erforderlich, nämlich zwei redundante Recheneinheiten je Steuergerät. Im Unterschied dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem für das oben erläuterte Lenksystem lediglich ein einziges Steuergerät mit insgesamt lediglich drei Recheneinheiten erforderlich. Eine Recheneinheit wird
alternativ auch als eine Prozessoreinheit oder ein sogenannter Controller, beispielsweise ein Microcontroller, bezeichnet.
Grundsätzlich sind das erfindungsgemäße Steuergerät für ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs, das erfindungsgemäße Kontrollsystem für Kraftfahrzeuge und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug jeweils nach Art, Funktionsweise, Material und Dimensionierung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Zum Beispiel sie hier auf als Elektrofahrzeuge ausgebildete Kraftfahrzeuge hingewiesen. Siehe hierzu die Vielzahl von voneinander verschiedenen Funktionen bei modernen Kraftfahrzeugen, beispielsweise die obigen Ausführungen zu den Herausforderungen von X-by-wire- Systemen im Allgemeinen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts sieht vor, dass jede der drei Recheneinheiten derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass in der jeweiligen Recheneinheit eine automatische Selbstdiagnose zur Erkennung eines Fehlers in dieser Recheneinheit durchführbar ist und in Abhängigkeit eines erkannten Fehlers in dieser Recheneinheit ein Selbstdeaktivierung dieser Recheneinheit automatisch ausführbar ist. Hierdurch ist die Sicherheit bei dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät und damit bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug wesentlich verbessert. Beispielsweise sind innerhalb der jeweiligen Recheneinheit des erfindungsgemäßen Steuergeräts jeweils zwei Rechenkerne verbaut, die sich gegenseitig auf deren ordnungsgemäße Funktion hin überwachen. Sollte auf die vorgenannte Art ein Fehler in der Recheneinheit festgestellt worden sein, schaltet sich diese Recheneinheit dann automatisch ab. Entsprechend kann es in Abhängigkeit davon, also wenn ein Fehler in einer der Recheneinheiten auf die vorgenannte Weise diagnostiziert worden ist, vorgesehen sein, dass diese fehlerhafte Recheneinheit im weiteren Betrieb von der Kommunikation des Steuergeräts ausgeschlossen ist.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorgenannten Weiterbildung sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts vor, dass das Steuergerät derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass die Ausgangssignale der
Sensoren in allen Recheneinheiten parallel auswertbar sind und bei Übereinstimmung von lediglich zwei von drei zueinander korrespondierenden Ansteuersignalen von den drei Recheneinheiten die Recheneinheit mit dem von den beiden übrigen Recheneinheiten abweichenden Ansteuersignal automatisch deaktivierbar ist. Auf diese Weise ist in einem Normalbetrieb des Steuergeräts, also in einem fehlerfreien Betrieb der drei Recheneinheiten des Steuergeräts, eine Zwei-aus-drei-Entscheidung möglich, wobei selbst bei einem Fehler in lediglich einer der drei Recheneinheiten des Steuergeräts ein sicherer Betrieb der vorgenannten Hauptfunktion und der vorgenannten Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs ermöglicht ist. Entsprechend ist die Sicherheit bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs wesentlich verbessert.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts sieht vor, dass die drei Recheneinheiten des Steuergeräts derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass mittels der Recheneinheiten zusätzlich zu der vorgenannten Hauptfunktion und der vorgenannten Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs in einem Normalbetrieb des Steuergeräts, also bei einer ordnungsgemäßen Funktion aller drei Recheneinheiten, Berechnungen zu mindestens einer weiteren Funktion des Kraftfahrzeugs ausführbar sind. Hierdurch ist es beispielsweise in dem Normalbetrieb des erfindungsgemäßen Steuergeräts, also wenn alle drei Recheneinheiten fehlerfrei funktionieren, möglich, freie Rechenkapazität der drei Recheneinheiten für zu einer weiteren Funktion des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs korrespondierende Berechnungen zu nutzen. Zum Beispiel kann es sich bei diesen Berechnungen um Berechnungen für eine weitere Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Klimatisierungsfunktion zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums des Kraftfahrzeugs, handeln. Wie oben bereits erläutert sind mit dem Begriff „Nebenfunktion“ hier Funktionen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gemeint, die insbesondere nicht sicherheitsrelevant sind und damit keine Redundanz erfordern. Selbstverständlich kann die vorgenannte freie Rechenkapazität auch für die Realisierung einer Redundanz bei der weiteren Funktion genutzt werden. Im Fehlerfall, also wenn eine der drei Recheneinheiten des erfindungsgemäßen Steuergeräts nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert, kann dann beispielsweise diese
zusätzliche Funktionalität des erfindungsgemäßen Steuergeräts automatisch eingestellt werden, so dass mittels des erfindungsgemäßen Steuergeräts lediglich noch die vorgenannte Hauptfunktion und die vorgenannte Nebenfunktion durchgeführt werden.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts sieht vor, dass das Steuergerät als eine Baueinheit ausgebildet ist, bevorzugt, dass alle Recheneinheiten des Steuergeräts zueinander lediglich funktional im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Steuergerät sehr kompakt und damit leichter handhabbar ausgebildet. Die bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung hat darüber hinaus den weiteren Vorteil, dass die Recheneinheiten beispielsweise von jeweils voneinander verschiedenen Herstellern bezogen werden können. Somit ist eine zusätzliche Diversifizierung bei den Recheneinheiten erzielt, mittels der eine verbesserte Funktionssicherheit des Steuergeräts erreichbar ist. Dies deshalb, weil die Recheneinheiten sich zwar funktional im Wesentlichen entsprechen, aber hinsichtlich deren Aufbaus von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein können. Entsprechend ist ein Ausfall von zwei Recheneinheiten von voneinander verschiedenen Herstellern aufgrund des gleichen Fehlers praktisch sehr unwahrscheinlich.
Wie oben bereits ausgeführt ist das erfindungsgemäße Kontrollsystem in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems sieht vor, dass das Kontrollsystem derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass die gesamte Logik des Kontrollsystems in dem Steuergerät integriert ist. Hierdurch ist die gesamte Logik, also alles was mit Berechnung und Kommunikation einerseits innerhalb des erfindungsgemäßen Kontrollsystems und andererseits des erfindungsgemäßen Kontrollsystems mit einem von dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem verschiedenen Rest des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs zu tun hat, auf das erfindungsgemäße Steuergerät konzentriert. Die restlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Kontrollsystems zur Realisierung der Hauptfunktion und der
Nebenfunktion weisen somit je vorgenannter Funktion lediglich noch mindestens einen Aktor und lediglich noch mindestens einen Sensor auf. Eine Signalvorverarbeitung oder dergleichen findet in diesen Komponenten außerhalb des erfindungsgemäßen Steuergeräts somit ebenfalls nicht statt. Damit ist mittels des lediglich einen Steuergeräts eine zentralisierte Logikeinheit geschaffen, die die Ansteuerung des jeweils zu der Hauptfunktion und der Nebenfunktion korrespondierenden Aktors im Normalbetrieb des erfindungsgemäßen Steuergeräts wie auch im Fehlerfall, also bei Ausfall lediglich einer der drei Recheneinheiten, leistet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems sieht vor, dass das Kontrollsystem als ein Steer-by-wire-System des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, bevorzugt, dass das Steer-by-wire-System als ein Lenksystem des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wobei die kontrollierte Nebenfunktion als eine Lenkrad- Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels eines Lenkrads des Kraftfahrzeugs auf einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und die kontrollierte Hauptfunktion als eine Radlenkfunktion zur Lenkung mindestens eines Rades des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit eines von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads ausgebildet sind. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, ist das erfindungsgemäße Kontrollsystem bei Lenksystemen von Kraftfahrzeugen, bei denen beispielsweise keinerlei mechanische Verbindung mehr zwischen dem Lenkrad auf der einen Seite und dem mindestens einen Rad auf der anderen Seite vorhanden ist, besonders vorteilhaft einsetzbar, da mittels der Erfindung, trotz einer geringeren Anzahl an Recheneinheiten, eine ausreichende Redundanz gewährleistet ist. Dies gilt besonders für die bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems sieht vor, dass die mindestens eine weitere Funktion als eine weitere Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, bevorzugt, dass die weitere Hauptfunktion als eine Antriebsfunktion des Kraftfahrzeugs oder als eine Bremsfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Begriffe „Antriebsfunktion“ und „Bremsfunktion“ sind dabei weit auszulegen und umfassen beispielsweise auch eine Fahrstabilitätsfunktion und eine Rekuperationsfunktion des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise ist eine freie
Rechenkapazität der drei Recheneinheiten des erfindungsgemäßen Steuergeräts im Normalbetrieb des Steuergeräts beispielsweise zur Realisierung einer zusätzlichen Redundanz bei der weiteren Hauptfunktion nutzbar, so dass auf hierfür erforderliche zusätzliche Komponenten bei dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem gemäß der vorliegenden Weiterbildung verzichtet werden kann. Bei den weiteren Hauptfunktionen gemäß der bevorzugten Ausführungsform dieser Weiterbildung ist dies besonders vorteilhaft einsetzbar, da es sich bei diesen weiteren Hauptfunktionen um höchstsensible und damit besonders sicherheitsrelevante Hauptfunktionen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs handelt. Selbstverständlich kann die weitere Funktion auch als jede andere Funktion des Kraftfahrzeugs, beispielsweise auch als eine weitere Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontrollsystems für ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät in einem Verfahrensschaltbild.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontrollsystems für ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät rein exemplarisch dargestellt.
Das Kontrollsystem 2 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs 1 , nämlich eines Elektrofahrzeugs, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Steer-by-wire- System des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet, wobei das Steer-by-wire-System als ein Lenksystem des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist.
Mittels des Kontrollsystems 2 werden eine Hauptfunktion und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 kontrolliert, wobei das Kontrollsystem 2 lediglich ein einziges Steuergerät 4 aufweist, und wobei das Steuergerät 4 insgesamt drei Recheneinheiten 6, 8, 10 zur Auswertung von an dem Steuergerät 4 anliegenden Ausgangssignalen
von mindestens einem zu der jeweiligen vorgenannten Funktion korrespondierenden Sensors 12, 14 des Kontrollsystems 2 und zur Ansteuerung einer Leistungselektronik 16, 18 eines zu jeweils einer der vorgenannten Funktionen korrespondierenden Aktors 20, 22 des Kontrollsystems 2 mittels Ansteuersignalen in Abhängigkeit der vorgenannten Ausgangssignale zur Ausführung der Hauptfunktion und der Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 aufweist. Die drei Recheneinheiten 6, 8, 10 werden jeweils mit einer redundanten elektrischen Spannung versorgt. Ferner kommunizieren die Recheneinheiten 6, 8, 10 jeweils über duplizierte Kommunikationskanäle mit einem Rest des Kontrollsystems 2 sowie mit einem von dem Kontrollsystem 2 verschiedenen Rest des Kraftfahrzeugs 1 . Zwecks der Kontrolle der Hauptfunktion und der Nebenfunktion weist das Kontrollsystem 2 lediglich das Steuergerät 4 auf. Entsprechend ist das Steuergerät 4 lediglich als ein einziges Steuergerät 4 des Kontrollsystems 2 ausgebildet.
Bei den zwei mittels des Kontrollsystems 2 kontrollierten Funktionen handelt es sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstens um eine als Lenkrad- Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels eines Lenkrads 24 des Kraftfahrzeugs 1 auf einen nicht dargestellten Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildete Nebenfunktion und zweitens um eine als Radlenkfunktion zur Lenkung mindestens eines nicht dargestellten Rades des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit eines von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads 24 ausgebildete Hauptfunktion. Mittels der Lenkrad-Feedbackfunktion werden mittels des Sensors 14 Sensorinformationen am Lenkrad 24 gesammelt, um einerseits mittels des Aktors 22 ein Feedback-Drehmoment für den Fahrer zu generieren und andererseits die Lenkwünsche des Fahrers der Radlenkfunktion zur Verfügung zu stellen. Mittels der Radlenkfunktion werden einerseits die nicht dargestellten Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs 1 gelenkt und andererseits werden mittels der Radlenkfunktion Straßenzustände an die Lenkrad-Feedbackfunktion übermittelt. Somit ergibt sich auf die vorgenannte Art und Weise ein ständiger Signalaustausch und/oder Datenaustausch zwischen den beiden vorgenannten Funktionen des Kraftfahrzeugs 1.
Bei den in der Fig. 1 dargestellten Aktoren 20, 22 handelt es sich jeweils um einen Elektromotor; bei den Sensoren 12, 14 handelt es sich jeweils um sogenannte Motorpositionssensoren. Diese Motorpositionssensoren 12, 14 können dabei mehrfach, also redundant ausgebildet sein. Insbesondere können die einzelnen Sensoren dieser Motorpositionssensoren 12, 14 jeweils auf voneinander verschiedenen physikalischen Messprinzipien beruhen, so dass sich dadurch eine Verbesserung der Ausfallsicherheit einerseits durch diese Technologiediversität der Sensoren 12, 14 und andererseits durch die vorgenannte Redundanz ergibt.
Zwecks Realisierung der beiden vorgenannten Funktionen des Kontrollsystems 2 ist das Steuergerät 4 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet und eingerichtet, dass in der jeweiligen Recheneinheit 6, 8, 10 eine automatische Selbstdiagnose zur Erkennung eines Fehlers in dieser Recheneinheit 6, 8, 10 durchführbar ist und in Abhängigkeit eines erkannten Fehlers in dieser Recheneinheit 6; 8; 10 eine Selbstdeaktivierung dieser Recheneinheit 6; 8; 10 automatisch ausführbar ist. Siehe hierzu auch die diesbezüglichen beispielhaften Ausführungen in der Beschreibungseinleitung.
Zusätzlich dazu ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der drei Recheneinheiten 6, 8, 10 derart ausgebildet und eingerichtet, dass die Ausgangssignale der Sensoren 12, 14 in allen Recheneinheiten 6, 8, 10 parallel auswertbar sind und bei Übereinstimmung von lediglich zwei von drei zueinander korrespondierenden Ansteuersignalen von den drei Recheneinheiten 6, 8, 10 die Recheneinheit 6; 8; 10 mit dem von den beiden übrigen Recheneinheiten 8, 10; 6, 10; 6, 8 abweichenden Ansteuersignal automatisch deaktivierbar ist. Im Normalbetrieb des Steuergeräts 4, also wenn kein Fehlerfall in einer der Recheneinheiten 6, 8, 10 vorliegt, liefern alle drei Recheneinheiten 6, 8, 10 basierend auf den an dem Steuergerät 4 anliegenden Ausgangssignalen der Sensoren 12, 14 jeweils im Wesentlichen das gleiche Ansteuersignal zur Ansteuerung der Leistungselektroniken 16, 18 der Aktoren 20, 22. Sollte eine der Recheneinheiten 6, 8, 10 nicht ordnungsgemäß funktionieren, wird dies unabhängig von der oben genannten automatischen Selbstdiagnose mittels der Zwei-aus-drei-Entscheidung gemäß dieses
Absatzes automatisch erkannt und in Abhängigkeit davon die fehlerhafte Recheneinheit 6; 8; 10 automatisch abgeschaltet. Trotz dieser fehlerbasierten Abschaltung einer der drei Recheneinheiten 6, 8, 10 werden die Hauptfunktion und die Nebenfunktion mittels des Steuergeräts 4 ordnungsgemäß ausgeführt. Darunter fällt auch eine in der Leistung eingeschränkte Ausführung der jeweiligen Funktion, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
Somit ist das Steuergerät 4 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet und eingerichtet, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts 4 die vorgenannte Hauptfunktion und die vorgenannte Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 , unabhängig von einem Fehler in lediglich einer der drei Recheneinheiten 6, 8, 10, kontrollierbar sind.
Ferner sind die drei Recheneinheiten 6, 8, 10 des Steuergeräts 4 hier derart ausgebildet und eingerichtet, dass mittels der Recheneinheiten 6, 8, 10 zusätzlich zu der vorgenannten Hauptfunktion und der vorgenannten Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 im Normalbetrieb des Steuergeräts 4, also wenn alle drei Recheneinheiten 6, 8, 10 ordnungsgemäß funktionieren, Berechnungen zu mindestens einer weiteren Funktion des Kraftfahrzeugs 1 ausführbar sind. Die mindestens eine weitere Funktion ist hier als eine weitere Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 , nämlich als eine Lenkradverstellfunktion des Kraftfahrzeugs 1 , ausgebildet. Denkbar ist es aber auch, dass in anderen Ausführungsformen der Erfindung die weitere Funktion als eine andere Nebenfunktion, beispielsweise eine Klimatisierungsfunktion für eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs oder dergleichen, oder eine weitere Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wobei die weitere Hauptfunktion beispielsweise als eine Antriebsfunktion des Kraftfahrzeugs oder als eine Bremsfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann. Siehe hierzu ebenfalls die dazu korrespondierenden beispielhaften Ausführungen in der Beschreibungseinleitung.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 4 als eine Baueinheit ausgebildet, wobei alle drei Recheneinheiten 6, 8, 10 des Steuergeräts 4 zueinander
lediglich funktional im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Siehe hierzu die diesbezüglichen beispielhaften Ausführungen in der Beschreibungseinleitung. Darüber hinaus ist das als eine Baueinheit ausgebildete Steuergerät 4 derart mittels einer nicht dargestellten Tragkonstruktion des Kraftfahrzeugs 1 in einem ebenfalls nicht dargestellten stressarmen Bereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, dass das Steuergerät 4 im Wesentlichen vor mechanischen und thermischen Beanspruchungen des Kraftfahrzeugs 1 und einer Umwelt des Kraftfahrzeugs 1 geschützt ist. Das als zentrales Steuergerät für die Hauptfunktion und die Nebenfunktion des Lenksystems 2 ausgebildete Steuergerät 4 ist somit, im Unterschied zu einer als Baueinheit ausgebildeten Untergruppe 26 des Kontrollsystems 2 von Sensor 12, Leistungselektronik 16 und Aktor 20, nicht im Bereich der Räder des Kraftfahrzeugs 1 , nämlich nicht an einer nicht dargestellten Lenkachse des Kraftfahrzeugs 1 , angeordnet. Eine weitere Untergruppe 28 des Kontrollsystems 2 von Sensor 14, Leistungselektronik 18 und Aktor 22 ist an einer mit dem Lenkrad 24 drehmomentverbundenen Lenksäule 30 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an der Lenksäule 30 noch eine weitere Untergruppe 32 des Kontrollsystems 2 zur Realisierung der vorgenannten Lenkradverstellfunktion, also zur Verstellung des Lenkrads 24, angeordnet, wobei diese Untergruppe 32 eine von dem Steuergerät 4 ansteuerbare Leistungselektronik 34 und zwei dazu korrespondierende Aktoren 36, 38 aufweist. Die beiden Aktoren 36, 38 sind ebenfalls jeweils als ein Elektromotor ausgebildet. Mittels der Lenkradverstellfunktion ist eine Neigungseinstellung des Lenkrads 24 wie auch ein Verstauen des Lenkrads 24 ermöglicht. Die Untergruppen 28 und 32 können dabei zu einer gemeinsamen Baueinheit 39 zusammengefasst sein. Das Kontrollsystem 2 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet und eingerichtet, dass die gesamte Logik des Kontrollsystems 2 in dem Steuergerät 4 integriert ist. Dies gilt auch für die Kommunikation des Kontrollsystems 2 mit einem von dem Kontrollsystem 2 verschiedenen Rest des Kraftfahrzeugs 1 . Diese Kommunikation ist in der Fig. 1 durch einen Pfeil 40 symbolisiert. Analoges gilt für eine Leistungsstromversorgung des Kontrollsystems 2, die ebenfalls zentral über das Steuergerät 4 erfolgt. Diese Leistungsstromversorgung ist in der Fig. 1 durch einen Pfeil 42 symbolisiert. Entsprechend verfügen die vorgenannten Untergruppen 26, 28, 32 des
Kontrollsystems 2 über keinerlei eigene Logik. Siehe hierzu die entsprechenden Ausführungen in der Beschreibungseinleitung.
Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kontrollsystems für ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 näher erläutert.
Wird das Lenkrad 24 des Kraftfahrzeugs 1 beispielsweise manuell um die Lenksäule 30 gedreht, so wird diese Lenkbewegung des Lenkrads 24 mittels des mindestens einen mit dem Lenkrad 24 funktional verbundenen Sensors 14 auf an sich bekannte Art erfasst und als Ausgangssignale dieses mindestens einen Sensors 14 auf an sich bekannte Weise, beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten Bus-Systems des Kontrollsystems 2, an das Steuergerät 4 des Kontrollsystems 2 weitergeleitet. Diese Ausgangssignale werden dabei allen drei Recheneinheiten 6, 8, 10 zur Auswertung, also zur Berechnung, zugeführt. Um die Leistungselektronik 16 des Aktors 20 ordnungsgemäß ansteuern zu können, ist es zusätzlich erforderlich, dass die aktuelle Lenklage des mindestens einen lenkbaren Rads des Kraftfahrzeugs 1 bekannt ist. Diese aktuelle Lenklage wird mittels des mit dem Aktor 20 funktional zusammenwirkenden mindestens einen Sensors 12 ebenfalls auf dem Fachmann an sich bekannte Art und Weise erfasst und in Form von Ausgangssignalen des Sensors 12, analog zu den oben genannten Ausgangssignalen, parallel an die drei Recheneinheiten 6, 8, 10 zwecks Auswertung weitergeleitet. Nach der parallelen Auswertung aller Ausgangssignale in allen drei Recheneinheiten 6, 8, 10 erzeugt jede der drei Recheneinheiten 6, 8, 10 ein zu diesen Ausgangssignalen korrelierendes Ansteuersignal, mit dem die Leistungselektronik 16 des Aktors 20 ansteuerbar ist. Bei ordnungsgemäßer Funktion aller drei Recheneinheiten 6, 8, 10, also im Normalbetrieb des Steuergeräts 4, sind die vorgenannten Ansteuersignale im Wesentlichen gleich.
Sofern alle drei Recheneinheiten 6, 8, 10 ordnungsgemäß funktionieren, wird die Leistungselektronik 16 des Aktors 20 mittels des Steuergeräts 4 derart angesteuert, dass der Aktor 20 mittels der Leistungsstromverbindung 42 bestromt wird.
Sollte eine der Recheneinheiten 6, 8, 10 nicht ordnungsgemäß funktionieren, wird dies auf eine der oben erläuterten Weisen automatisch festgestellt, wobei selbst bei einem Fehler in lediglich einer der drei Recheneinheiten 6, 8, 10 des Steuergeräts 4 ein sicherer Betrieb der mittels des Kontrollsystems 2 kontrollierten Hauptfunktion und Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 ermöglicht ist. Somit kann der oben erläuterte Betrieb des Aktors 20 und damit die Radlenkfunktion des Kontrollsystems 2 auch bei einer fehlerhaften Recheneinheit 6; 8; 10 des Steuergeräts 4 ordnungsgemäß aufrechterhalten werden. Unter der Aufrechterhaltung der jeweiligen Funktion ist erfindungsgemäß auch ein Betrieb der jeweiligen Funktion des Kraftfahrzeugs 1 bei eingeschränkter, also reduzierter, Leistung oder dergleichen zu verstehen. Wichtig ist bei dem Vorliegen des vorgenannten Fehlerfalls, dass das Kontrollsystem 2 und damit das Kraftfahrzeug 1 in einem sicheren Zustand betrieben wird, so dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 , etwaige weitere Insassen des Kraftfahrzeugs 1 sowie etwaige weitere Verkehrsteilnehmer nicht gefährdet sind. Beispielsweise kann bei dem vorgenannten Fehlerfall eine automatische Geschwindigkeitsbegrenzung bei dem Fahren mit dem Kraftfahrzeug 1 erfolgen, so dass das Kraftfahrzeug 1 eigenständig aber sicher zu einer Werkstatt überführt werden kann.
Analoges gilt für die Lenkrad-Feedbackfunktion des Kontrollsystems 2 mittels der Untergruppe 28 des Kontrollsystems 2. Die beispielsweise als weitere Nebenfunktion ausgebildete Lenkradverstellfunktion des Kontrollsystems 2 mit der Untergruppe 32 kann im Unterschied dazu im Fehlerfall einer der Recheneinheiten 6; 8; 10 abgeworfen, also automatisch abgeschaltet, werden. Entsprechend steht die im vorgenannten Fehlerfall noch verfügbare Rechenkapazität ausschließlich für die Ausführung der Hauptfunktion und der Nebenfunktion des Kontrollsystems 2 zur Verfügung.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Steuergeräts 4, des Kontrollsystems 2 und des Kraftfahrzeugs 1 ist somit eine ausreichende Redundanz für das als Steer-by-wire-System ausgebildete Kontrollsystem 2 auf einfache und damit kostengünstige Art und Weise realisierbar. Die mittels des Kontrollsystems 2 kontrollierte Nebenfunktion und Hauptfunktion können mit Blick auf das
Ausführungsbeispiel der Lenkung des Kraftfahrzeugs 1 als die Lenkrad- Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels des Lenkrads 24 auf den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 und als die Radlenkfunktion zur Lenkung mindestens eines Rades des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit des von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads 24 ausgebildet sein. Jedoch ist das Anwendungsfeld der Lenkung von Kraftfahrzeugen unter Verwendung von Steer-by- wire-Systemen hier lediglich rein exemplarisch angeführt. Die Erfindung ist auch bei anderen Hauptfunktionen und Nebenfunktionen von Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar. Beispielsweise sei hier nur auf andere by-wire-Systeme hingewiesen, die allgemein als X-by-wire-Systeme benannt werden. Erfindungsgemäß ist es somit nicht erforderlich, eine Mehrzahl von Steuergeräten bereitzustellen, um beispielsweise die vorgenannte Hauptfunktion und die vorgenannte Nebenfunktion und die hierfür erforderliche Redundanz gemäß Ausführungsbeispiel zu realisieren. Stattdessen ist das einzige Steuergerät 4 zur Ausführung dieser Hauptfunktion und dieser Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 ausreichend. Entsprechend lassen sich diese Hauptfunktion und diese Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 anstelle mit zwei Steuergeräten lediglich mittels des einzigen Steuergeräts 4 unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Redundanz realisieren, so dass anstelle von insgesamt vier Recheneinheiten, nämlich zwei redundanten Recheneinheiten je Steuergerät gemäß Stand der Technik, insgesamt lediglich die drei Recheneinheiten 6, 8, 10 des Steuergeräts 4 erforderlich sind.
Für weitere alternative oder optionale Merkmale bei zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel alternativen Ausführungsformen der Erfindung wird ferner auf die diesbezüglichen Ausführungen in der Beschreibungseinleitung sowie in der Beschreibung des konkreten Ausführungsbeispiels verwiesen.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Kontrollsystem für das Kraftfahrzeug 1
4 Steuergerät für das Kontrollsystem 2
6 Recheneinheit
8 Recheneinheit
10 Recheneinheit
12 Sensor
14 Sensor
16 Leistungselektronik
18 Leistungselektronik
20 Aktor, als Elektromotor ausgebildet
22 Aktor, als Elektromotor ausgebildet
24 Lenkrad des Kraftfahrzeugs 1
26 Untergruppe des Kontrollsystems 2
28 Untergruppe des Kontrollsystems 2
30 Lenksäule des Kraftfahrzeugs 1
32 Untergruppe des Kontrollsystems 2
34 Leistungselektronik
36 Aktor, als Elektromotor ausgebildet
38 Aktor, als Elektromotor ausgebildet
39 Baueinheit, umfassend die Untergruppen 28 und 32
40 Signal- und/oder Datenverbindung
42 Leistungsstromverbindung
Claims
1 . Steuergerät (4) für ein Kontrollsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1 ) zur Kontrolle mindestens einer Funktion des Kraftfahrzeugs (1 ), wobei das Steuergerät (4) mindestens eine Recheneinheit (6, 8, 10) zur Auswertung von an dem Steuergerät (4) anliegenden Ausgangssignalen mindestens eines zu dieser Funktion korrespondierenden Sensors (12, 14) des Kontrollsystems (2) und zur Ansteuerung einer Leistungselektronik (16, 18) eines zu dieser Funktion korrespondierenden Aktors (20, 22) des Kontrollsystems (2) mittels Ansteuersignalen in Abhängigkeit der vorgenannten Ausgangssignale zur Ausführung dieser Funktion des Kraftfahrzeugs (1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) als lediglich ein einziges Steuergerät (4) des Kontrollsystems (2) ausgebildet ist, wobei das Steuergerät (4) insgesamt drei Recheneinheiten (6, 8, 10) aufweist und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts (4) eine Hauptfunktion und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs (1 ), unabhängig von einem Fehler in lediglich einer der drei Recheneinheiten (6, 8, 10), kontrollierbar sind.
2. Steuergerät (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede der drei Recheneinheiten (6, 8, 10) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass in der jeweiligen Recheneinheit (6, 8, 10) eine automatische Selbstdiagnose zur Erkennung eines Fehlers in dieser Recheneinheit (6; 8; 10) durchführbar ist und in Abhängigkeit eines erkannten Fehlers in dieser Recheneinheit (6; 8; 10) ein Selbstdeaktivierung dieser Recheneinheit (6; 8; 10) automatisch ausführbar ist.
3. Steuergerät (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass die Ausgangssignale der Sensoren (12, 14) in allen Recheneinheiten (6, 8, 10) parallel auswertbar sind und bei Übereinstimmung von lediglich zwei von drei zueinander korrespondierenden Ansteuersignalen von den drei Recheneinheiten (6, 8, 10) die Recheneinheit (6; 8; 10) mit dem von den beiden übrigen Recheneinheiten (8, 10; 6, 10; 6, 8) abweichenden Ansteuersignal automatisch deaktivierbar ist.
4. Steuergerät (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Recheneinheiten (6, 8, 10) des Steuergeräts (4) derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass mittels der Recheneinheiten (6, 8, 10) zusätzlich zu der Hauptfunktion und der Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs (1 ) in einem Normalbetrieb des Steuergeräts (4), in dem alle drei Recheneinheiten (6, 8, 10) ordnungsgemäß funktionieren, Berechnungen zu mindestens einer weiteren Funktion des Kraftfahrzeugs (1 ) ausführbar sind.
5. Steuergerät (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) als eine Baueinheit ausgebildet ist, bevorzugt, dass alle Recheneinheiten (6, 8, 10) des Steuergeräts (4) zueinander lediglich funktional im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
6. Kontrollsystem (2) eines Kraftfahrzeugs zur Kontrolle mindestens einer Funktion des Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) mindestens eine Recheneinheit (6, 8, 10) zur Auswertung von an dem Steuergerät (4) anliegenden Ausgangssignalen
mindestens eines zu dieser Funktion korrespondierenden Sensors (12, 14) des Kontrollsystems (2) und zur Ansteuerung einer Leistungselektronik (16, 18) eines zu dieser Funktion korrespondierenden Aktors (20, 22) des Kontrollsystems (2) mittels Ansteuersignalen in Abhängigkeit der vorgenannten Ausgangssignale zur Ausführung dieser Funktion des Kraftfahrzeugs (1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) als lediglich ein einziges Steuergerät (4) des Kontrollsystems (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
7. Kontrollsystem (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (2) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass die gesamte Logik des Kontrollsystems (2) in dem Steuergerät (4) integriert ist.
8. Kontrollsystem (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (2) als ein Steer-by-wire-System des Kraftfahrzeugs (1 ) ausgebildet ist, bevorzugt, dass das Steer-by-wire-System als ein Lenksystem des Kraftfahrzeugs (1 ) ausgebildet ist, wobei die kontrollierte Nebenfunktion als eine Lenkrad-Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels eines Lenkrads (24) des Kraftfahrzeugs (1 ) auf einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (1 ) und die kontrollierte Hauptfunktion als eine Radlenkfunktion zur Lenkung mindestens eines Rades des Kraftfahrzeugs (1 ) in Abhängigkeit eines von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads (24) ausgebildet sind.
9. Kontrollsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Funktion als eine weitere Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, bevorzugt, dass die weitere
Hauptfunktion als eine Antriebsfunktion des Kraftfahrzeugs oder als eine Bremsfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
10. Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Kontrollsystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das als eine Baueinheit ausgebildete Steuergerät (4) derart mittels einer Tragkonstruktion des Kraftfahrzeugs (1 ) in einem stressarmen Bereich des Kraftfahrzeugs (1 ) angeordnet ist, dass das Steuergerät (4) im Wesentlichen vor mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen des Kraftfahrzeugs (1 ) und einer Umwelt des Kraftfahrzeugs (1 ) geschützt ist.
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