EP4766593A1

EP4766593A1 - Steuergerät für ein kontrollsystem eines kraftfahrzeugs, kontrollsystem und kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP4766593A1
Application number: EP24758780.1A
Authority: EP
Inventors: Hüseyin Demir; Olaf Husberg; Christian Iseke; Sergey Orlov; Christoph WOSTMANN
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2023-08-25
Filing date: 2024-08-20
Publication date: 2026-07-01
Also published as: WO2025045655A1; DE102023122907A1; CN121752481A; US20260184370A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (4) für ein Kontrollsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1) das mindestens eine Recheneinheit (6, 8, 10, 60, 62) zur Auswertung von an dem Steuergerät (4) anliegenden Ausgangssignalen eines zu dieser Funktion korrespondierenden Sensors (12, 14) und zur Ansteuerung einer Leistungselektronik (40, 42, 44, 46, 48, 50) eines zu dieser Funktion korrespondierenden Aktors (20, 22) mittels Ansteuersignalen in Abhängigkeit der vorgenannten Ausgangssignale aufweist, wobei das Steuergerät (4) als lediglich ein einziges Steuergerät (4) des Kontrollsystems (2) ausgebildet ist, wobei das Steuergerät (4) insgesamt drei FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) aufweist und derart ausgebildet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts (4) in einem Normalbetrieb des Steuergeräts (4), in dem alle drei FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) ordnungsgemäß funktionieren, eine Hauptfunktion und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs (1) und in einem Notbetrieb des Steuergeräts (4), in dem lediglich eine der drei FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) nicht ordnungsgemäß funktioniert, die vorgenannte Hauptfunktion kontrollierbar sind/ist.

Description

Steuergerät für ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs, Kontrollsystem und Kraftfahrzeug

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 8 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 FOC-Recheneinheiten aufweist und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts einerseits in einem Normalbetrieb des Steuergeräts, in dem alle drei FOC-Recheneinheiten ordnungsgemäß funktionieren, eine Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs und andererseits in einem Notbetrieb des Steuergeräts, in dem lediglich eine der drei FOC-Recheneinheiten nicht ordnungsgemäß funktioniert, die vorgenannte Hauptfunktion kontrollierbar sind/ist. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Kontrollsystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 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. Unter einer FOC-Recheneinheit ist eine field oriented control-Recheneinheit, also eine feldorientierte Recheneinheit zur Regelung des jeweiligen Aktors, beispielsweise eine Elektromotors, gemeint. 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 FOC-Recheneinheit zu verbauen. Entsprechend wären bei einem Kontrollsystem gemäß Stand der Technik insgesamt vier FOC-Recheneinheiten erforderlich, nämlich zwei redundante FOC- Recheneinheiten je Steuergerät. Im Unterschied dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem für das oben erläuterte Lenksystem lediglich ein einziges Steuergerät mit insgesamt lediglich drei FOC-Recheneinheiten erforderlich. Eine Recheneinheit wird im Allgemeinen alternativ auch als ein sogenannter Microcontroller bezeichnet. Das erfindungsgemäße Steuergerät ist somit sehr kompakt und platzsparend ausbildbar und anordenbar, so dass das damit ausgestattete erfindungsgemäße Kontrollsystem ebenfalls kompakter und platzsparender ausgebildet ist.

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 das Steuergerät derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass in dem Normalbetrieb des Steuergeräts der Hauptfunktion insgesamt zwei redundante Kontrollpfade des Steuergeräts und der Nebenfunktion lediglich ein einziger Kontrollpfad des Steuergeräts zugeordnet sind, wobei jedem der Kontrollpfade eine der drei FOC-Recheneinheiten und eine Leistungselektronik mit einer Treiberschaltung und einer Brückenschaltung zugeordnet sind, und wobei in dem Notbetrieb des Steuergeräts, in dem einer der der Hauptfunktion zugeordneten Kontrollpfade nicht ordnungsgemäß funktioniert, dieser fehlerhafte Kontrollpfad der Hauptfunktion automatisch durch den in dem Normalbetrieb der Nebenfunktion zugeordneten Kontrollpfad ersetzbar ist. Hierdurch ist im Fehlerfall eines der beiden der Hauptfunktion zugeordneten Kontrollpfade dieser fehlerhafte Kontrollpfad vollständig durch den im Normalbetrieb des erfindungsgemäßen Steuergeräts der Nebenfunktion zugeordneten Kontrollpfad automatisch ersetzbar. Entsprechend ist auch in einem derartigen Fehlerfall der ordnungsgemäße Betrieb der Hauptfunktion unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Redundanz gewährleistet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts nach Anspruch 2 sieht vor, dass die Treiberschaltungen jeweils als eine GDU, bevorzugt jeweils als eine iGDU, ausgebildet sind. Auf diese Weise sind die Treiberschaltungen auf besonders geeignete Art ausgebildet. Dies gilt insbesondere für die bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung. Die Abkürzung „GDU“ steht dabei für Gate Drive Unit und die Abkürzung „iGDU“ bedeutet intelligent Gate Drive Unit.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts nach Anspruch 2 oder 3 sieht vor, dass die Brückenschaltungen jeweils als eine B6C ausgebildet sind, bevorzugt, dass die Brückenschaltungen zumindest teilweise als eine B6C mit integriertem PCO ausgebildet sind. Hierdurch sind die Brückenschaltungen auf besonders geeignete Art ausgebildet. Dies gilt insbesondere für die bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung. Die Abkürzung „B6C“ steht hier für eine Sechs-Puls-Brückenschaltung und die Abkürzung „PCO“ ist ein Schalter, beispielsweise ein zu der Sechs-Puls-Brückenschaltung korrespondierend ausgebildeter 3-fach Schalter.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts sieht vor, dass der zu der Hauptfunktion korrespondierende Aktor als ein 2x3-Phasenmotor, bevorzugt als ein bürstenloser Elektromotor, besonders bevorzugt als ein PMSM, und/oder der zu der Nebenfunktion korrespondierende Aktor als ein 1x3- Phasenmotor, bevorzugt als ein bürstenloser Elektromotor, besonders bevorzugt als ein PMSM, ausgebildet sind/ist. Auf diese Weise ist der als Elektromotor ausgebildete Aktor für die Hauptfunktion hinsichtlich der Ausfallsicherheit zusätzlich verbessert, während der als Elektromotor ausgebildete Aktor der Nebenfunktion möglichst einfach und damit kostengünstig ausgebildet ist. Die jeweils bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung hat darüber hinaus den weiteren Vorteil, dass bürstenlose Elektromotoren gegenüber üblichen Elektromotoren enorme Vorzüge, wie beispielsweise mehr Drehmoment, einen höheren Wirkungsgrad und weniger Geräuschemission, aufweisen. Mit der jeweils besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Weiterbildung ist ein besonders geeigneter Elektromotor angegeben, wobei die Abkürzung PMSM für einen Permanentmagnetsynchronmotor steht.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts sieht vor, dass das Steuergerät zusätzlich zu den drei FOC-Recheneinheiten insgesamt zwei mit den FOC-Recheneinheiten in Signalaustausch- und/oder Datenaustauschverbindung stehende ASW-Recheneinheiten aufweist, wobei die erste ASW-Recheneinheit zur Kontrolle der Hauptfunktion ausgebildet und eingerichtet ist und die zweite ASW-Recheneinheit im Normalbetrieb zur Kontrolle der Nebenfunktion und im Notbetrieb zur Kontrolle der Hauptfunktion ausgebildet und eingerichtet ist, und wobei die beiden ASW-Recheneinheiten derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass sämtlicher Signal- und Datenaustausch des Steuergeräts mit einem von dem Steuergerät verschiedenen Rest des Kraftfahrzeugs vollständig mittels der beiden ASW-Recheneinheiten erfolgt. Hierdurch weist das erfindungsgemäße Steuergerät selbst eine sehr leistungsfähige Architektur auf, da die ASW-Recheneinheiten im Vergleich zu den FOC-Recheneinheiten eine wesentlich höhere Rechenleistung aufweisen. Entsprechend einfach und damit kostengünstig können die drei FOC- Recheneinheiten ausgebildet sein. Die Abkürzung „ASW“ steht dabei für Application Software, also Anwendungssoftware, die in Autosar, eine im Kraftfahrzeugbereich verwendete standardisierte Software-Architektur, integriert ist. Die Abkürzung „Autosar“ bedeutet Automotive Open System Architecture.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuergeräts sieht vor, dass das Steuergerät als eine Baueinheit ausgebildet ist, bevorzugt, dass alle FOC-Recheneinheiten und/oder alle ASW-Recheneinheiten des Steuergeräts jeweils 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 FOC-Recheneinheiten und/oder die ASW-Recheneinheiten beispielsweise von jeweils voneinander verschiedenen Herstellern bezogen werden können. Somit ist eine zusätzliche Diversifizierung bei den FOC-Recheneinheiten und/oder ASW-Recheneinheiten erzielt, mittels der eine verbesserte Funktionssicherheit des Steuergeräts erreichbar ist. Dies deshalb, weil sich die FOC-Recheneinheiten und/oder ASW-Recheneinheiten zwar funktional im Wesentlichen entsprechen, aber hinsichtlich deren Aufbaus von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein können. Entsprechend ist ein Ausfall von zwei FOC- Recheneinheiten und/oder von zwei ASW-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 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 Nebenfunktion als eine Lenkrad-Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels eines Lenkrads des Kraftfahrzeugs auf einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und die 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 FOC-Recheneinheiten, eine ausreichende Redundanz gewährleistet ist. Dies gilt besonders für die bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems sieht vor, dass das Steuergerät als ein integraler Bestandteil des Aktors der Hauptfunktion ausgebildet ist. Hierdurch ist der bauliche Integrationsgrad bei dem erfindungsgemäßen Kontrollsystems verbessert, wobei die bauliche Zusammenfassung des erfindungsgemäßen Steuergeräts mit dem Aktor der Hauptfunktion im Unterschied zu einer anderen baulichen Integration des erfindungsgemäßen Steuergeräts in dem erfindungsgemäßen Kontrollsystem zusätzliche schaltungstechnische Vorteile aufweist.

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 FOC- Recheneinheiten 6, 8, 10 aufweist und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts 4 einerseits in einem Normalbetrieb des Steuergeräts 4, in dem alle drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 ordnungsgemäß funktionieren, eine Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs 1 und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs 1 und andererseits in einem Notbetrieb des Steuergeräts 4, in dem lediglich eine der drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 nicht ordnungsgemäß funktioniert, die vorgenannte Hauptfunktion kontrollierbar sind/ist.

Das Steuergerät 4 ist zur Auswertung von anliegenden Ausgangssignalen von mindestens einem zu der jeweiligen vorgenannten Funktion korrespondierenden Sensors 12, 14 des Kontrollsystems 2 und zur Ansteuerung einer nachfolgend näher erläuterten Leistungselektronik 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 ausgebildet. Die drei FOC- Recheneinheiten 6, 8, 10 werden jeweils mit einer redundanten elektrischen Spannung versorgt. Ferner kommunizieren die FOC-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 Rades 25 des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit eines von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads 24 ausgebildete Hauptfunktion. Mittels der Lenkrad-Feedbackfunktion werden mittels mindestens eines in der Fig. 1 nicht dargestellten Sensors 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 Fahrzeugräder 25 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, nämlich einerseits um einen als bürstenlosen 2x3-PMSM-Phasenmotor ausgebildeten Aktor 20 und andererseits um einen als bürstenlosen 1x3-PMSM- Phasenmotor ausgebildeten Aktor 22; bei den Sensoren 12, 14 handelt es sich jeweils um sogenannte Motorpositionssensoren, nämlich einen Hall-Sensor 12 und einen induktiven Sensor 14. Der nicht dargestellte zu dem Lenkrad 24 korrespondierende mindestens eine Sensor kann analog dazu ausgebildet sein. 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. Gleiches gilt für den mindestens einen zu dem Lenkrad 24 korrespondierenden Sensor.

Das Steuergerät 4 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet und eingerichtet, dass in dem Normalbetrieb des Steuergeräts 4 der Hauptfunktion insgesamt zwei redundante Kontrollpfade 30, 32 des Steuergeräts 4 und der Nebenfunktion lediglich ein einziger Kontrollpfad 34 des Steuergeräts 4 zugeordnet ist, wobei jedem der Kontrollpfade 30, 32, 34 eine der drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 und eine der Leistungselektroniken mit jeweils einer Treiberschaltung 40, 42, 44 und jeweils einer Brückenschaltung 46, 48, 50 zugeordnet sind, und wobei in dem Notbetrieb des Steuergeräts 4, in dem einer der der Hauptfunktion zugeordneten Kontrollpfade 30; 32 nicht ordnungsgemäß funktioniert, dieser fehlerhafte Kontrollpfad 30, 32 der Hauptfunktion automatisch durch den in dem Normalbetrieb der Nebenfunktion zugeordneten Kontrollpfad 34 ersetzbar ist. Die Treiberschaltungen 40, 42, 44 sind jeweils als eine GDU, nämlich jeweils als eine iGDU, ausgebildet. Die Brückenschaltungen 46, 48, 50 sind jeweils als eine B6C ausgebildet, wobei die Brückenschaltungen 46, 48 jeweils als eine B6C mit integriertem PCO ausgebildet sind. Im Unterschied dazu ist der der als B6C ausgebildeten Brückenschaltung 50 zugeordnete 3-fach Schalter als von der B6C separat ausgebildeter PCO 52 ausgebildet.

Ferner weist das Steuergerät 4 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 insgesamt zwei mit den FOC- Recheneinheiten 6, 8, 10 in Signalaustausch- und/oder Datenaustauschverbindung stehende ASW-Recheneinheiten 60, 62 auf, wobei die erste ASW-Recheneinheit 60 zur Kontrolle der Hauptfunktion ausgebildet und eingerichtet ist und die zweite ASW- Recheneinheit 62 im Normalbetrieb des Steuergeräts 4 zur Kontrolle der Nebenfunktion und im Notbetrieb des Steuergeräts 4 zur Kontrolle der Hauptfunktion ausgebildet und eingerichtet ist, und wobei die beiden ASW-Recheneinheiten 60, 62 derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass sämtlicher Signal- und Datenaustausch des Steuergeräts 4 mit einem von dem Steuergerät 4 verschiedenen Rest des Kraftfahrzeugs vollständig mittels der beiden ASW-Recheneinheiten 60, 62 erfolgt.

Das Steuergerät 4 ist hier als eine Baueinheit ausgebildet, wobei alle FOC- Recheneinheiten 6, 8, 10 und alle ASW-Recheneinheiten 60, 62 des Steuergeräts 4 jeweils zueinander lediglich funktional im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, und wobei das Steuergerät 4 als ein integraler Bestandteil des Aktors 20 der Hauptfunktion ausgebildet ist. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen das Steuergerät als ein integraler Bestandteil einer anderen Komponente des Kontrollsystems ausgebildet ist. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen das Steuergerät als eine separate Komponente des Kontrollsystems ausgebildet ist.

Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kontrollsystems für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 näher erläutert. Zunächst wird davon ausgegangen, dass alle drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 ordnungsgemäß funktionieren, so dass sich das Steuergerät 4 in dessen Normalbetrieb befindet. Wird das Lenkrad 24 des Kraftfahrzeugs 1 beispielsweise manuell um eine nicht dargestellte Lenksäule gedreht, so wird diese Lenkbewegung des Lenkrads 24 mittels des mindestens einen mit dem Lenkrad 24 funktional verbundenen Sensors auf an sich bekannte Art erfasst und als Ausgangssignale dieses mindestens einen Sensors auf an sich bekannte Weise, beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten Bus-Systems des Kontrollsystems 2, an das Steuergerät 4 des Kontrollsystems 2 weitergeleitet. Um die Leistungselektroniken 40, 46; 42, 48 des Aktors 20 ordnungsgemäß ansteuern zu können, ist es zusätzlich erforderlich, dass die aktuelle Lenklage des mindestens einen lenkbaren Rads 25 des Kraftfahrzeugs 1 bekannt ist. Diese aktuelle Lenklage wird mittels des mit dem Aktor 20 funktional zusammenwirkenden mindestens einen Sensors 12, 14 ebenfalls auf dem Fachmann an sich bekannte Art und Weise erfasst und in Form von Ausgangssignalen des Sensors 12, 14, analog zu den oben genannten Ausgangssignalen, zwecks Auswertung an das Steuergerät 4 weitergeleitet. Nach dieser parallelen Auswertung aller Ausgangssignale erzeugt jede der FOC- Recheneinheiten 6, 8 ein zu diesen Ausgangssignalen korrelierendes Ansteuersignal, mit dem die Leistungselektroniken 40, 46; 42, 48 des Aktors 20 ansteuerbar sind. Die Leistungselektroniken 40, 46; 42, 48 des Aktors 20 werden mittels des Steuergeräts 4 derart angesteuert, dass der Aktor 20 mittels einer nicht näher dargestellten Leistungsstromverbindung bestromt wird. Die Radlenkfunktion des Kraftfahrzeugs 1 wird ausgeführt. Analoges gilt für die Lenkrad-Feedbackfunktion des Kontrollsystems 2 und die dazu korrespondierende Leistungselektronik 44, 50 und den Aktor 22. Somit werden mittels des mindestens einen der Lenkrad-Feedbackfunktion zugeordneten Sensor 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 Fahrzeugräder 25 des Kraftfahrzeugs 1 gelenkt und andererseits werden mittels der Radlenkfunktion Straßenzustände an die Lenkrad-Feedbackfunktion übermittelt. Entsprechend ergibt sich auf die vorgenannte Art und Weise ein ständiger Signalaustausch und/oder Datenaustausch zwischen den beiden vorgenannten Funktionen des Kraftfahrzeugs 1 .

Sollte eine der FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 nicht ordnungsgemäß funktionieren, wird dies mittels des Steuergeräts 4 automatisch festgestellt, wobei selbst bei einem Fehler in lediglich einer der drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 des Steuergeräts 4 ein sicherer Betrieb der mittels des Kontrollsystems 2 kontrollierten Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs 1 ermöglicht ist. Somit kann der oben erläuterte Betrieb des Aktors 20 und damit die Radlenkfunktion des Kontrollsystems 2 auch bei lediglich einer fehlerhaften Recheneinheit 6; 8; 10 des Steuergeräts 4 ordnungsgemäß, also mit der erforderlichen Redundanz, aufrechterhalten werden. Unter der Aufrechterhaltung der Hauptfunktion ist erfindungsgemäß jedoch auch ein Betrieb der Hauptfunktion 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. Da das Steuergerät 4 wie oben ausgeführt ausgebildet und eingerichtet ist, wird in diesem Notbetrieb des Steuergeräts 4, in dem einer der der Hauptfunktion zugeordneten Kontrollpfade 30, 32 nicht ordnungsgemäß funktioniert, dieser fehlerhafte Kontrollpfad 30; 32 der Hauptfunktion automatisch durch den in dem Normalbetrieb der Nebenfunktion zugeordneten Kontrollpfad 34 ersetzt. Hierfür wird der Kontrollpfad 34 entweder als Ersatz des Kontrollpfads 30 mittels eines zu der Brückenschaltung 50 korrespondierenden 3-fach Schalters 64 oder als Ersatz des Kontrollpfads 32 mittels eines ebenfalls zu der Brückenschaltung 50 korrespondierenden 3-fach Schalters 66 auf die Hauptfunktion, nämlich die Radlenkfunktion des Kraftfahrzeugs 1 , aufgeschaltet. Die als Lenkrad- Feedbackfunktion ausgebildete Nebenfunktion wird dann nicht mehr durchgeführt. Der zu der Brückenschaltung 50 korrespondierende PCO 52 wird lediglich für die in dem vorliegenden Notbetrieb des Steuergeräts 4 deaktivierte Nebenfunktion benötigt.

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 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 FOC- Recheneinheiten, nämlich zwei redundanten FOC-Recheneinheiten je Steuergerät gemäß Stand der Technik, insgesamt ledig die drei FOC-Recheneinheiten 6, 8, 10 des Steuergeräts 4 erforderlich sind. Das Steuergerät 4 ist ferner auch sehr kompakt und platzsparend ausbildbar und anordenbar, so dass das damit ausgestattete Kontrollsystem 2 ebenfalls kompakter und platzsparender ausgebildet ist. 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 FOC-Recheneinheit

8 FOC-Recheneinheit

10 FOC-Recheneinheit

12 Sensor

14 Sensor

20 Aktor

22 Aktor

24 Lenkrad des Fahrzeugs 1

25 Lenkbares Rad des Fahrzeugs 1

30 Kontrollpfad

32 Kontrollpfad

34 Kontrollpfad

40 Treiberschaltung

42 Treiberschaltung

44 Treiberschaltung

46 Brückenschaltung mit integriertem PCO

48 Brückenschaltung mit integriertem PCO

50 Brückenschaltung

52 PCO

60 ASW-Recheneinheit

62 ASW-Recheneinheit

64 3-fach Schalter

66 3-fach Schalter

Claims

Steuergerät für ein Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs, Kontrollsystem und Kraftfahrzeug Patentansprüche

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, 60, 62) 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 (40, 46; 42, 48; 44, 50) 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 FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) aufweist und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass lediglich mittels dieses Steuergeräts (4) einerseits in einem Normalbetrieb des Steuergeräts (4), in dem alle drei FOC- Recheneinheiten (6, 8, 10) ordnungsgemäß funktionieren, eine Hauptfunktion des Kraftfahrzeugs (1 ) und eine Nebenfunktion des Kraftfahrzeugs (1 ) und andererseits in einem Notbetrieb des Steuergeräts (4), in dem lediglich eine der drei FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) nicht ordnungsgemäß funktioniert, die vorgenannte Hauptfunktion kontrollierbar sind/ist.

2. Steuergerät (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass in dem Normalbetrieb des Steuergeräts (4) der Hauptfunktion insgesamt zwei redundante Kontrollpfade (30, 32) des Steuergeräts (4) und der Nebenfunktion lediglich ein einziger Kontrollpfad (34) des Steuergeräts (4) zugeordnet sind, wobei jedem der Kontrollpfade (30, 32, 34) eine der drei FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) und eine Leistungselektronik mit einer Treiberschaltung (40, 42, 44) und einer Brückenschaltung (46, 48, 50) zugeordnet sind, und wobei in dem Notbetrieb des Steuergeräts (4), in dem einer der der Hauptfunktion zugeordneten Kontrollpfade (30, 32) nicht ordnungsgemäß funktioniert, dieser fehlerhafte Kontrollpfad (30; 32) der Hauptfunktion automatisch durch den in dem Normalbetrieb der Nebenfunktion zugeordneten Kontrollpfad (34) ersetzbar ist.

3. Steuergerät (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltungen (40, 42, 44) jeweils als eine GDU, bevorzugt jeweils als eine iGDU, ausgebildet sind.

4. Steuergerät (4) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltungen (46, 48, 50) jeweils als eine B6C ausgebildet sind, bevorzugt, dass die Brückenschaltungen (46, 48) zumindest teilweise als eine B6C mit integriertem PCO ausgebildet sind.

5. Steuergerät (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zu der Hauptfunktion korrespondierende Aktor (20) als ein 2x3- Phasenmotor, bevorzugt als ein bürstenloser Elektromotor, besonders bevorzugt als ein PMSM, und/oder der zu der Nebenfunktion korrespondierende Aktor (22) als ein 1x3-Phasenmotor, bevorzugt als ein bürstenloser Elektromotor, besonders bevorzugt als ein PMSM, ausgebildet sind/ist.

6. Steuergerät (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) zusätzlich zu den drei FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) insgesamt zwei mit den FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) in Signalaustausch- und/oder Datenaustauschverbindung stehende ASW- Recheneinheiten (60, 62) aufweist, wobei die erste ASW-Recheneinheit (60) zur Kontrolle der Hauptfunktion ausgebildet und eingerichtet ist und die zweite ASW-Recheneinheit (62) im Normalbetrieb zur Kontrolle der Nebenfunktion und im Notbetrieb zur Kontrolle der Hauptfunktion ausgebildet und eingerichtet ist, und wobei die beiden ASW-Recheneinheiten (60, 62) derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass sämtlicher Signal- und Datenaustausch des Steuergeräts (4) mit einem von dem Steuergerät (4) verschiedenen Rest des Kraftfahrzeugs (1 ) vollständig mittels der beiden ASW-Recheneinheiten (60, 62) erfolgt.

7. Steuergerät (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) als eine Baueinheit ausgebildet ist, bevorzugt, dass alle FOC-Recheneinheiten (6, 8, 10) und/oder alle ASW-Recheneinheiten (60, 62) des Steuergeräts (4) jeweils zueinander lediglich funktional im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.

8. Kontrollsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1 ) zur Kontrolle mindestens einer Funktion des Kraftfahrzeugs (1 ), mit mindestens einem Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) mindestens eine Recheneinheit (6, 8, 10, 60, 62) 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 (40, 42, 44, 46, 48, 50) 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 7 ausgebildet ist.

9. Kontrollsystem (2) nach Anspruch 8, 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 Nebenfunktion als eine Lenkrad-Feedbackfunktion zur mechanischen Einwirkung mittels eines Lenkrads (24) des Kraftfahrzeugs (1 ) auf einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (1 ) und die Hauptfunktion als eine Radlenkfunktion zur Lenkung mindestens eines Rades (25) des Kraftfahrzeugs (1 ) in Abhängigkeit eines von dem Fahrer eingeschlagenen Lenkwinkels des Lenkrads (24) ausgebildet sind.

10. Kontrollsystem (4) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) als ein integraler Bestandteil des Aktors (20) der Hauptfunktion ausgebildet ist.

11 . Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Kontrollsystem (2) zur Kontrolle mindestens einer Funktion des Kraftfahrzeugs (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 ausgebildet ist.