JP5044088B2 - 車両のための電子システムおよび動作ファンクションのためのシステムレイヤ - Google Patents

車両のための電子システムおよび動作ファンクションのためのシステムレイヤ Download PDF

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Description

【0001】
従来の技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の車両のための電子システムおよび該電子システムのシステムレイヤに関する。
【0002】
車両内の電子システムの個数はますます多くなっている。さらに新たな車両電子システムの大量導入も予測できる。個々のシステムの作用は互いに無関係ではないので、車両におけるシステムの結合による相乗作用によって大きな付加的な利用法を開拓することができる。車両におけるこの種のシステム結合の複雑さを克服するために、1998年2月23日の Detroit, Michigan での国際会議で公知になった文献 SAE-Paper 980200 "CARTRONIC - An Open Architecture for Networking the Control Systems of an Automobile" によれば、システム結合の一貫したインプリメンテーションのための技術的な基礎としてのシステムコンセプトが開示されている。そこで紹介されているコンセプトは、車両全体に対するオープンなコントロールアーキテクチャを示すものである。このコントロールアーキテクチャは電子的なドライバ車両システムにポーティングすることができ、その際にこのドライバ車両システムは DE 41 11 023 A1 (US 5, 351, 776) で示されているような車両におけるコントロールタスクを実施するためのコンポーネントによって構成される。この場合、それらのコントロールタスクは少なくとも車両の動きとドライブトレーンに関するものであり、コントロールタスクのための各コンポーネントの共働をコーディネートするコンポーネントが含まれている。それらのコンポーネントはハイアラーキという点で車両のトポロジーに合わせて複数のレイヤに配置されており、それによれば1つのハイアラーキレイヤにおける少なくとも1つのコーディネートコンポーネントは、ドライバ要求を対応する挙動つまり動作特性に置き換える際に次のハイアラーキレベルのコンポーネントつまりドライバ車両システムのサブシステムにアクセスし、その際に高い方のハイアラーキレベルから要求されたサブシステムのための挙動が準備される。ここでは少なくとも車両全般、ドライブトレインおよび車両の動きのためのコンポーネントが区別され、サブシステムの各々は自身のサブシステム自体をコーディネートする。
【0003】
上述の従来技術によるこのようなシステムコンポーネントは概して、一般的なもしくは標準化されたリアルタイムオペレーティングシステムの上に載せられる。この種の標準オペレーティングシステムとはたとえば ERCOS や OSEK もしくは OSEK/VDX などである。OSEK/VDX はたとえば2000年7月28日の Binding Specification, Version 1.0 に記載されており、カーエレクトロニクス用インタフェースとともにオープンシステムとして載せるべきシステムコンポーネントの基礎を成している。同等のリアルタイムシステムは上述のように ERCOS であり、これは DE 195 00 957 A1 に示されている。
【0004】
今日まで一般的であるのは、車両の動作シーケンスを制御するためのリアルタイムオペレーティングシステムに載せるかたちで組み込み型のソフトウェアソリューションを使用することである。この場合、アプリケーション固有のファンクション、システムベースファンクション、コアファンクションならびに対応するドライバソフトウェアつまりは固有のベースファンクションが、様々な動作ファンクションと絡み合わせられる一方で、車両の本来の動作特性を定める部分動作ファンクションとも絡み合わせられる。このようにしてソフトウェアソリューションを絡み合わせると、必要なもしくは所望の機能変更や機能の追加挿入によって、たとえばインタフェースなどに関して非常に複雑なシステム構成が生じてしまう。
【0005】
たとえば簡単な機能変更や新たな機能の簡単な挿入に関してこのような状況は以下に示すとおり本発明に従い最適化されることになる。
【0006】
発明の利点
これについて SAE-Paper 980200 のシステムコンセプトにより生じる前提条件は以下に示すとおり本発明に従い、動作ファンクションおよび基本ファンクションの明確な分離ならびにオープンなインタフェースファンクションを備えたシステムレイヤの挿入により最適化されることになる。その際、 DE 41 11 023 A1 ならびに SAE Paper 980200 の内容を本発明の明確な基礎とする。
【0007】
その際に本発明が前提とするのは車両のための電子システムもしくは電子システムのシステムレイヤであって、ここでは電子システムは、車両の動作シーケンスにおけるコントロールタスクを実行する複数の第1のコンポーネントと、コントロールタスクを実行する第1のコンポーネントの共働をコーディネートする複数の第2のコンポーネントを有している。この場合、第1のコンポーネントは動作ファンクションとベースファンクションを用いてコントロールタスクを実行する。
【0008】
有利にはシステムは次のように構成される。すなわちベースファンクションと動作ファンクションもしくは部分動作ファンクション(以下では動作サブモジュールと称する)が互いに明確に分離され、その際にベースファンクションは1つのベースレイヤにまとめられる。そして好適にはシステムレイヤが、ベースファンクションを有するベースレイヤの上に載せられる。この場合、システムレイヤは、コントロールコンポーネントの共働をコーディネートする複数の第2のコンポーネントのうち少なくとも2つのコンポーネントを有している。その際に有利には、システムレイヤ内にもしくはシステムレイヤのところに動作ファンクションに対する少なくとも1つのオープンなインタフェースが設けられている。これによりシステムレイヤは、動作ファンクションをモジュールとして組み込むことができるように、および/またはモジュールとして使用できるように、もしくはモジュールとして電子システムに結びつけることができるように、ベースファンクションを任意の動作ファンクションと結合する。
【0009】
これにより有利には、動作ファンクションもしくは動作サブモジュールをモジュールとして電子システムに組み込み可能になり、さらに再利用可能となりいつでも交換もしくは変更できるようになる。
【0010】
さらに有利であるのは、明確に定義されたインタフェースをシステムレイヤによって規定することであり、その目的はコントロールデバイスのソフトウェアに関して任意の動作ファンクションに対し変形や拡張もしくは機能の変更を動作サブモジュールいわゆるプラグインによって実現することである。
【0011】
1つの有用な実施形態によれば、すでに大量生産されていたりもしくは組み込み済みあるいは稼働中のシステムをいつでもさらに開発して変更することができ、および/または新たな動作ファンクションの追加により拡張することができる。
【0012】
このようにして有用なやり方で、コントロールタスクもしくは電子システムの特別なファシリティマネージメントをきわめてフレキシブルに個別に設計し開発しもしくは実装することができる。
【0013】
好適には、動作ファンクションおよび/または動作サブモジュールに関して付加的に監視ファンクションがシステムレイヤに組み込まれる。
【0014】
これによりソフトウェアファンクションおよび監視ファンクションのモジュール化の利点が得られ、ひいてはたとえば第3者の作成したソフトウェアを僅かな手間しかかけずに電子システムに組み込めるようになる。これによりたとえば、有利には顧客固有の変形をもっぱら動作ファンクションもしくは動作サブモジュール内で表すこともできる一方、システムレイヤを用途に依存せずに構成することができる。
【0015】
好適には複数の第2のコンポーネントから成るシステムレイヤは、少なくとも車両全体のコーディネートに関するコンポーネント、ドライブトレインのコーディネートに関するコンポーネント、および/または車両の動きのコーディネートに関するコンポーネントを有している。
【0016】
また、動作ファンクションもしくは動作サブモジュールは有利にはコンパイル前および/またはコンパイル中、および/またはコントロールタスク実行前および/または実行中、モジュールとして組み込むことができ、および/またはモジュールとして用いることができる。
【0017】
発明の詳細な説明ならびに請求項にはその他の利点や有利な実施形態が示されている。
【0018】
図面
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【0019】
図1には制御装置の概略図が示されている。
【0020】
図2にはたとえばカーエレクトロニクスにポーティングすべきソフトウェアアーキテクチャとして構成された電子システムが示されている。
【0021】
図3にはドライブトレインマネージメントという局面における電子システムの1つの実施例が示されている。
【0022】
実施例の説明
図1には、車両における動作シーケンスについてコントロールタスクを実施するための制御装置のブロック図が示されている。この場合、エンジン制御(ガソリン、ディーゼル、BDE 等)、ブレーキ制御もしくは走行動作制御(ABS, ASR, ESP, Brake by Wire 等)、変速機制御、電気的な操舵支援のための制御(たとえば Steer by Wire)ならびに車両ガイドおよび/または周囲の視界のシステムのための制御(たとえば ACC)、シャシ制御(たとえばドアキー、パワーウィンドウ等)、エネルギーもしくは車載電源の制御などの局面において、この制御装置はたとえばコントロールタスクのために車両の動作シーケンスと結びつけられている。
【0023】
この場合、制御ユニット100が設けられており、これはコンポーネントとして入力回路つまり入力インタフェース102、少なくとも1つの計算ユニット101、出力回路つまり出力インタフェース103を有している。通信システム104たとえばバスシステムによって、これらのコンポーネントが相互のデータ交換のために接続される。制御ユニット100の入力回路102へは入力ライン109〜112が導かれ、これらは1つの有利な実施例によればバスシステムとして実装されており、それらを介して制御ユニット100へコントロールタスク実行のために評価すべき動作量を表す信号が供給される。これらの信号は測定装置105〜108によって測定されるかまたは、他の制御ユニットもしくは制御装置によってフィルタリングされる。この種の動作量はたとえばアクセルペダル位置、エンジン回転数、エンジン負荷、排気ガス組成、エンジン温度、変速比、車速、車輪回転数、操舵角、ヨーレート(Gearmoment)、先行車両や障害物との間隔などである。出力回路103ならびにライン117〜120を介して制御ユニット103は、制御装置の個々の用途に応じてアクチュエータ113〜116を開ループ制御または閉ループ制御する。
【0024】
たとえば駆動ユニットなどの制御において、たとえば出力回路103を介して駆動ユニットの出力が調整される。出力ライン117〜120を介して、駆動ユニットの出力制御にあたり噴射すべき燃料量、内燃機関の噴射角度もしくは点火角度ならびに内燃機関の空気供給用に電気的に操作可能な少なくとも1つのスロットルバルブの位置が調節される。1つの有利な実施例によれば、ここでも出力ライン117〜120がバスシステムとして実装されている。
【0025】
この場合、要素121、122,123によってシンボリックに表されているように、オプションとしてただ1つの入出力回路121たとえばバスコントローラを設けることもでき、これは通信システム104に対する接続ライン122と、アクチュエータや別の制御ユニットまたはセンサへの外部接続ライン123とを有している。
【0026】
入力量を供給する既述の相応の測定システムのほかに車両または車両システムにおける別の制御装置も設けられており、これは入力回路102へもしくはオプションとしてバス結合回路121へ別の設定量たとえば目標値設定量殊に回転トルク目標値などを伝達する。駆動制御であれば相応の制御システムは(上記にて列挙したように)たとえば制御装置からこのような設定量を供給し、それらはたとえば駆動部スリップコントローラ、走行ダイナミックコントローラ、変速機制御装置、エンジンスリップトルクコントローラ、速度コントローラ、速度リミッタ、車両ガイドコントローラなどである。
【0027】
内燃機関制御であれば図示されている調整経路を介して内燃機関への空気供給、オットーエンジンであれば個々のシリンダの点火角、噴射すべき燃料量、噴射時点および/または空燃比等が調整される。既述の目標値設定量、外部の目標値設定量(これにはドライバの要求というかたちでのドライバによる目標値設定量やたとえば最高速度制限なども含む)のほかに、たとえば駆動ユニットを制御するための内部的な設定量も設けられており、これはたとえばアイドリング調整のトルク変化、対応する設定量を送出する回転数制限、トルク制限などである。
【0028】
以上のことから明らかなように、自動車内には様々な閉ループ制御や開ループ制御のタスクが存在しており、また、制御システムもしくは制御装置を第1のコンポーネントとして結合もしくは絡み合わせなければならない。そしてこのようなコントロールタスクやそれを実行する第1のコンポーネントを従来よりも集中的にコーディネートすることにより、本発明によれば強力なもしくは著しく最適化されたシステム指向の挙動が得られるようになる。その例としてはここでは、相互間のデータ交換を伴うエンジンや変速機のアクションの代わりに、コーディネートコンポーネント全体(たとえば車両全体、車両の動き、駆動部)を関与させたドライブトレイン全体の開ループ制御および閉ループ制御を行うことである。このようにすればシステムレイヤの枠において動作ファンクションにおける変更や改善を行うことができ、たとえば動作モジュールいわゆるプラグインによって行うこともできる。動作モジュールによって既存の機能もしくは動作ファンクションが変更および/または補われ、これは動作ファンクションの本来の機能を変えることなく行われる。したがってこれは制御もしくは変更の簡単な実現構成を成すものである。たとえば種々の制御装置もしくは制御コンポーネントに対して同様に適用できるようにする目的で、車両関連の機能をカプセル化してポーティング可能につまり移植可能および再利用可能にした本発明によれば、動作ファンクションおよび動作サブモジュールを同様に使用し、システムレイヤに載せて利用することができる。この場合、それぞれ内容としてもつ機能範囲の点で相違しているが、本発明ではそれらは同じ処理を禁止しておらず、したがって以下では電子システムに関してはそれらを区別しない。
【0029】
さらに図2には電子システム200が描かれており、これはたとえば車両トポロジーに対応するハードウェアもしくはエレクトロニクスにソフトウェアアーキテクチャをインプリメントすることにより実現することができる。この場合、車両のこのようなエレクトロニクスに対する基本的な結合はレイヤ201によって提供され、これは標準オペレーティングシステムたとえば OSEK もしくは ERCOS をシンボリックに表している。
【0030】
さて、本発明によれば基本ファンクションもしくは基本動作ならびに動作ファンクションもしくは対応する動作の分離が実行される。
【0031】
基本ファンクションBaFはベースレイヤ202においてリアルタイムオペレーティングシステム201に載せられる。この種の基本ファンクションはたとえばシステムコアファンクション(COREファンクション)、ドライバソフトウェアおよび基本システム動作であり、つまり制御装置固有もしくは制御ユニット固有の機能である。このような基本ファンクションBaFもしくは基本ファンクションにシステムレイヤ203が載せられ、これはオープンなインタフェース204を有しており、つまりこのインタフェースを介して動作ファンクションレイヤもしくは動作サブモジュールレイヤ205と結合される。動作ファンクション全体に対し動作サブモジュールは既述のように、それらが既述の動作を変えたりまたは動作を補ったりすることができるように設計されている。しかし動作サブモジュール(プラグイン)の追加または交換によってもコア動作は変えられない。
【0032】
1つの有利な実施形態によれば動作ファンクションにおける動作サブモジュールのためのインタフェースが提供され、このインタフェースに対して以下のような動作サブモジュールが許可される。すなわちこの動作サブモジュールは、一方ではシステムレイヤに対しプラグイン動作のインタフェースを提供し、他方では外部に向けてプラグインに対するインタフェースを成す。このようなインタフェース機能をシステムレイヤにおけるプラグインインタフェースとして表すことができ、これはプラグインが交換されると必要な適合を受ける。
【0033】
この場合、動作ファンクションまたは動作サブモジュールF1〜F4は、前述のインタフェースコンポーネントを含むことのできるオープンなインタフェースを介して実現されている。したがって簡単に別の動作ファンクションもしくは動作サブモジュールF5,F6をオープンなインタフェース204の上に載せて結合することができ、もしくは電子システム200に結びつけることができる。さらにここに示唆されているように既存のファンクションF2の変更も、除去および新たなF2動作ファンクションへの変更ならびにオープンなインタフェース204への新たな挿入により容易に行うことができる。このようにしてこれらの車両機能つまりは動作ファンクションは非常に簡単に固有にたとえばドライバや車両に固有に読み出し可能になり、かつモジュール型になりさらに再利用可能になる。また、それらをコンパイルに関してあるいはコントロールタスクの実行に関しても結びつけることができ、および/または結合することができる。すなわち動作の結合を適用のほか動作中も簡単に実現できる。
【0034】
このようにシステムレイヤSLもしくは203において、動作ファンクションもしくは動作サブモジュールならびにコーディネートコンポーネントに対するファンクションインタフェースが従来技術に対応するようにして格納されている。図2ではこれらはオープンなインタフェース204においてまとめられている。
【0035】
さらに同時に、動作ファンクションもしくは動作サブモジュールの機能に対する監視ファンクションがシステムレイヤSLないしは203に実装されている。詳細にはこれらの監視機能によって、動作ファンクションまたは動作サブモジュールに供給される入力情報の妥当性、それらから供給される出力情報の妥当性、ならびに動作ファンクションもしくは動作サブモジュールにより表される機能の存在および適正な動作がコントロールされる。
【0036】
次に図3を参照しながら、1つの実施形態として上述のようにして実現されたドライブトレインマネージメントについて詳しく説明する。この場合、個々のファンクションもしくは電子システムを車両に含まれているエレクトロニクスに任意に分散させることができる。図3によれば従来技術に関連してコーディネータK1,K2,K3の一体化が示されている。参照符号K1によって車両運動のコーディネータが示されており、K2によって車両全体のコーディネータが、さらにK3によってシステムレイヤにおけるドライブトレインのコーディネータが示されている。これらのコーディネータを1つのレイヤで一体化することをここでは参照符号300で表しており、それというのもこれによれば監視ファンクションは表されていないからである。インタフェースI301を介してエンジンマネージメント301が結合されており、これはたとえば1つの実施形態によればまだ公開されていない DE 100 166 45 に示されている。エンジンに依存するファンクションとエンジンに依存しないファンクションとに分離することにより、エンジンに依存するファンクションをベースファンクションもしくは基本ファンクションとしてランク付けることができ、これによりエンジンに依存しない上位の走行ファンクションは、それらの要求を置き換えるために調整経路におけるエンジン固有の選択を考慮する必要がなくなる。基本ファンクションに関して別の区分けを行う場合、I301は標準インタフェースとして設けられ、エンジンマネージメントはプラグインファンクションの領域に到達することができる。
【0037】
この種のドライブトレインマネージメントの実装はさしあたり分散形ハードウェアアーキテクチャにおいて行われ、つまりドライブトレインにおける既存の複数のコントローラにおいて行われる。とはいえこれらのファンクションアーキテクチャやソフトウェアアーキテクチャは、車両における他の計算機や計算ユニットまたは制御装置へのファンクションの分配も支援する。その際に本発明によればインタフェースI302〜I313ならびにI3145およびI316を、図2によるオープンなインタフェースレイヤ204にまとめることができる。車両運動に対するコーディネータK1、車両全体に対するコーディネータK2ならびにドライブトレインに対するコーディネータK3は、システムレイヤSLに含まれている。この場合、上述のオープンな標準インタフェースを介して、複数の制御ユニットから成るシステムレイヤによる機能もしくは各制御装置固有の機能をベースファンクションBaFに簡単に載せることができる。その種の動作ファンクションはたとえば機械的、熱的および/または電気的なエネルギーマネージメント308、ナビゲーション309、車両ガイド310、エアコンディショナコントローラ307、ジェネレータマネージメント306に該当し、さらにはコーディネータK2によってコーディネートされるその他のファンクションに該当し、それらについてはスペースホルダとして要素311が描かれている。同じことはドライブトレインコーディネータK3に関して、コーディネートされたドライブトレインコントローラ302、クラッチマネージメント303、変速機コントローラ304、スタータマネージメント305についてもあてはまる。車両運動コーディネータK1に関してここではACC(Adaptive Cruise Control)312、ドライバ要求313、ESP 314、ブレーキコントローラ315、ならびに他のオプションに関するスペースホルダとしての要素316が設けられている。これによればESP 314およびブレーキコントローラ315はたとえば共通のインタフェースI3145を有している。
【0038】
さらに動作ファンクションは互いに結合状態をとることもでき、これはスタータマネージメント305やジェネレータマネージメント306において該当する。
【0039】
このようにこれまで説明してきた本発明によれば、既存の車両ファンクションと新たな車両ファンクションの最適化されたモジュール型の置き換えが実現される。その結果として得られる本発明による実装によって車両に対するオープンかつモジュール型の電子システムが提供され、これによって新たな車両電子システムや車両サブシステムに関しても長期にわたる拡張性が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 制御装置の概略図である。
【図2】 たとえばカーエレクトロニクスにポーティングすべきソフトウェアアーキテクチャとして構成された電子システムを示す図である。
【図3】 ドライブトレインマネージメントという局面における電子システムの1つの実施例を示す図である。

Claims (6)

  1. 動作シーケンスにおけるコントロールタスクを実行する複数の第1のコンポーネントと、コントロールタスクを実行する該複数の第1のコンポーネントの共働をコーディネートする複数の第2のコンポーネントから成り、前記第1のコンポーネントは動作ファンクションおよびベースファンクションを用いてコントロールタスクを実行する形式の車両のための電子システムにおいて、
    前記ベースファンクションは1つのベースレイヤにまとめられており、該ベースファンクションの上にシステムレイヤが載せられて設けられており、該システムレイヤは前記第2のコンポーネントのうち少なくとも2つのコンポーネントを有しており、
    前記システムレイヤのやはり少なくとも1つのオープンなインタフェースが動作ファンクションに対して設けられており、
    前記システムレイヤによってベースファンクションが任意の動作ファンクションと結合され、動作ファクションがモジュールとして組み込まれるおよび/または使用され、
    前記動作ファンクションはコンパイル前および/またはコンパイル中、および/またはコントロールタスク実行前および/またはコントロールタスク実行中に、モジュールとして組み込まれており、
    さらにプラグインとして構成された動作サブモジュールによって、動作ファンクションが変更および/または補われることを特徴とする電子システム。
  2. 付加的に動作ファクションに関する監視ファンクションがシステムレイヤに組み込まれている、請求項1記載の電子システム。
  3. コントロールタスクのための第2のコンポーネントとして少なくとも車両全体と車両の動きとドライブトレインに関するコンポーネントが含まれており、複数の第2のコンポーネントから成るシステムレイヤは少なくとも車両全体とドライブトレインおよび/または車両の動きに関するコンポーネントを有している、請求項1記載の電子システム。
  4. 車両の動作シーケンスにおけるコントロールタスクを実行する複数の第1のコンポーネントと、コントロールタスクを実行する該第1のコンポーネントの共働をコーディネートする複数の第2のコンポーネントが設けられており、前記第1のコンポーネントは動作ファンクションおよびベースファンクションを用いてコントロールタスクを実行する形式の、車両電子システムのシステムレイヤにおいて、
    前記複数の第2のコンポーネントのうち少なくとも2つのコンポーネントがシステムレイヤに含まれており、
    該システムレイヤはそれに加えて少なくとも1つのオープンなインタフェースを有しており、
    該システムレイヤは動作ファンクションを前記少なくとも1つのオープンなインタフェースを介してベースファンクションと結合し、前記動作ファンクションがモジュールとして電子システムに結びつけられ、および/または電子システムに組み込まれ、
    前記動作ファンクションはコンパイル前および/またはコンパイル中、および/またはコントロールタスク実行前および/またはコントロールタスク実行中に、モジュールとして組み込まれ、
    さらにプラグインとして構成された動作サブモジュールによって、動作ファンクションが変更および/または補われることを特徴とする、
    車両電子システムのシステムレイヤ。
  5. 付加的に動作ファンクションに関する監視ファンクションが組み込まれている、請求項4記載のシステムレイヤ。
  6. 前記複数の第2のコンポーネントから成るシステムレイヤは、少なくとも車両全体とドライブトレインおよび/または車両の動きを調整する前記複数の第1のコンポーネントの共働をコーディネートするコンポーネントを少なくとも有する、請求項4記載のシステムレイヤ。
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