WO2011121076A1 - Motorsteuergerät für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Peter Poinstingl
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F12/00—Accessing, addressing or allocating within memory systems or architectures
    • G06F12/14—Protection against unauthorised use of memory or access to memory
    • G06F12/1416—Protection against unauthorised use of memory or access to memory by checking the object accessibility, e.g. type of access defined by the memory independently of subject rights
    • G06F12/1425—Protection against unauthorised use of memory or access to memory by checking the object accessibility, e.g. type of access defined by the memory independently of subject rights the protection being physical, e.g. cell, word, block
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/60—Protecting data
    • G06F21/62—Protecting access to data via a platform, e.g. using keys or access control rules
    • G06F21/6218—Protecting access to data via a platform, e.g. using keys or access control rules to a system of files or objects, e.g. local or distributed file system or database
    • G06F21/6281—Protecting access to data via a platform, e.g. using keys or access control rules to a system of files or objects, e.g. local or distributed file system or database at program execution time, where the protection is within the operating system
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/70—Protecting specific internal or peripheral components, in which the protection of a component leads to protection of the entire computer
    • G06F21/78—Protecting specific internal or peripheral components, in which the protection of a component leads to protection of the entire computer to assure secure storage of data

Definitions

  • the present invention relates to an engine control unit for an internal combustion engine having a microcontroller with an integrated memory for receiving memory contents.
  • the object of an engine control unit of an internal combustion engine is to select from a plurality of input signals, e.g. Speed, temperature or pressure, output variables for actuators, such as injector or ignition system to calculate.
  • a control device has a microcontroller with its own memory (so-called on-chip memory) in which the data, maps and / or programs necessary for the calculation - also referred to below generally as memory contents - are stored.
  • the ECU manufacturer usually a supplier, with programs (firmware), data and / or maps.
  • the control unit described is supplied to the vehicle manufacturer, which may still make changes to the data and maps to tune the control unit optimally to the internal combustion engine.
  • the data, maps and / or programs are determined on the basis of intensive research and testing so that the internal combustion engine works as possible component and environmentally friendly.
  • the data, maps and / or programs are specified so that no damage to the internal combustion engine occur even in extreme conditions.
  • a motor control device and a method for protection against manipulation in such a control device are known in which encrypted data is stored in a memory chip on a printed circuit board of the engine control unit and the key used to encrypt the data at least one original building block specific identifier of at least one of the components of the control unit comprises.
  • OTP non-rewritable memory areas
  • control unit It is therefore desirable to equip a control unit with an effective memory protection or manipulation protection, wherein nevertheless a change of the stored memory contents in the memory at least in the domain of control unit and / or vehicle manufacturer is possible.
  • the invention is essentially based on a two-stage concept for providing memory protection.
  • storage protection is to be understood as meaning in particular a read and / or write protection.
  • the ECU manufacturer prepares the controller or the memory areas in its microcontroller, wherein the areas to be provided with a final memory protection are marked accordingly. Subsequently, the control unit is supplied to the vehicle manufacturer, who wants to install the control unit in a vehicle at a later date. The final activation of the memory protection takes place only at the vehicle manufacturer, in particular before delivery, wherein in a particularly preferred embodiment, only a corresponding programming command must be passed to the controller, which then leads to a final protection of the previously marked accordingly memory areas.
  • the control device manufacturer provides the control device or the memory areas in its microcontroller with a provisional memory protection before the control device is delivered to the vehicle manufacturer.
  • the provisional memory protection is characterized by the fact that it can be canceled again. This can expediently only be done by the ECU manufacturer himself, in particular by providing a secret key.
  • the removal of the provisional memory protection with a key can expediently take place within the framework of a customary and proven encryption method, such as AES.
  • the final activation of the memory protection again takes place only expediently at the vehicle manufacturer, in particular before delivery, whereby in a particularly preferred embodiment design only a corresponding programming command must be passed to the control unit, which then then transfers temporary protection in a final protection.
  • control devices can be provided with effective memory protection in order, in particular, to prevent them from being manipulated, such as e.g. Chip tuning, while still receiving the opportunity for the ECU and vehicle manufacturers to read certain memory areas and / or perform a reprogramming.
  • the advantages come in particular offer the vehicle manufacturer the opportunity to optimize the adaptation of the control unit to the internal combustion engine until the delivery of the vehicle. For example, stock items can be regularly updated at the ECU manufacturer.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a control device according to the invention.
  • FIG. 2 shows, with reference to a flowchart, various alternatives as to how an inventive control device can be set up.
  • a controller 1 10 for operating a functional unit 120 e.g. an actuator or electric motor, schematics and shown schematically.
  • the control unit 1 10 is located in a motor vehicle 300 and has a function computer (arithmetic unit or microcontroller) 1 1 1, which is connected to an interface 1 12 for receiving, for example, sensor signals of a sensor 130.
  • the function computer 1 1 1 processes the sensor signals and controls based on the processing and its programming, a circuit 1 13 for operating the functional unit 120 at.
  • the function computer 1 1 1 has a memory 1 16 in which memory contents comprehensive data, maps and / or programs are stored.
  • the functional unit 120 may also include a plurality of functional units, in particular to control the internal combustion engine 301 of the vehicle 300.
  • the control unit 1 10 further has an interface 1 14 for coupling to a communication bus 160 and a service interface 1 15 for reading and writing memory contents of the function computer 1 1 1.
  • the interface 1 15 for example, with a Computer 200 connected.
  • the function calculator 1 1 1 is set up according to one of the explained with reference to Figure 2 alternatives of the invention, which will be described below.
  • control unit is manufactured or assem- bled at the ECU manufacturer, usually a supplier company.
  • memory contents such as, in particular, data, maps and / or programs, are written into the memory 16 of the function computer 11 1.
  • certain memory contents are defined in a step 203a, which are to be provided at a later time with a final memory protection, in particular a write and / or read protection.
  • certain memory contents are provided with a provisional memory protection in a step 203b.
  • control unit 110 leaves the control area of the supplier company and is delivered to a vehicle manufacturer.
  • control unit 1 10 is installed in a vehicle 300. Due to the not yet definitively set memory protection, it is now possible to read and / or modify the memory contents of the control unit in order to optimally adapt them to the internal combustion engine 300, for example to compensate for manufacturing variations.
  • control unit 1 10 or its function computer 1 1 1 is instructed by a corresponding programming command - for example via the service interface 1 15 - to set the final memory protection and thus a write and / or read protection as manipulation or To provide access protection.
  • the function computer is expediently set up irrevocably so that it no longer executes write instructions and / or read instructions for the corresponding memory areas.
  • steps 204 and 205 are only optional steps that are particularly useful for better illustrating the utility of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (110) für eine Brennkraftmaschine (301) aufweisend einen Mikrocontroller (111) mit einem integrierten Speicher (116) zur Aufnahme von Speicherinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (111) so eingerichtet ist, dass sich in einem ersten Schritt Speicherbereiche zum Vorsehen eines endgültigen Speicherschutzes definieren lassen und/oder sich Speicherbereiche mit einem vorläufigen Speicherschutz versehen lassen und sich in einem zweiten Schritt die definierten Speicherbereiche bzw. die mit dem vorläufigen Speicherschutz versehenen Speicherbereiche mit dem endgültigen Speicherschutz versehen lassen.

Description

Beschreibung
Titel
Motorsteuergerät für eine Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät für eine Brennkraftmaschine aufweisend einen Mikrocontroller mit einem integrierten Speicher zur Aufnahme von Speicherinhalten.
Stand der Technik
Die Aufgabe eines Motorsteuergeräts einer Brennkraftmaschine besteht darin, aus einer Vielzahl von Eingangssignalen, wie z.B. Drehzahl, Temperatur oder Druck, Ausgangsgrößen für Stellglieder, wie Einspritzdüse oder Zündanlage, zu berechnen. Dazu besitzet ein Steuergerät einen Mikrocontroller mit eigenem Speicher (sog. On-Chip Speicher), in dem die für die Berechnung notwendigen Daten, Kennfelder und/oder Programme - im Folgenden auch allgemein als Speicherinhalte bezeichnet - abgespeichert sind.
Bei der Herstellung des Steuergeräts werden bestimmte Speicherbereiche vom Steuergerätehersteller, üblicherweise einem Zulieferunternehmen, mit Programmen (Firmware), Daten und/oder Kennfeldern beschrieben. Das beschriebene Steuergerät wird an den Fahrzeughersteller geliefert, der ggf. noch Veränderung an den Daten und Kennfeldern vornimmt, um das Steuergerät optimal auf die Brennkraftmaschine abzustimmen. Die Daten, Kennfelder und/oder Programme werden auf Basis von intensiver Forschung und Erprobung so vorgegeben, dass die Brennkraftmaschine möglichst bauteil- und umweltschonend arbeitet. Insbesondere werden die Daten, Kennfelder und/oder Programme so vorgegeben, dass selbst in Extrembedingungen keine Schäden an der Brennkraftmaschine auftreten. Durch entsprechende Umprogrammierung (sog. Chip-Tuning) des Mik- rocontrollers im Steuergerät sind daher mehr oder weniger große Leistungssteigerungen möglich.
Mit dem Chip-Tuning sind jedoch erhebliche Risiken verknüpft. Bspw. können überhöhte Temperaturen, Drücke und Drehzahlen sowie eine erhöhte Belastung des Antriebsstrangs und der Bremsanlage zu Defekten führen. Weiterhin kann eine Verschlechterung der Abgaswerte auftreten. Aus diesem Grund werden von Seiten des Steuergeräteherstellers Maßnahmen unternommen, Neuprogrammierungen des Steuergeräts zu verhindern.
Aus der DE 102 38 095 A1 sind ein Motorsteuergerät und ein Verfahren zum Schutz gegen Manipulationen in einem solchen Steuergerät bekannt, bei denen in einem Speicherchip auf einer Leiterplatte des Motorsteuergeräts verschlüsselte Daten abgelegt werden und der zum Verschlüsseln der Daten verwendete Schlüssel mindestens eine ursprüngliche bausteinspezifische Kennung von mindestens einem der Bausteine des Steuergeräts umfasst.
Auch ist es üblich, bestimmte Speicherinhalte in nicht-wiederbeschreibbare Speicherbereiche (OTP - One Time Programmable) des Mikrocontrollers zu schrei- ben. Dies ist jedoch mit besonderen Nachteilen verknüpft. Insbesondere kann dies dazu führen, dass wesentliche (Programm-)Teile im Speicher des Steuergeräts nicht mehr bearbeitet werden können, so dass im ungünstigsten Fall Steuergeräte sogar verschrottet werden müssen, weil sie nicht mehr aktualisiert werden können. Dies ist besonders bei Lagerware beim Zulieferer sowie bei Steuergerä- ten, die sich bereits beim Fahrzeughersteller befinden, problematisch und führt zu hohen Kosten.
Es ist daher wünschenswert, ein Steuergerät mit einem wirkungsvollen Speicherschutz bzw. Manipulationsschutz auszustatten, wobei dennoch eine Änderung der im Speicher abgelegten Speicherinhalte zumindest im Herrschaftsbereich des Steuergeräte- und/oder Fahrzeugherstellers möglich ist.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden Motorsteuergeräte sowie Verfahren zum Vorsehen eines endgültigen Speicherschutzes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert im wesentlichen auf einem zweistufigen Konzept zur Bereitstellung eines Speicherschutzes. Unter Speicherschutz soll im Folgenden insbesondere ein Schreib- und/oder Leseschutz verstanden werden.
In einer ersten Alternative bereitet der Steuergerätehersteller das Steuergerät bzw. die Speicherbereiche in dessen Mikrocontroller vor, wobei die Bereiche, die mit einem endgültigen Speicherschutz versehen werden sollen, entsprechend gekennzeichnet werden. Anschließend wird das Steuergerät an den Fahrzeughersteller geliefert, der das Steuergerät zu einem späteren Zeitpunkt in ein Fahrzeug einbauen will. Die endgültige Aktivierung des Speicherschutzes findet erst beim Fahrzeughersteller, insbesondere vor der Auslieferung statt, wobei in besonders bevorzugter Ausgestaltung nur noch ein entsprechender Programmierbefehl an das Steuergerät übergeben werden muss, welcher dann zu einem endgültigen Schutz der zuvor entsprechend gekennzeichneten Speicherbereiche führt.
In einer zweiten Alternative versieht der Steuergerätehersteller das Steuergerät bzw. die Speicherbereiche in dessen Mikrocontroller mit einem vorläufigen Speicherschutz, bevor das Steuergerät an den Fahrzeughersteller ausgeliefert wird. Der vorläufige Speicherschutz zeichnet sich dadurch aus, dass er wieder aufgehoben werden kann. Dies kann zweckmäßigerweise nur vom Steuergerätehersteller selbst insbesondere durch Bereitstellung eines geheimen Schlüssels ge- schehen. Das Aufheben des vorläufigen Speicherschutzes mit einem Schlüssel kann zweckmäßigerweise im Rahmen eines üblichen und bewährten Verschlüsselungsverfahrens, wie z.B. AES, erfolgen. Die endgültige Aktivierung des Speicherschutzes findet wiederum erst zweckmäßigerweise beim Fahrzeughersteller insbesondere vor der Auslieferung statt, wobei in besonders bevorzugter Aus- gestaltung nur noch ein entsprechender Programmierbefehl an das Steuergerät übergeben werden muss, welcher dann denn vorläufigen Schutz in einen endgültigen Schutz überführt.
Bevorzugterweise ist auch eine Kombination der beiden soeben beschriebenen Alternativen möglich.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme können Steuergeräte mit einem wirkungsvollen Speicherschutz versehen werden, um sie insbesondere vor Manipulationen, wie z.B. Chip-Tuning, zu schützen, wobei dennoch für den Steuergeräte- und auch Fahrzeughersteller die Möglichkeit erhalten wird, bestimmte Speicherbereiche zu lesen und/oder eine Reprogrammierung vorzunehmen. Die Vorteile kommen bieten insbesondere dem Fahrzeughersteller die Möglichkeit, die Anpassung des Steuergeräts an die Brennkraftmaschine bis zur Auslieferung des Fahrzeugs zu optimieren. Beim Steuergerätehersteller kann beispielsweise Lagerware regelmäßig aktualisiert werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuergeräts. Figur 2 zeigt anhand eines Ablaufplans verschiedene Alternativen, wie ein erfindungsgemäßes Steuergerät eingerichtet sein kann.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist ein Steuergerät 1 10 zum Betreiben einer Funktionseinheit 120, z.B. eines Aktors oder Elektromotors, schaltplanartig und schematisch dargestellt. Das Steuergerät 1 10 befindet sich in einem Kraftfahrzeug 300 und verfügt über einen Funktionsrechner (Recheneinheit bzw. Mikrocontoller) 1 1 1 , der mit einer Schnittstelle 1 12 zum Empfang von beispielsweise Sensorsignalen eines Sensors 130 verbunden ist. Der Funktionsrechner 1 1 1 verarbeitet die Sensorsignale und steuert auf Grundlage der Verarbeitung und seiner Programmierung eine Schaltung 1 13 zum Betreiben der Funktionseinheit 120 an. Dazu verfügt der Funktionsrechner 1 1 1 über einen Speicher 1 16, in dem Speicherinhalte umfas- send Daten, Kennfelder und/oder Programme abgespeichert sind. Die Funktionseinheit 120 kann auch mehrere Funktionseinheiten umfassen, um insbesondere die Brennkraftmaschine 301 des Fahrzeugs 300 zu steuern.
Das Steuergerät 1 10 verfügt weiterhin über eine Schnittstelle 1 14 zur Ankopp- lung an einen Kommunikationsbus 160 sowie eine Serviceschnittstelle 1 15 zum Auslesen und Einschreiben von Speicherinhalten des Funktionsrechners 1 1 1. Zum Auslesen und Einschreiben von Speicherinhalten wird die Schnittstelle 1 15 beispielsweise mit einem Computer 200 verbunden.
Im hier gezeigten Beispiel ist der Funktionsrechner 1 1 1 gemäß einer der anhand Figur 2 erläuterten Alternativen der Erfindung eingerichtet, welche im Folgenden beschrieben werden.
In einem vorausgehenden Schritt 201 wird das Steuergerät beim Steuergerätehersteller, üblicherweise einem Zulieferunternehmen, hergestellt bzw. assemb- liert. In einem Schritt 202 werden Speicherinhalte, wie insbesondere Daten, Kennfelder und/oder Programme in den Speicher 1 16 des Funktionsrechners 1 1 1 geschrieben.
Gemäß einer Alternative werden in einem Schritt 203a bestimmte Speicherinhalte definiert, welche zu einem späteren Zeitpunkt mit einem endgültigen Speicherschutz, insbesondere einem Schreib- und/oder Leseschutz versehen werden sollen.
Gemäß einer anderen Alternative werden in einem Schritt 203b bestimmte Speicherinhalte mit einem vorläufigen Speicherschutz versehen.
In einem Schritt 204 verlässt das Steuergerät 1 10 den Herrschaftsbereich des Zulieferunternehmens und wird an einen Fahrzeughersteller geliefert.
In einem Schritt 205 wird das Steuergerät 1 10 in einem Fahrzeug 300 eingebaut. Aufgrund des noch nicht endgültig gesetzten Speicherschutzes besteht nun die Möglichkeit, die Speicherinhalte des Steuergeräts noch zu lesen und/oder zu verändern, um diese beispielsweise zum Ausgleich von Herstellungsstreuungen optimal an die Brennkraftmaschine 300 anzupassen.
In einem Schritt 206 wird schließlich das Steuergerät 1 10 bzw. dessen Funktionsrechner 1 1 1 durch einen entsprechenden Programmierbefehl - bspw. über die Serviceschnittstelle 1 15 - angewiesen, den endgültigen Speicherschutz zu setzen und somit einen Schreib- und/oder Leseschutz als Manipulations- bzw. Zugangsschutz bereitzustellen. Dabei wird der Funktionsrechner zweckmäßigerweise unwiderruflich so eingerichtet, dass er für die entsprechenden Speicherbereiche keine Schreibanweisungen und/oder Leseanweisungen mehr ausführt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Schritte 204 und 205 nur optionale Schritte sind, die insbesondere zur besseren Veranschaulichung des Nutzens der Erfindung dienen.

Claims

Ansprüche
1 . Steuergerät (1 10) für eine Brennkraftmaschine (301 ) aufweisend einen Mikrocontroller (1 1 1 ) mit einem integrierten Speicher (1 16) zur Aufnahme von Speicherinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (1 1 1 ) so eingerichtet ist, dass sich in einem ersten Schritt Speicherbereiche zum Vorsehen eines endgültigen Speicherschutzes definieren lassen und sich in einem zweiten Schritt die definierten Speicherbereiche mit dem endgültigen Speicherschutz versehen lassen.
2. Steuergerät (1 10) nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1 , wobei der Mikrocontroller so eingerichtet ist, dass sich in einem ersten Schritt Speicherbereiche mit einem vorläufigen Speicherschutz versehen lassen und sich in einem zweiten Schritt die mit einem vorläufigen Speicherschutz versehenen Speicherbereiche mit einem endgültigen Speicherschutz versehen lassen.
3. Steuergerät (1 10) nach Anspruch 2, wobei der Mikrocontroller (1 1 1 ) so eingerichtet ist, dass er den vorläufigen Speicherschutz auf den Empfang eines entsprechenden Programmierbefehls, insbesondere eines geheimen Schlüssels, hin aufhebt.
4. Steuergerät (1 10) nach Anspruch 3, wobei der Mikrocontroller (1 1 1 ) so eingerichtet ist, dass das Aufheben des vorläufigen Speicherschutzes mit einem Schlüssel im Rahmen eines an sich bekannten Verschlüsselungsverfahrens erfolgt.
5. Steuergerät (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mikrocontroller (1 1 1 ) so eingerichtet ist, dass er den endgültigen Speicherschutz auf den Empfang eines entsprechenden Programmierbefehls hin vorsieht. Steuergerät (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Speicherschutz ein Lese- und/oder Schreibschutz ist.
Verfahren zum Bereitstellen eines endgültigen Speicherschutzes für Speicherbereiche eines Steuergerätes nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Schritt und der zweite Schritt während unterschiedlicher Programmiersitzungen durchgeführt werden.
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