WO2018141600A1 - Verfahren zum kalibrieren eines fahrzeugsteuergeräts über eine spannungsversorgungsleitung und entsprechend kalibrierbares fahrzeugsteuergerät - Google Patents

Verfahren zum kalibrieren eines fahrzeugsteuergeräts über eine spannungsversorgungsleitung und entsprechend kalibrierbares fahrzeugsteuergerät Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsteuergeräts (10), wobei ein Datenaustausch über eine an das Fahrzeugsteuergerät (10) angeschlossene Spannungsversorgungsleitung (16) stattfindet, sowie ein Fahrzeugsteuergerät (10), das dazu eingerichtet ist, einen Datenaustausch zum Kalibrieren des Fahrzeugsteuergeräts (10) über eine an das Fahrzeugsteuergerät (10) angeschlossene Spannungsversorgungsleitung (16) mittels eines auf die Versorgungsspannung aufmodulierten Kommunikationssignals (Powerline communication) durchzuführen. Auch ein entsprechendes Mess- und Kalibriersystem ist Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsteuergeräts über eine Spannungsversorgungsleitung und entsprechend kalibrierbares Fahrzeugsteuergerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsteuergeräts, ein Fahrzeugsteuergerät und ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrzeugsteuergerät, sowie ein Mess- und Kalibriersystem.
Stand der Technik
Soweit moderne technische Abläufe durch Recheneinheiten, sog. Steuergeräte, gesteuert werden, können diese zum Erreichen der Serienreife kalibriert werden (sog. Applikation). Dabei werden verschiedene Parameter der Steuergerätesoftware durch umfangreiche Mess- und Einstellarbeiten an den konkreten Einsatzzweck, z.B. im Fahrzeug, angepasst. Insbesondere werden Parameter von Funktionsalgorithmen (Steuerungs-, Regelungs- und Diagnosefunktionen) an unterschiedliche Fahrzeugmodelle bzw. Fahrzeugvarianten angepasst, ohne dass Berechnungsroutinen verändert werden müssen. Gleichzeitig werden Signale von Steuergeräten, Fahrzeugbussen und Messgeräten erfasst, so dass die Auswirkungen der Einstellung überprüft werden können.
Wenn die Parameter in Seriengeräten nicht beschreibbar sind, können für die Applikation auch sogenannte Applikationsmuster-Steuergeräte verwendet werden, die einen Schreibzugriff auf ansonsten geschützte Bereiche erlauben.
Als geeignete Schnittstellen zum Datenaustausch während des Kalibrierens können reservierte Schnittstellen verwendet werden, welche für diesen Zweck optimiert sind und im Wesentlichen nur für diesen einen Zweck ausgebildet sind. Beispielsweise können Schnittstellen bereitgestellt und optimiert sein, welche dazu dienen, Messwerte zu lesen und/oder das Steuergerät zu programmieren bzw. zu kalibrieren, d.h. um die für den regulären Betrieb des Steuergeräts erforderlichen Daten auf das Steuergerät zu befördern bzw. zu kopieren, wobei derar- tige Schnittstellen nach erfolgreicher Kalibrierung oftmals nicht für eine weitere
Verwendung in Serie vorgesehen sind. Reservierte Schnittstellen können somit dazu eingerichtet sein, die ihnen zugewiesenen Aufgaben, wie etwa das Kalibrieren des Steuergeräts, mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und somit eine erfolgreiche Kalibrierung des Steuergerätes in kurzer Zeit zu ermöglichen. Je- doch müssen solche reservierte Schnittstellen auch aus dem Steuergerät herausgeführt werden, beispielsweise mittels reservierter Pins in vorhandenen Steckern oder mittels eigener Stecker oder Kabel. Dies erfordert jedoch häufig einen mechanischen Umbau des Steuergeräts, welcher mit einem hohen Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden sein kann.
Alternativ kann zum Kalibrieren eines Steuergerätes auch eine Serienschnittstelle, d.h. eine in Serie verfügbare Schnittstelle, wie z.B. CAN, verwendet werden, d.h. eine Schnittstelle, welche während des regulären Betriebs des Steuergeräts für das Empfangen und/oder Senden von Kommunikationssignalen bzw. Daten verwendet wird. Derartige Schnittstellen können dabei für ihre reguläre Verwendung optimiert sein, weshalb diese Schnittstellen unter Umständen für die Verwendung zur Kalibrierung des Steuergerätes nur teilweise geeignet sind und eine Kalibrierung des Steuergerätes mittels solcher in Serie verfügbarer Schnittstellen unter Umständen sehr aufwändig und/oder langsam ist und/oder nur für einen eingeschränkten Funktionsumfang verwendet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsteuer- geräts, ein Fahrzeugsteuergerät und ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrzeugsteuergerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Auch ein entsprechendes Mess- und Kalibriersystem ist Gegenstand der Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, einen Datenaustausch zum Kalibrieren des Fahrzeugsteuergeräts (d.h. Steuergerät in einem Fahrzeug) über eine an das Steuergerät angeschlossene Spannungsversorgungsleitung durchzuführen. Mit anderen Worten ist das Steuergerät in der Lage, über die Spannungsversorgungsleitung mit einem daran angeschlossenen anderen Teilnehmer, insbesondere einem Mess- und Kalibriersystem, wie etwa INCA (engl.: Integrated Calibra- tion and Application Tool; INCA) mit der dazu gegebenenfalls erforderlichen Hardware-Adaption, zu kommunizieren. Beispielsweise weist das Steuergerät dazu ein Koppelmodul auf, welches dazu eingerichtet ist, über eine mit dem
Steuergerät verbundene Spannungsversorgungsleitung ein Kommunikationssignal zu empfangen und vorteilhaft auch zu senden, wobei das Steuergerät über die Spannungsversorgungsleitung mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Kalibrieren umfasst einen oder mehrere Schritte, welche dazu führen, dass die für den regulären Betrieb des Steuergeräts erforderlichen Daten auf das Steuergerät gelangen. Insbesondere umfasst das Kalibrieren wenigstens einen Schritt ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein Einstellen wenigstens eines Parameters der Steuergerätesoftware, insbesondere wenigstens eines Funkti- onsalgorithmus der Steuergerätesoftware, ein Programmieren der Steuergerätesoftware, d.h. Überspielen von Programmcode in einen Festspeicher des Steuergeräts. Bei einem Rapid-Prototyping-Steuergerät kann dies z.B. auch ein Stimulieren umfassen. Bei Steuergeräten versteht man unter "Rapid Prototyping" oder auch "(externes) Bypassing", dass steuegerätesoftwareeigene Funktions- und Regelalgorithmen von„Außen" ersetzt werden, ohne dass der programmierte Funktionscode im Steuergerät geändert werden muss. Damit kann zu Testzwecken der Softwarefunktion in Teilen ein anderes Verhalten aufgeprägt werden. Dieses kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Software-Variablen in Form von Ausgangsgrößen der einen Funktion und gleichzeitig Eingangsgrößen der nachfolgenden Funktion so verändert (stimuliert) werden, dass sich das gewünschte Verhalten einstellt.
Daneben kann der Datenaustausch vorteilhafterweise auch dazu benutzt werden, Signale aus dem Fahrzeug an den anderen Teilnehmer zu übertragen, ins- besondere Signale von Steuergeräten oder von Fahrzeugbussen. Somit kann das Steuergerät mit einem Mess- und Kalibriersystem lediglich über die Spannungsversorgungsleitung verbunden sein. Die Erfindung bietet dabei den Vorteil, dass über die Spannungsversorgungsleitung sowohl eine Versorgungsspannung angelegt als auch ein Kommunikationssignal empfangen werden kann. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil für den Empfang des Kommunikationssignals und der Versorgungsspannung nicht zwei separate Schnittstellen ausgebildet werden müssen, sondern dass zu diesem Zweck ein vorzugsweise ohnehin ausgebildeter Anschluss in bzw. am
Steuergerät für die Verbindung mit der Spannungsversorgungsleitung auch zum Empfang des Kommunikationssignals verwendet werden kann. Auf diese Weise können der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten des Steuergerätes reduziert werden. Insbesondere kann das Steuergerät als eine kompakte Einheit hergestellt werden, da gemäß der Erfindung das Steuergerät nicht zwingend eine reservierte Schnittstelle für den Empfang des Kommunikationssignals zum Kalibrieren aufweisen muss. Vorzugsweise bedient sich die Erfindung dabei etablierter Verfahren der Trägerfrequenztechnik, wie sie insbesondere bei Trägerfrequenzanlagen (TFA) zum Einsatz kommen, beispielswiese die sogenannte Powerline- Technik (auch als PowerLAN oder Powerline Communication (PLC) bekannt) für
Heimanwendungen. Diese eignen sich zwar mangels entsprechender Übertragungssicherheit und aufgrund besonderer Anforderungen im Automotive-Bereich, wie z.B. Umweltanforderungen (Temperatur, Vibration, EMV...) sowie Baugröße im Steuergerät und Kosten für die Großserie eigentlich nicht für Standard- Anwendungen im Fahrzeug, im Rahmen der Erfindung wurde jedoch erkannt, dass ein Kalibriervorgang damit vorteilhaft durchgeführt werden kann, da dieser solche Anforderungen nicht stellt.
Auch bietet die Erfindung den Vorteil, dass kein mechanischer Umbau des Steu- ergerätes zum Herausführen einer reservierten Schnittstelle für den Empfang des
Kommunikationssignals erforderlich ist, wie z.B. Herstellen einer Gehäuseöffnung für eine Kabeldurchführung oder Reservieren von Steuergerätesteckerpins, wodurch sich der Arbeitsaufwand zum Aufbau des Steuergerätes für das Kalibrieren erheblich reduziert. Die Erfindung bietet weiterhin den Vorteil, dass der Zugang zum Steuergerät nicht auf einen bestimmten Ort innerhalb des Fahrzeugs limitiert sein muss, wie etwa auf den Motorraum, sondern prinzipiell überall dort möglich ist, wo die Bordspannung des Fahrzeugs anliegt bzw. abgegriffen werden kann bzw. zugänglich ist. Dies kann beispielsweise auch in einem Kofferraum und/oder in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs der Fall sein. Somit kann vorzugsweise das Steuergerät an nahezu beliebiger Position im Fahrzeug platziert werden, da für den Datenaustausch nur ein Zugang zur Bordnetzspannung ausreichend ist. Dementsprechend kann ein zum Senden bzw. Einspeisen bzw. Aufmodulieren des Kommunikationssignals geeigneter Anschluss an nahezu beliebiger Stelle im Kraftfahrzeug ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein Mess- und Kalibriersystem mit einem entsprechenden Koppelmodul ausgestattet sein, welches ein Senden und/oder Einspeisen und/oder Aufmodulieren des Kommunikationssig- nals auf die Versorgungsspannung bzw. Bordnetzspannung ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird das Steuergerät während des Datenaustausche über die an das Steuergerät angeschlossene Spannungsversorgungsleitung mit Energie versorgt, insbesondere von einer Fahrzeugbatterie und/oder einem Fahrzeugge- nerator als Energiequelle. Somit kann das Steuergerät insbesondere während des Kommunizierens im Fahrzeug verbleiben.
Vorzugsweise ist die Versorgungsspannung mit dem Kommunikationssignal moduliert. Dies bedeutet, dass das Kommunikationssignal auf die Versorgungs- Spannung aufgeprägt ist. Beispielsweise kann die relative Amplitude der Versorgungsspannung gemäß dem Kommunikationssignal moduliert sein, d.h. dass anhand einer zeitlichen Änderung der Amplitude der Versorgungsspannung das Kommunikationssignal dem Steuergerät bereitgestellt werden kann. Eine derartige Amplitudenmodulation kann beispielsweise eine Amplitude haben, welche vorzugsweise nicht größer als 20%, mehr bevorzugt nicht größer als 10%, noch mehr bevorzugt nicht größer als 5%, viel mehr bevorzugt nicht größer als 2%, besonders bevorzugt nicht größer als 1 % der Amplitude der Versorgungsspannung ist. Insbesondere kann das Kommunikationssignal derart auf die Versorgungsspannung aufmoduliert sein, dass die absolute Amplitudenmodulation nicht größer als 1 V, bevorzugt nicht größer als 0,5 V, mehr bevorzugt nicht größer als 0,25 V, noch mehr bevorzugt nicht größer als 0,1 V, viel mehr bevorzugt nicht größer als 50 mV, am meisten bevorzugt nicht größer als 10 mV ist. Eine derartige Amplitudenmodulation kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Versorgungsspannung in Form einer Gleichspannung bereitgestellt wird, wie dies oftmals in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen der Fall ist.
Insbesondere in einem Fall, in dem die Versorgungsspannung in Form einer Wechselspannung bereitgestellt wird, kann die Modulation der Versorgungsspannung mit dem Kommunikationssignal auch mittels einer Frequenzmodulation erfolgen.
Unabhängig von der genauen Art der Modulation ist bevorzugt das Koppelmodul dazu eingerichtet, das Kommunikationssignal aus der Versorgungsspannung zu demodulieren bzw. auf diese aufzumodulieren. Auf diese Weise kann das Koppelmodul das Kommunikationssignal von der Versorgungsspannung extrahieren und dem Steuergerät bereitstellen, so dass das Steuergerät das Kommunikationssignal verarbeiten kann, vorzugsweise ohne dass das Steuergerät weitere Transformationen oder Modifikationen an dem Kommunikationssignal vornehmen muss.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeugsteuergerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform der Erfindung Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeugsteuergerät 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem Fahrzeug 1 , beispielsweise Kraftfahrzeug. Das Fahrzeugsteuergerät 10 (im Folgenden Steuergerät) kann beispielsweise als Motorsteuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors, Kupplungssteuergerät zum Steuern einer Kupplung, Batteriesteuergerät zum Steuern einer Fahrzeugbatterie, E-Steuergerät zum Steuern einer elektrischen Maschine usw. ausgebildet sein.
Das Steuergerät weist in der gezeigten Ausführungsform ein Koppelmodul 12 auf, welches in das Steuergerät 10 integriert ist und auf diese Weise mit dem Steuergerät 10 eine bauliche Einheit bildet. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Koppelmodul auch außerhalb des Steuergeräts 10 angeordnet sein, was beispielsweise für kleine Steuergeräte mit geringem Platzangebot vorteilhaft sein kann. Darüber hinaus weist das Steuergerät 10 mehrere Serienschnittstellen 14 auf, welche dazu dienen, während des regulären Betriebs des Steuergeräts 10 Signale zu empfangen und/oder zu senden. Die Serienschnittstellen 14 können insbesondere CAN-, FlexRay-, LIN- usw. Schnittstellen aufweisen. Ferner können noch weitere, nicht gezeigte Schnittstellen für weitere Anschlusssignale bereitgestellt sein.
Über Spannungsversorgungsleitungen 16 wird das Steuergerät 10 aus einem eine Fahrzeugbatterie 22 aufweisenden Fahrzeugbordnetz mit elektrischer Spannung versorgt, wobei das Steuergerät 10 im gezeigten Beispiel über das Koppelmodul 12 mit den Spannungsversorgungsleitungen 16 verbunden ist. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung des Steuergerätes 10 bzw. des Koppelmoduls 12 mit den Spannungsversorgungsleitungen 16 über einen Spannungsversor- gungsanschluss 16a des Steuergerätes 10.
Während eines Datenaustausche mit dem Steuergerät 10 für einen Kalibriervorgang, d.h. wenn das Steuergerät durch das Aufspielen von Daten in einen internen Datenspeicher 18 des Steuergerätes 10 kalibriert bzw. programmiert wird, und/oder während Wartungsarbeiten, bei welchen auf die im internen Datenspeicher 18 gespeicherten Daten zugegriffen werden muss, wird das Steuergerät 10 bzw. das Koppelmodul 12 über die Spannungsversorgungsleitungen 16 mit einem Kommunikationssignal versorgt. Bevorzugt ist das Kommunikationssignal auf die Versorgungsspannung, welche mittels der Spannungsversorgungsleitungen 16 bereitgestellt wird, aufmoduliert.
Das Koppelmodul 12 ist dazu eingerichtet, das eingehende Signal, welches die Versorgungsspannung und das aufmodulierte Kommunikationssignal umfasst, zu demodulieren, so dass das Kommunikationssignal unabhängig von der Versorgungsspannung dem Steuergerät 10 zur Verfügung gestellt wird und beispielsweise in den internen Datenspeicher 18 geschrieben werden kann und/oder das Steuergerät 10 zur Durchführung von Rechenoperationen und/oder zur Selbstkonfiguration veranlasst.
Ferner kann das Koppelmodul 12 interne Spannungsversorgungsanschlüsse 20 aufweisen, an welche das Koppelmodul die über die Spannungsversorgungsleitungen 16 empfangene Versorgungsspannung zumindest teilweise durchschleift bzw. über welche das Koppelmodul 12 die Versorgungsspannung dem Steuergerät 10 bzw. anderen internen Komponenten des Steuergeräts 10 bereitstellt. Dabei kann im Wesentlichen das Kommunikationssignal noch auf die an den Span- nungsversorgungsanschlüssen 20 bereitgestellte Spannung aufmoduliert sein. Alternativ kann das aufmodulierte Kommunikationssignal an den Spannungsver- sorgungsanschlüssen 20 durch das Koppelmodul 12 entfernt bzw. herausgefiltert worden sein.
In alternativer Ausgestaltung kann das Koppelmodul auch induktiv oder kapazitiv mit Spannungsversorgungsleitungen gekoppelt sein, die mit dem Steuergerät 10 verbunden sind.
Insbesondere kann das Fahrzeug 1 einen Zugang (Anschluss) zum Fahrzeugbordnetz aufweisen, so dass eine Kommunikation zwischen dem Steuergerät 10 und einem Applikationsgerät 30, wie einem Mess- und Kalibriersystem, ermöglicht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (nicht gezeigt) weist das Applikationsgerät 30 auch ein entsprechendes Koppelmodul auf. Beispielsweise kann ein Kraftfahrzeug im Fahrgastraum und/oder im Kofferraum entsprechende Anschlüsse aufweisen, mittels welcher ein Einspeisen und Auslesen des Kommunikationssignals ermöglicht wird, ohne dass dabei der Motorraum des Kraftfahrzeugs mit dem dort platzierten Steuergerät 10 zugänglich sein muss. Vorzugsweise reicht hierzu eine Fahrzeugsteckdose.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsteuergeräts (10), wobei ein Datenaustausch über eine an das Fahrzeugsteuergerät (10) angeschlossene Spannungsversorgungsleitung (16) stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Steuergerät (10) während des Datenaustausche über die an das Steuergerät (10) angeschlossene Spannungsversorgungsleitung (16) mit Energie versorgt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Steuergerät (10) während des Datenaustausche von einer Fahrzeugenergiequelle mit Energie versorgt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Datenaustausch mit einem an ein Fahrzeugbordnetz angeschlossenen Applikationsgerät (30) stattfindet.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Datenaustausch mittels eines auf eine Versorgungsspannung aufmodulierten Kommunikationssignals stattfindet.
6. Fahrzeugsteuergerät (10), das dazu eingerichtet ist, einen Datenaustausch zum Kalibrieren des Fahrzeugsteuergeräts (10) über eine an das Fahrzeugsteuergerät (10) angeschlossene Spannungsversorgungsleitung (16) durchzuführen.
7. Fahrzeugsteuergerät (10) nach Anspruch 6, mit einem Koppelmodul (12), wobei das Koppelmodul (12) dazu eingerichtet ist, über die Spannungsversorgungsleitung (16) ein Kommunikationssignal zu empfangen.
8. Fahrzeugsteuergerat (10) nach Anspruch 7, wobei das Koppelmodul (12) in das Fahrzeugsteuergerat (10) integriert und/oder an dem Fahrzeugsteuergerat (10) angeordnet ist.
9. Fahrzeugsteuergerat (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Koppelmodul (12) dazu eingerichtet ist, das Kommunikationssignal auf die Versorgungsspannung aufzumodulieren und aus dieser zu demodulieren.
10. Fahrzeug mit einem Fahrzeugsteuergerat (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
1 1 . Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Versorgungsspannung für das Fahrzeugsteuergerat als eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird.
12. Fahrzeug nach Anspruch 1 1 , wobei das Kommunikationssignal auf die
Bordnetzspannung aufmoduliert ist.
13. Mess- und Kalibriersystem (30), das dazu eingerichtet ist, einen Datenaustausch zum Kalibrieren eines Fahrzeugsteuergeräts (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 über eine an das Fahrzeugsteuergerat (10) angeschlossene Spannungsversorgungsleitung (16) durchzuführen.
14. Mess- und Kalibriersystem (30) nach Anspruch 13, mit einem Koppelmodul, das dazu eingerichtet ist, über die Spannungsversorgungsleitung (16) ein Kommunikationssignal zu senden.
15. Mess- und Kalibriersystem (30) nach Anspruch 14, wobei das Koppelmodul dazu eingerichtet ist, das Kommunikationssignal auf die Versorgungsspannung aufzumodulieren und aus dieser zu demodulieren.
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