WO2021148333A1 - Elektrik/elektronik-architektur für ein kraftfahrzeug mit einer elektronischen recheneinrichtung und mit einem schnittstellensteuergerät, sowie verfahren - Google Patents

Elektrik/elektronik-architektur für ein kraftfahrzeug mit einer elektronischen recheneinrichtung und mit einem schnittstellensteuergerät, sowie verfahren Download PDF

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WO2021148333A1
WO2021148333A1 PCT/EP2021/050882 EP2021050882W WO2021148333A1 WO 2021148333 A1 WO2021148333 A1 WO 2021148333A1 EP 2021050882 W EP2021050882 W EP 2021050882W WO 2021148333 A1 WO2021148333 A1 WO 2021148333A1
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WO
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computing device
electronic
actuator
electronic computing
electrical
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PCT/EP2021/050882
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Martin Schaefer
Tobias Lorenz
Andreas Pfeiffer
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40169—Flexible bus arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to an electrical / electronic architecture for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a method.
  • X-by-wire systems as well as highly and fully automated motor vehicles are already known from automotive engineering.
  • corresponding requirements are placed on X-by-Wire systems for, for example, at least partially autonomously operated motor vehicles which have high demands on the availability of functional points.
  • this availability is produced by redundancy of active chains.
  • this redundancy is implemented by duplicating control units.
  • the reason for this, in particular, is that the motor vehicle is manufactured according to a so-called “bottom-up” development. This creates complex systems and high levels of interdependence.
  • DE 102017220472 A1 discloses a method for the data-oriented exchange of information with a vehicle network, a connection control device of the vehicle network receiving an external request of interest, which names data available via the vehicle network, the vehicle network, on a case-by-case basis, using the named data to forward the questions of interest within the vehicle network and that Fastener sends back a data response that is dependent on the request of interest.
  • the object of the present invention is to create an electrical / electronic architecture for a motor vehicle and a method by means of which the motor vehicle can be operated with fewer components.
  • One aspect of the invention relates to an electrical / electronic architecture for a motor vehicle, with an electronic computing device for communicating with at least one actuator of the motor vehicle.
  • the electrical / electronic architecture has an interface control device which is in contact with at least one sensor device of the motor vehicle and the electronic computing device, the at least one actuator communicating directly with the electronic computing device and the at least one sensor device communicating directly with the interface control device .
  • the electrical / electronic architecture is also referred to as the E / E architecture.
  • a so-called “top-down” approach can thus be made available for the E / E architecture.
  • an E / E architecture can thus be provided from a functional point of view.
  • the equipment and functional variants can be mapped in the interface control device, while the actuators can form a real modular system using vehicle series.
  • the electronic computing device is scalable, also with regard to further technical developments of microprocessors, since they only provide computing power and are connected via standardized buses. This also enables the chains of action to be generated on the basis of a degradation principle. Each of the redundant chains of effects detects a malfunction through self-diagnosis.
  • the sensor device, the actuators or the computing platform each for itself.
  • the components adopt a safe state, a so-called fail-silent state, and the affected chain of effects switches off completely. This means that the E / E architecture can also be implemented in emergency operation.
  • an interface concentrator can also be used.
  • both the interface concentrator and the interface device can primarily communicate unidirectionally with the electronic computing device.
  • the interface control device supplies the at least one sensor device and, for example, simple actuators such as DC motors with pulse width control, reads out switches, reads in sensor values and prepares them this digitally.
  • the interface control device can control display elements.
  • the interface control device or the interface concentrator have fast communication with a short cycle time with the electronic computing device.
  • the interface control device can also be programmed on the basis of a master-slave configuration and, for example, have a hardware acceleration device.
  • the at least one actuator communicates with the electronic computing device by means of a bidirectional bus.
  • the bidirectional bus is very fast, as a result of which the actuators can communicate with the electronic computing device correspondingly quickly. This has the particular advantage that the actuators can be controlled very quickly, as a result of which a control quality can be increased and thus the safety in road traffic can be increased.
  • the interface control device communicates with the electronic computing device via a unidirectional bus. This enables simple yet reliable communication between the electronic computing device and the interface control device to be implemented.
  • the at least one actuator is designed as an intelligent actuator.
  • the intelligent actuator can also be referred to as a so-called smart actuator. This communicates with the electronic computing device in particular via a fast bidirectional bus. No higher functions are implemented within the smart actuator. In particular, no other external sensors are connected to the smart actuator.
  • the electronic computing device has only one energy supply interface for the at least one actuator, for the at least one sensor device and for the interface control device and only one bus interface for communicating with the at least one actuator and the interface control device.
  • the electronic computing device is designed only to supply energy and to provide the bus system.
  • the electrical / electronic architecture can be provided with fewer components.
  • the at least one actuator is designed to regulate only one manipulated variable of the actuator, to detect an actual variable of the actuator and to transmit the actual variable to the electronic computing device.
  • the at least one actuator is designed in particular as an intelligent actuator.
  • the at least one actuator is designed to be programmed on the basis of a master-slave method.
  • the intelligent actuator is thus programmable, but only in a master-slave configuration and in particular via the electronic computing device.
  • the at least one actuator has a hardware acceleration device.
  • the corresponding actuators can be provided with the aid of a hardware acceleration device, so that delays in communication with the electronic computing device are minimized.
  • the safety in road traffic can be increased.
  • the electrical / electronic architecture has at least one further electronic computing device and at least one further interface control device, the further electronic computing device being designed to communicate with the electronic computing device and to communicate with the further interface control device.
  • the electronic computing device can be duplicated for a fault-tolerant system, the interfaces of which are only necessary for the energy supply for bus systems. As a result, a redundant system can be created, which is provided in particular with fewer components.
  • Another aspect of the invention relates to a method for operating an electrical / electronic architecture for a motor vehicle, in which between a electronic computing device and at least one actuator of the motor vehicle is communicated.
  • the electrical / electronic architecture has an interface control device, with the at least one actuator communicating directly with the electronic computing device and communication taking place directly with the interface control device between the at least one sensor device.
  • the electrical / electronic architecture is to be regarded as advantageous embodiments of the method.
  • the electrical / electronic architecture has objective features which enable the method or an advantageous embodiment thereof to be carried out.
  • Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a further schematic view of an electrical / electronic architecture.
  • the electrical / electronic architecture 10 has at least one electronic computing device 14 and at least one actuator 16 of the motor vehicle 12.
  • the electrical / electronic architecture 10 has an interface control device 18 which is contacted at least at one sensor device 20 of the motor vehicle 12 and the electronic computing device 14, the at least one actuator 16 communicating directly with the electronic computing device 14 and the at least one sensor device 20 communicating with the interface control device 18 communicates directly.
  • FIG. 1 shows that, for example, a brake control device for a brake caliper can be activated as actuator 16.
  • the electronic computing device 14 is in contact with, for example, the brake caliper control unit at the front left and the brake caliper control unit at the rear right.
  • a respective brake caliper control device can have a respective microcontroller 22 and an actuator detection device 24.
  • a respective actuator 16 has, in particular, an actuating device 26, the rear right brake caliper in particular having a second actuating device 26, which is provided for a parking brake, for example.
  • sensors can be regarded as sensor device 20; alternatively or in addition to sensor device 20, switches or DC motors can also be arranged.
  • a wheel speed sensor for the front left a wheel speed sensor for the rear right, a brake pedal travel sensor, a yaw rate sensor, a wheel steering angle sensor and a switch for triggering a parking brake can be regarded as sensor device 20.
  • functions such as an ABS, a basic braking function, a DSC or a parking brake can be implemented by the sensors.
  • the electronic computing device 14 is coupled to the motor vehicle 12 via a communication interface 28.
  • the electronic computing device 14 also has an energy supply device 30 so that it can be supplied with energy, for example from the electrical system of the motor vehicle 12.
  • the electrical / electronic architecture 10 can have a further electronic computing device 32, which is designed in particular as redundancy.
  • the second electronic computing device 32 can communicate with further actuators 34, for example.
  • the further actuators 34 can be, for example, a brake caliper control device for the front right and a brake caliper control device for the rear right.
  • the further electronic computing device 32 can be combined with a further Interface control device 36 communicate, the further interface control device 36 being able to communicate with a redundant sensor system, wherein the redundant sensor system can thus in particular have further sensor devices 38.
  • a wheel speed sensor for the front right, a wheel speed sensor for the rear left, a brake pedal travel sensor and a parking brake switch can be viewed as further sensor devices 38.
  • FIG. 1 thus shows the electrical / electronic architecture 10 for a domain of driving / driving dynamics.
  • the electronic computing device 14 can thus be doubled in particular for the so-called fault-tolerant system and its interfaces are provided exclusively for the energy supply and the bus system.
  • FIG. 1 shows in particular that the at least one actuator 16 communicates with the electronic computing device 14 via a bidirectional bus 40.
  • the at least one actuator 16 is designed to regulate only one manipulated variable of the actuator 16, to detect an actual variable of the actuator 16 and to transmit the actual variable to the electronic computing device 14.
  • the at least one actuator 16 is thus designed as an intelligent actuator.
  • the at least one actuator 16 is designed to be programmed on the basis of a master-slave method.
  • the at least one actuator 16 can have a hardware acceleration device.
  • the actuator 16 can be designed as a smart actuator 16, which communicates with the electronic computing device 14 via the fast bidirectional bus 40 and exclusively regulates its primary variables as a function, for example a force, a path, a speed or a torque. The respective actual values are recorded internally and reported back with the required integrity. No higher functions are implemented. No other external sensors are connected. If the smart actuator 16 is programmable, then exclusively in the master-slave configuration via the electronic computing device 14. If security measures are necessary, these are implemented with the aid of the hardware acceleration device in order to minimize time delays.
  • the interface control device 18 or the further interface control device 36 communicates in particular unidirectionally with the electronic computing device 14 or the further electronic computing device 32.
  • the interface control devices 18, 36 supply the sensors and simple actuators, read switches, read sensor values and process them digitally, and control them Display elements. These have fast communication with a short cycle time of the electronic computing device 14.
  • the interface control device 18 is in contact with the electronic computing device 14 via a unidirectional bus 42.
  • the assignment of the sensor devices 20 to the interface control device 18 is function-dependent, in contrast to the bottom-up concepts according to the prior art, which, among other things, imply a geometric proximity.
  • the interface control device 18 can thus map the equipment and function variance, while the actuators 16 can form a real modular system using vehicle series.
  • the electronic computing device 14 is in particular scalable, also with regard to the technical further developments of microprocessors, since they only provide the computing power and are connected via standardized buses.
  • the structuring of the redundant chains of action is shown in particular in FIG. 1.
  • the redundant chains of effects are cut along the energy supply.
  • Each of the redundant chains of effects detects a malfunction by means of a self-diagnosis.
  • the sensor devices 20, actuators 16 and the electronic computing devices 14, 32 each perform this function for themselves.
  • the components assume a safe state should errors be detected.
  • FIG. 1 also shows that the electrical / electronic architecture 10 has at least the further electronic computing device 32 and at least the further interface control device 36, the further electronic computing device 32 being designed to communicate with the further interface control device 36.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a further embodiment of the electrical / electronic architecture 10.
  • the electrical / electronic architecture 10 can have an energy supply manager 46 and a communication manager 48.
  • the further electronic computing device 32 is coupled to the motor vehicle 12 via a further communication interface 44.
  • FIG. 2 shows that a first function 50 can be mapped on the first electronic computing device 14.
  • this function 50 can also be mapped as a mirror function 52 on the second electronic computing device 32.
  • a fail-silent mode 54 can be set. In other words, emergency operation can be provided so that the components assume a safe state, namely the fail-silent mode 54, and the affected chain of effects is completely switched off. The system is then in emergency mode.
  • the invention shows an E / E architecture for fault-tolerant automotive systems.
  • the invention also relates to a method for operating an electrical / electronic architecture 10 for a motor vehicle 12, in which communication takes place between an electronic computing device 14 and at least one actuator 16 of the motor vehicle 12, the electrical / electronic architecture 10 having an interface control device 18 , with the at least one actuator 16 communicating directly with the electronic computing device 14 and communicating directly with the interface control device 18 between the at least one sensor device 20.
  • Energy supply device further electronic computing device further actuator further interface control device further sensor device bidirectional bus unidirectional bus further communication interface

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrik/Elektronik-Architektur (10) für ein Kraftfahrzeug (12), mit einer elektronischen Recheneinrichtung (14) zum Kommunizieren mit zumindest einem Aktor (16) des Kraftfahrzeugs (12), wobei die Elektrik/Elektronik-Architektur (10) ein Schnittstellensteuergerät (18) aufweist, welches mit zumindest einer Sensoreinrichtung (20) des Kraftfahrzeugs (12) und der elektronischen Recheneinrichtung (14) kontaktiert ist, wobei der zumindest eine Aktor (16) direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung (14) kommuniziert und die zumindest eine Sensoreinrichtung (20) direkt mit dem Schnittstellensteuergerät (18) kommuniziert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren.

Description

Elektrik/Elektronik-Architektur für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Recheneinrichtung und mit einem Schnittstellensteuergerät, sowie Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Elektrik/Elektronik-Architektur für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren.
Aus dem Kraftfahrzeugbau sind bereits X-by-Wire-Systeme bekannt sowie hoch- und vollautomatisierte Kraftfahrzeuge. Hierzu werden entsprechende Anforderungen an X-by- Wire-Systeme gestellt für beispielsweise zumindest teilweise autonom betriebene Kraftfahrzeuge, welche eine hohe Anforderung an die Verfügbarkeit von Funktionsstellen haben. Diese Verfügbarkeit wird im Stand der Technik durch Redundanz von Wirkketten hergestellt. Diese Redundanz wird gemäß dem Stand der Technik durch die Verdoppelung von Steuergeräten durchgeführt. Dies hat insbesondere den Hintergrund darin, dass das Kraftfahrzeug nach einer sogenannten „Bottom-up“-Entwicklung hergestellt ist. Dadurch entstehen komplexe Systeme und hohe Interdependenzen.
Die DE 102017220472 A1 offenbart ein Verfahren zum datenorientierten Informationsaustausch mit einem Fahrzeugnetzwerk, wobei ein Verbindungssteuergerät des Fahrzeugnetzwerks eine externe Interessensanfrage empfängt, welche über das Fahrzeugnetzwerk verfügbare Daten benennt, wobei das Fahrzeugnetzwerk fallweise anhand der benannten Daten eine Weiterleitung der Interessenfragen innerhalb des Fahrzeugnetzwerkes vornimmt und das Verbindungselement eine von der Interessensanfrage abhängige Datenantwort zurückschickt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrik/Elektronik-Architektur für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen bauteilreduziert das Kraftfahrzeug betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektrik/Elektronik-Architektur sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrik/Elektronik-Architektur für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektronischen Recheneinrichtung zum Kommunizieren mit zumindest einem Aktor des Kraftfahrzeugs.
Es ist vorgesehen, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur ein Schnittstellensteuergerät aufweist, welches mit zumindest einer Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs und der elektronischen Recheneinrichtung kontaktiert ist, wobei der zumindest eine Aktor direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung kommuniziert und die zumindest eine Sensoreinrichtung direkt mit dem Schnittstellensteuergerät kommuniziert.
Dadurch ist es ermöglicht, dass bauteilreduziert die Elektrik/Elektronik-Architektur bereitgestellt werden kann. Die Elektrik/Elektronik-Architektur wird auch als E/E- Architektur bezeichnet. Insbesondere kann somit bei der E/E-Architektur ein sogenannter „top-down“-Ansatz zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann somit eine E/E- Architektur aus funktionalen Gesichtspunkten bereitgestellt werden.
Insbesondere findet ebenfalls eine Kommunikation zwischen dem Schnittstellensteuergerät und der elektronischen Recheneinrichtung statt.
Beispielsweise kann im Schnittstellensteuergerät so die Ausstattungs- und Funktionsvariante abgebildet werden, während die Aktoren einen echten Baukasten über Fahrzeugbaureihen bilden können. Die elektronische Recheneinrichtung ist skalierbar, auch im Hinblick auf technische Weiterentwicklungen von Mikroprozessoren, da sie ausschließlich Rechenleistung erbringen und über standardisierte Busse angebunden sind. Ferner ist dadurch ermöglicht, dass die Wirkketten auf Basis eines Degradationsprinzips erzeugt sind. Durch Eigendiagnose stellt jede der redundanten Wirkketten eine Fehlfunktion fest. Die Sensoreinrichtung, die Aktoren beziehungsweise die Rechenplattform jeweils für sich. Die Komponenten nehmen einen sicheren Zustand, einen sogenannten Fail-Silent-Zustand, ein, und die betroffene Wirkkette schaltet sich vollständig ab. Dadurch kann die E/E-Architektur auch im Notbetrieb realisiert werden.
Alternativ zum Schnittstellensteuergerät kann auch ein Interface- Konzentrator verwendet werden. Insbesondere können sowohl der Interface-Konzentrator als auch das Schnittstellengerät primär unidirektional mit der elektronischen Recheneinrichtung kommunizieren. Das Schnittstellensteuergerät versorgt die zumindest eine Sensoreinrichtung und beispielsweise einfache Stellglieder, wie beispielsweise DC- Motoren mit Pulsweitenansteuerung, liest Schalter aus, liest Sensorwerte ein und bereitet diese digital auf. Ferner kann das Schnittstellensteuergerät Anzeigeelemente ansteuern. Insbesondere haben das Schnittstellensteuergerät beziehungsweise der Interface- Konzentrator eine schnelle Kommunikation mit kurzer Zykluszeit mit der elektronischen Recheneinrichtung. Ferner kann auch das Schnittstellensteuergerät auf Basis einer Master-Slave-Konfiguration programmiert werden und beispielsweise eine Hardware- Beschleunigungseinrichtung aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kommuniziert der zumindest eine Aktor mittels eines bidirektionalen Busses mit der elektronischen Recheneinrichtung. Insbesondere ist der bidirektionale Bus sehr schnell, wodurch die Aktoren entsprechend schnell mit der elektronischen Recheneinrichtung kommunizieren können. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Aktoren sehr schnell angesteuert werden können, wodurch eine Regelgüte erhöht werden kann und dadurch die Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das Schnittstellensteuergerät über einen unidirektionalen Bus mit der elektronischen Recheneinrichtung kommuniziert. Dadurch kann eine einfache und dennoch zuverlässige Kommunikation zwischen der elektronischen Recheneinrichtung und dem Schnittstellensteuergerät realisiert werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn der zumindest eine Aktor als intelligenter Aktor ausgebildet ist. Der intelligente Aktor kann auch als sogenannter Smart Aktor bezeichnet werden. Dieser kommuniziert insbesondere über einen schnellen bidirektionalen Bus mit der elektronischen Recheneinrichtung. Es sind keine höheren Funktionen innerhalb des Smart Aktors implementiert. Es werden insbesondere keine weiteren externen Sensoren an den Smart Aktor angeschlossen.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die elektronische Recheneinrichtung nur eine Energieversorgungsschnittstelle für den zumindest einen Aktor, für die zumindest eine Sensoreinrichtung und für das Schnittstellensteuergerät und nur eine Busschnittstelle zum Kommunizieren mit dem zumindest einen Aktor und dem Schnittstellensteuergerät aufweist. Mit anderen Worten ist die elektronische Recheneinrichtung nur zur Energieversorgung und zum Bereitstellen des Bussystems ausgebildet. Dadurch kann bauteilreduziert die Elektrik/Elektronik-Architektur bereitgestellt werden. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der zumindest eine Aktor dazu ausgebildet ist, nur eine Stellgröße des Aktors zu regeln, eine Ist-Größe des Aktors zu erfassen und die Ist-Größe an die elektronische Recheneinrichtung zu übertragen. Mit anderen Worten ist der zumindest eine Aktor insbesondere als intelligenter Aktor ausgebildet. Dieser ist über einen schnellen bidirektionalen Bus an die elektronische Recheneinrichtung angebunden und bietet als Funktion lediglich die Regelung der primären Größen, beispielsweise eine Kraft, Weg, Drehzahl oder Drehmoment an, die jeweiligen Ist-Größen werden intern erfasst und mit einer geforderten Integrität an die elektronische Recheneinrichtung zurückgemeldet. Insbesondere sind keine höheren Funktionen implementiert. Es werden weiterhin keine externen Sensoren an dem zumindest einen Aktor angeschlossen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der zumindest eine Aktor dazu ausgebildet, auf Basis eines Master-Slave-Verfahrens programmiert zu werden. Insbesondere ist somit der intelligente Aktor programmierbar, jedoch lediglich in einer Master-Slave-Konfiguration und insbesondere über die elektronische Recheneinrichtung.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn der zumindest eine Aktor eine Hardware- Beschleunigungseinrichtung aufweist. Insbesondere sollten beispielsweise Sicherheitsmaßnahmen notwendig sein, so können die entsprechenden Aktoren mithilfe einer Hardware-Beschleunigungseinrichtung bereitgestellt werden, sodass Zeitverzüge bei der Kommunikation mit der elektronischen Recheneinrichtung minimiert sind. Somit kann die Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Elektrik/Elektronik-Architektur zumindest eine weitere elektronische Recheneinrichtung und zumindest ein weiteres Schnittstellensteuergerät aufweist, wobei die weitere elektronische Recheneinrichtung zum Kommunizieren mit der elektronischen Recheneinrichtung und zum Kommunizieren mit dem weiteren Schnittstellensteuergerät ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann für ein fehlertolerantes System die elektronische Recheneinrichtung aufgedoppelt werden, wobei deren Schnittstellen ausschließlich für die Energieversorgung für Bussysteme notwendig sind. Dadurch kann ein redundantes System geschaffen werden, welches insbesondere bauteilreduziert bereitgestellt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrik/Elektronik-Architektur für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zwischen einer elektronischen Recheneinrichtung und zumindest einem Aktor des Kraftfahrzeugs kommuniziert wird.
Es ist vorgesehen, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur ein Schnittstellensteuergerät aufweist, wobei zwischen dem zumindest einen Aktor direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung kommuniziert wird und zwischen der zumindest einen Sensoreinrichtung direkt mit dem Schnittstellensteuergerät kommuniziert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Elektrik/Elektronik-Architektur sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens anzusehen. Die Elektrik/Elektronik-Architektur weist dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht auf eine Ausführungsform einer
Elektrik/Elektronik-Architektur; und
Fig. 2 eine weitere schematische Ansicht einer Elektrik/Elektronik-Architektur.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform einer Elektrik/Elektronik-Architektur 10 für ein rein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 12. Die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 weist zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 14 und zumindest einen Aktor 16 des Kraftfahrzeugs 12 auf. Die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 weist ein Schnittstellensteuergerät 18 auf, welches zumindest an einer Sensoreinrichtung 20 des Kraftfahrzeugs 12 und der elektronischen Recheneinrichtung 14 kontaktiert ist, wobei der zumindest eine Aktor 16 direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung 14 kommuniziert und die zumindest eine Sensoreinrichtung 20 mit dem Schnittstellensteuergerät 18 direkt kommuniziert.
Insbesondere zeigt die Fig. 1, dass als Aktor 16 beispielsweise ein Bremssteuergerät für einen Bremssattel angesteuert werden kann. Insbesondere ist die elektronische Recheneinrichtung 14 mit beispielsweise dem Bremssattelsteuergerät vorne links und dem Bremssattelsteuergerät hinten rechts kontaktiert. Ein jeweiliges Bremssattelsteuergerät kann einen jeweiligen Mikrocontroller 22 sowie eine Aktorerfassungseinrichtung 24 aufweisen. Ferner weist ein jeweiliger Aktor 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere eine Stelleinrichtung 26 auf, wobei insbesondere der hintere rechte Bremssattel eine zweite Stelleinrichtung 26 aufweist, welche beispielsweise für eine Feststellbremse bereitgestellt ist.
Als Sensoreinrichtung 20 können vorliegend beispielsweise unterschiedliche Sensoren angesehen werden, alternativ oder ergänzend zu der Sensoreinrichtung 20 können auch Schalter beziehungsweise Gleichstrommotoren angeordnet werden. Beispielsweise kann als Sensoreinrichtung 20 ein Raddrehzahlsensor für vorne links, ein Raddrehzahlsensor für hinten rechts, ein Bremspedalwegsensor, ein Gierratensensor, ein Radlenkwinkelsensor sowie ein Schalter zum Auslösen einer Feststellbremse angesehen werden. Beispielsweise können durch die Sensoren Funktionen wie ein ABS, eine Grundfunktion Bremsen, eine DSC beziehungsweise eine Feststellbremse realisiert werden.
Die elektronische Recheneinrichtung 14 ist über eine Kommunikationsschnittstelle 28 mit dem Kraftfahrzeug 12 gekoppelt. Ferner weist hierzu die elektronische Recheneinrichtung 14 eine Energieversorgungseinrichtung 30 auf, sodass diese mit Energie, beispielsweise von dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs 12, versorgt werden kann.
Fig. 1 zeigt ferner, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 eine weitere elektronische Recheneinrichtung 32 aufweisen kann, welche insbesondere als Redundanz ausgebildet ist. Insbesondere kann die zweite elektronische Recheneinrichtung 32 beispielsweise mit weiteren Aktoren 34 kommunizieren. Die weiteren Aktoren 34 können beispielsweise ein Bremssattelsteuergerät für vorne rechts und ein Bremssattelsteuergerät für hinten rechts sein. Ferner kann die weitere elektronische Recheneinrichtung 32 mit einem weiteren Schnittstellensteuergerät 36 kommunizieren, wobei das weitere Schnittstellensteuergerät 36 mit einer redundanten Sensorik kommunizieren kann, wobei die redundante Sensorik insbesondere somit weitere Sensoreinrichtungen 38 aufweisen kann. Beispielsweise können als weitere Sensoreinrichtungen 38 ein Raddrehzahlsensor für vorne rechts, ein Raddrehzahlsensor für hinten links, ein Bremspedalwegsensor sowie ein Feststellbremsschalter angesehen werden.
Insgesamt zeigt somit die Fig. 1 die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 für eine Domäne Fahren/Fahrdynamik. Die elektronische Recheneinrichtung 14 kann insbesondere für das sogenannte fehlertolerante System somit aufgedoppelt werden und deren Schnittstellen sind ausschließlich zur Energieversorgung und zum Bussystem bereitgestellt.
Ferner zeigt die Fig. 1 insbesondere, dass der zumindest eine Aktor 16 über einen bidirektionalen Bus 40 mit der elektronischen Recheneinrichtung 14 kommuniziert. Insbesondere ist der zumindest eine Aktor 16 dazu ausgebildet, nur eine Stellgröße des Aktors 16 zu regeln, eine Ist-Größe des Aktors 16 zu erfassen und die Ist-Größe an die elektronische Recheneinrichtung 14 zu übertragen. Der zumindest eine Aktor 16 ist somit als intelligenter Aktor ausgebildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Aktor 16 dazu ausgebildet ist, auf Basis eines Master-Slave-Verfahrens programmiert zu werden. Ferner kann der zumindest eine Aktor 16 eine Hardware- Beschleunigungseinrichtung aufweisen. Insgesamt zeigt somit die Fig. 1, dass der Aktor 16 als smarter Aktor 16 ausgebildet sein kann, wobei über den schnellen bidirektionalen Bus 40 dieser mit der elektronischen Recheneinrichtung 14 kommuniziert und als Funktion ausschließlich seine primären Größen regelt, beispielsweise eine Kraft, einen Weg, eine Drehzahl oder ein Drehmoment. Die jeweiligen Ist-Größen werden intern erfasst und mit der geforderten Integrität zurückgemeldet. Es sind keine höheren Funktionen implementiert. Es werden keine weiteren externen Sensoren angeschlossen. Falls der Smart Aktor 16 programmierbar ist, dann ausschließlich in der Master-Slave- Konfiguration über die elektronische Recheneinrichtung 14. Sind Security-Maßnahmen notwendig, so werden diese mithilfe von der Hardware-Beschleunigungseinrichtung umgesetzt, um Zeitverzüge zu minimieren.
Das Schnittstellensteuergerät 18 beziehungsweise das weitere Schnittstellensteuergerät 36 kommuniziert insbesondere unidirektional mit der elektronischen Recheneinrichtung 14 beziehungsweise der weiteren elektronischen Recheneinrichtung 32. Die Schnittstellensteuergeräte 18, 36 versorgen die Sensoriken und einfache Stellglieder, lesen Schalter aus, lesen Sensorwerte ein und bereiten diese digital auf, und steuern Anzeigeelemente an. Diese haben eine schnelle Kommunikation mit kurzer Zykluszeit mit der elektronischen Recheneinrichtung 14. Mit anderen Worten ist das Schnittstellensteuergerät 18 über einen unidirektionalen Bus 42 mit der elektronischen Recheneinrichtung 14 kontaktiert. Die Zuordnung der Sensoreinrichtungen 20 an das Schnittstellensteuergerät 18 ist funktionsabhängig, im Gegensatz zu den bottom-up Konzepten gemäß dem Stand der Technik, die unter anderem eine geometrische Nähe implizieren. Durch das Schnittstellensteuergerät 18 kann so die Ausstattungs- und Funktionsvarianz abgebildet werden, während die Aktoren 16 einen echten Baukasten über Fahrzeugbaureihen bilden können. Die elektronische Recheneinrichtung 14 ist insbesondere skalierbar, auch im Hinblick auf die technischen Weiterentwicklungen von Mikroprozessoren, da sie ausschließlich die Rechenleistung erbringen und über standardisierte Busse angebunden sind. Die Strukturierung der redundanten Wirkketten ist insbesondere in der Fig. 1 gezeigt. Die redundanten Wirkketten sind entlang der Energieversorgung geschnitten.
Ein wesentliches Kennzeichen dieser Wirkketten ist ein klares Degradationskonzept. Durch eine Eigendiagnose stellt jede der redundanten Wirkketten eine Fehlfunktion fest. Die Sensoreinrichtungen 20, Aktoren 16 und die elektronischen Recheneinrichtungen 14, 32 erledigen diese Funktion jeweils für sich selbst. Die Komponenten nehmen einen sicheren Zustand ein, sollten Fehler erkannt werden.
Insbesondere zeigt die Fig. 1 ferner, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 zumindest die weitere elektronische Recheneinrichtung 32 und zumindest das weitere Schnittstellensteuergerät 36 aufweist, wobei die weitere elektronische Recheneinrichtung 32 zum Kommunizieren mit dem weiteren Schnittstellensteuergerät 36 ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Elektrik/Elektronik-Architektur 10. Insbesondere kann die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 einen Energieversorgungsmanager 46 sowie einen Kommunikationsmanager 48 aufweisen. Über eine weitere Kommunikationsschnittstelle 44 ist insbesondere die weitere elektronische Recheneinrichtung 32 mit dem Kraftfahrzeug 12 gekoppelt. Insbesondere zeigt die Fig. 2 dass eine erste Funktion 50 auf der ersten elektronischen Recheneinrichtung 14 abgebildet werden kann. Es kann jedoch diese Funktion 50 auch als Spiegelfunktion 52 auf der zweiten elektronischen Recheneinrichtung 32 abgebildet werden. Sollte es nun zu einem Fehler innerhalb der Funktionsausübung kommen, so kann ein Fail-Silent-Modus 54 eingestellt werden. Mit anderen Worten kann ein Notbetrieb bereitgestellt werden, sodass die Komponenten einen sicheren Zustand, nämlich den Fail-Silent-Modus 54, einnehmen und sich die betroffene Wirkkette vollständig abschaltet. Das System befindet sich dann in dem Notbetrieb.
Insgesamt zeigt die Erfindung eine E/E-Architektur für fehlertolerante Automotive- Systeme.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrik/Elektronik- Architektur 10 für ein Kraftfahrzeug 12, bei welchem zwischen einer elektronischen Recheneinrichtung 14 und zumindest einem Aktor 16 des Kraftfahrzeugs 12 kommuniziert wird, wobei die Elektrik/Elektronik-Architektur 10 ein Schnittstellensteuergerät 18 aufweist, wobei zwischen dem zumindest einen Aktor 16 direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung 14 kommuniziert wird und zwischen der zumindest einen Sensoreinrichtung 20 direkt mit dem Schnittstellensteuergerät 18 kommuniziert wird.
Bezugszeichenliste
Elektrik/Elektronik-Architektur
Kraftfahrzeug elektronische Recheneinrichtung Aktor
Schnittstellensteuergerät
Sensoreinrichtung
Mikrocontroller
Aktorerfassungseinrichtung
Stelleinrichtung
Kommunikationsschnittstelle
Energieversorgungseinrichtung weitere elektronische Recheneinrichtung weiterer Aktor weiteres Schnittstellensteuergerät weitere Sensoreinrichtung bidirektionaler Bus unidirektionaler Bus weitere Kommunikationsschnittstelle
Energieversorgungsmanager
Kommunikationsmanager
Funktion
Spiegelfunktion
Fail-Silent-Modus

Claims

Patentansprüche
1. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) für ein Kraftfahrzeug (12), mit einer elektronischen Recheneinrichtung (14) zum Kommunizieren mit zumindest einem Aktor (16) des Kraftfahrzeugs (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur (10) ein Schnittstellensteuergerät (18) aufweist, welches mit zumindest einer Sensoreinrichtung (20) des Kraftfahrzeugs (12) und der elektronischen Recheneinrichtung (14) kontaktiert ist, wobei der zumindest eine Aktor (16) direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung (14) kommuniziert und die zumindest eine Sensoreinrichtung (20) direkt mit dem Schnittstellensteuergerät (18) kommuniziert.
2. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (16) über einen bidirektionalen Bus (40) mit der elektronischen Recheneinrichtung (14) kommuniziert.
3. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellensteuergerät (18) über einen unidirektionalen Bus (42) mit der elektronischen Recheneinrichtung (14) kommuniziert.
4. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (16) als intelligenter Aktor ausgebildet ist.
5. Elektrik/Elektronik-Architektur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinrichtung (14) nur eine Energieversorgungsschnittstelle für den zumindest einen Aktor (16), für die zumindest eine Sensoreinrichtung (20) und für das Schnittstellensteuergerät (18) und nur eine Busschnittstelle zum Kommunizieren mit dem zumindest einen Aktor (16) und dem Schnittstellensteuergerät (18) aufweist.
6. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (16) dazu ausgebildet ist, nur eine Stellgröße des Aktors (16) zu regeln, eine Ist-Größe des Aktors (16) zu erfassen und die Ist-Größe an die elektronische Recheneinrichtung (14) zu übertragen.
7. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (16) dazu ausgebildet ist, auf Basis eines Master-Slave- Verfahrens programmiert zu werden.
8. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (16) eine Hardwarebeschleunigungseinrichtung aufweist.
9. Elektrik/Elektronik-Architektur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur (10) zumindest eine weitere elektronische Recheneinrichtung (32) und zumindest ein weiteres Schnittstellensteuergerät (36) aufweist, wobei die weitere elektronische Recheneinrichtung (32) zum Kommunizieren mit der elektronischen Recheneinrichtung (14) und zum Kommunizieren mit dem weiteren Schnittstellensteuergerät (36) ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Elektrik/Elektronik-Architektur (10) für ein Kraftfahrzeug (12), bei welchem zwischen einer elektronischen Recheneinrichtung (14) und zumindest einem Aktor (16) des Kraftfahrzeugs (12) kommuniziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrik/Elektronik-Architektur (10) ein Schnittstellensteuergerät (18) aufweist, wobei zwischen dem zumindest einen Aktor (16) direkt mit der elektronischen Recheneinrichtung (14) kommuniziert wird und zwischen der zumindest einen Sensoreinrichtung (20) direkt mit dem Schnittstellensteuergerät (18) kommuniziert wird.
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