DE102006008958A1 - Elektronisches Kraftfahrzeugbremsensteuergerät - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeugbremsensteuergerät, umfassend konventionelle Funktionsgruppen mit einem elektronischen Bremsenregler und eine Hydraulikeinheit, welche insbesondere fest mit dem Regler verbunden ist, wobei der elektronische Regler ein redundantes oder teilredundantes Mikroprozessorsystem mit mehreren Zentralrecheneinheiten (CPU) enthält und wobei die konventionellen Funktionsgruppen eine Steuer- und Regelphilosophie zumindest für eine Antischlupfsregelung umfassen. Das Steuergerät umfasst weiterhin nichtkonventionelle Hardware- und Software-Funktionsgruppen eines sonst externen Kraftfahrzeug-Insassenschutz-Sicherheitssystems, welches insbesondere nicht direkt in die Fahrdynamik eingreift, also passiv ist. Diese Gruppen sind in das Umfeld des Kraftfahrzeugbremsensteuergeräts integriert, wobei Umfeld bedeutet, dass die zu integrierenden nichtkonventionellen Hardware- und Software-Funktionsgruppen zumindest in unmittelbarer Nähe des konventionellen elektronischen Bremsenreglers angeordnet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bremsensteuergerät für Kraftfahrzeuge gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
- Elektronische Steuergeräte für Kraftfahrzeugbremssysteme sind weitläufig bekannt und stellen zunehmend neben der Funktion Antiblockiersystem (ABS) auch vielfältige zusätzliche Funktionen, wie Antriebsschlupfregelung (ASR) und elektronische Bremsverteilung (EBV), aber auch Funktionen für die aktive Fahrsicherheit, wie elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), bereit.
- Während ABS, ARS und EBV als längsdynamisch regelnde Sicherheitseinrichtungen angesehen werden können, dient ESP zur Erhöhung der Sicherheit bei querdynamischen Einflüssen auf das Fahrzeug. Besonders das letztgenannte System kann wegen seines fahrerunabhängigen Brems- oder sogar Lenkeingriffs (ESP der neueren Generation) mehr noch als die zuvor genannten als aktives Sicherheitssystem aufgefasst werden.
- Durchgesetzt haben sich außerdem im Bereich der passiven Sicherheitssysteme vielfältige Airbag-Anordnungen, welche überwiegend dazu geführt haben, dass gesonderte elektronische Steuergeräte und Aktoren zur Ansteuerung der Airbags innerhalb eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Diese Steuergeräte werden oftmals auch zur Steuerung weiterer Pas siv-Sicherheitssysteme, wie straffbare Sicherheitsgurte, aktivierbare Überrollbügel, Fensterschließautomatiken etc. eingesetzt und umfassen neben einem Hauptprozessor oftmals einen kleineren Hilfsprozessor, welcher Teile der Hauptfunktion rechnerisch überprüft (sogenannte 1,5-kernige Systeme). Die in heutigen Steuergeräten für passive Sicherheitssysteme enthaltenen Mikroprozessorsysteme erfüllen in der Regel nicht die Anforderungen an Ausfallsicherheit, die an ein modernes ESP-Bremsensteuergerät gestellt werden müssen.
- In dem Gebiet der Kraftfahrzeugelektronik hat es schon häufiger Versuche gegeben, elektronische Komponenten zur Einsparung von Kosten in gemeinsamen Steuergeräten zu integrieren. Dies scheitert jedoch häufig daran, dass das bestehende Fehlerkonzept und der Hardwarebedarf der zu integrierenden Funktionen nicht zueinander kompatibel ist.
- Ein weiterer Integrationsgedanke wird mit dem Aktiv-Passiv-Integrations-Rnsatz (APIA) der Fa. Continental Teves GmbH & Co. oHG verwirklicht. Bei APIA gibt es einen zentral gesteuerten Systemverbund aus unterschiedlichen, vernetzten Steuergeräten, die den Fahrer aktiv bei der Bewältigung von Gefahrensituationen unterstützen. Ein Hauptaspekt dabei ist, die sonst nutzlos verstreichende Zeit zwischen einem Unfallereignis und einer damit in kausalem Zusammenhang stehenden Fahrerreaktion sinnvoll zu nutzen, um zumindest bei einem möglicherweise nicht mehr zu vermeidenden Unfall wenigstens einen bestmöglichen Schutz der Insassen bzw. der sonst am Unfall beteiligten Personen zu ermöglichen. Dazu setzt APIA auf den Datenaustausch zwischen den in einem Kraftfahrzeug vorhandenen elektronischen Systemen, die Informationen über die Aktivitäten des Fahrers, das Verhalten des Fahrzeugs und das Fahrzeugumfeld erheben.
- Neben der sich hieraus ergebenden Integration der Steuerprogramme (Software-Funktionsgruppen) gibt es auch bereits Ansätze hinsichtlich der Integration der entsprechenden Hardware (Hardware-Funktionsgruppen). In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 101 07 949 B4 (Temic, AT 20.02.2001) die grundsätzliche Möglichkeit der Kombination eines Airbag-Steuergeräts mit den Sensoren eines Bremsensteuergeräts. Entsprechend dem beschriebenen Beispiel ist nach wie vor eine räumliche Trennung der Elektronik des Bremssystems und der Elektronik der Airbag-Steuerung vorgesehen. - In der
DE 44 36 162 C1 (Siemens, AT 10.10.1994) wird kurz ein ESP-Regelungssystem vorgeschlagen, bei dem die Airbagsteuerung und das ESP-System in einem gemeinsamen Gehäuse an zentraler Stelle des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Auch hier wird darauf Wert gelegt, dass die Anordnung der Steuergeräte an zentraler Stelle erfolgt. Das würde bedeuten, dass das Steuergerät zum Beispiel unter dem Fahrersitz angeordnet werden müsste. Folglich lässt sich davon ausgehen, dass bei einer solchen Lösung zumindest die hydraulischen Komponenten des Bremssystems weiterhin im Motorraum angeordnet bleiben müssten. - In heutigen, mit entsprechenden Einrichtungen für einen sicheren Betrieb ausgestatteten, elektronischen Schaltkreisen für Bremssysteme oder auch Fahrdynamikregelungssysteme sind die Schaltkreise für die passiven Sicherheitssysteme oder Rückhaltessysteme noch in getrennten Steuergeräten untergebracht. Im Bereich der geregelten Bremsentechnik ist die Steuerung für das Fahrdynamik- und Bremssystem vielfach mit der Hydraulik des Bremssystems und dem Motor zu einer Einheit nach dem Prinzip des magnetischen Steckers verbunden, wonach die notwendigen Ventilspulen und die darin eingesteckten Ventildome in getrennten, miteinander verbundenen Gehäusebreichen angeordnet sind. Die Sensoren für das ESP-System einschließlich der notwendigen Auswerteelektronik befinden sich in Serienfahrzeugen jedoch meist weiterhin in einem getrennten, im Bereich der Fahrgastzelle angeordneten Gehäuse, da eine Integration dieser empfindlichen Sensoren im elektronischen Steuergerät des Bremssystems auf Grund des Einbauorts und der vorhandenen Vibrationen technisch schwierig ist. Die notwendigen Steuergeräte zur Ansteuerung der Airbags (bzw. der weiteren passiven Sicherheitssysteme) sind üblicherweise ebenfalls in der Fahrgastzelle angeordnet. Eine Kommunikation zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug erfolgt über geeignete digitale Netzwerke (z.B. CAN-Bus).
- Die getrennte räumliche Anordnung der oben aufgezählten, die aktive und passive Fahrsicherheit erhöhenden, Kraftfahrzeugsteuergeräte ist unter anderem nachteilig, da zum Teil für die gleiche physikalische Größe verwendete Sensoren mehrfach vorhanden sind (zum Beispiel Beschleunigungssensoren oder sogar Gierratensensoren). Entsprechendes gilt für die Aktuatorik, bestehend aus Aktortreiber und Aktor. Folglich ist die Reaktion auf auftretende Fehler und die zugrundeliegende Philosophie in heutigen, mit komplexen Sicherheitssystemen ausgestatteten Fahrzeugen, stark heterogen und wenig aufeinander abgestimmt. Ein weiterer Nachteil besteht in der Höhe der Fehlersicherheit bei an sich bekannten passiven Sicherheitssystemen auf Grund eines im entsprechenden Steuergerät nur eingeschränkt vorhandenen abgesicherten Mikroprozessorsystems.
- Mit der Überwindung der damit verbundenen Nachteile setzt sich die Erfindung unter anderem auseinander. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Nachteile eines insgesamt gesehen heterogenen Aktiv-passiv-Sicherheitssystems bestehend aus mehreren, im Fahrzeug verteilten Steuergeräten mit zumindest teilweise unterschiedlichen Sicherheitskonzepten zu beseitigen und dabei den Kostenaufwand und die Komplexität unter Berücksichtigung einer hohen Fehlersicherheit des Gesamtsystems zu verringern.
- Die Erfindung betrifft nun ein elektronisches Steuergerät gemäß Anspruch 1, welches diese Aufgabe löst.
- Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in Kraftfahrzeugbremssystemen mit unter anderem den Funktionen ABS-ESP, oder sogar EHB (brake by wire) in Großserien auf dem Markt sind, welche sehr hohe Anforderungen in Bezug auf Redundanz, Fehlererkennung, -verarbeitung und -toleranz erfüllen. Die Erfindung erreicht gemäß der beanspruchten Lösung eine Übertragung der im elektronischen Bremsenbereich möglichen hohen Sicherheitsstandards auch auf passive Sicherheitssysteme, wie Airbag, Gurtstraffer etc..
- Nach einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Lösung wird ein sicherheitskritisches Kraftfahrzeugregelsystem, wie zum Beispiel ein ABS/ESP-Steuergerät und ein Airbag-Steuergerät in einem gemeinsamen Steuergerät bzw. in einem räumlich eng zusammenliegenden Bereich zusammengefasst, wobei gleichzeitig nach der Erfindung eine Kostenreduktion im Bereich der für das Redundanz- und/oder Sicherheitskonzept zuständigen elektronischen Bauelemente erfolgt.
- Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbremsenssteuergerät umfasst konventionelle Funktionsgruppen in einem elektronischen Regler und eine Hydraulikeinheit, welche insbesondere fest mit dem Regler verbunden ist. Der elektronische Regler enthält ein redundantes oder teilredundantes Mikroprozessorsystem (μP) mit mehreren Zentralrecheneinheiten (CPU). Die konventionellen Funktionsgruppen umfassen eine Steuer- und Regelphilosophie zumindest für eine Antischlupfregelung (ABS), insbesondere aber auch ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP). Eine Funktionsgruppe kann neben Hardware-Elementen auch die für eine Funktion notwendigen Softwarekomponenten umfassen.
- Bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät handelt es sich also vorzugsweise um ein vollständig integriertes System, bei dem das Reglergehäuse (ECU) und der Hydraulikblock (HCU) fest, insbesondere nach dem an sich bekannten Prinzip des hydraulischen Steckers, miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind daher die Ventilspulen für die Hydraulikventile im Reglergehäuse angeordnet und aus dem Ventilblock ragen die Dome mit den Ventilstößen heraus. Das Steuergerät ist nach dieser bevorzugten Ausführungsform so aufgebaut, dass durch das Zusammenfügen von ECU mit HCU die Spulen über die Ventildome aufgesteckt sind, so dass sich ein einheitlicher Steuergeräteblock ergibt, welcher insbesondere zusätzlich einen Motor für eine im Ventilblock angeordnete Hydraulikpumpe aufweist.
- Gemäß der Erfindung umfasst das Kraftfahrzeugbremsensteuergerät weiterhin nichtkonventionelle elektronische Hardware- und Software-Funktionsgruppen, wie z.B. Bauelemente, Rechner, Speicher, Sensoren und Aktoren, sowie die Steuer- und Regelphilosophie, wie z.B. Algorithmen und/oder Software-Funktionsgruppen, eines sonst externen Kraftfahrzeug-Insassenschutz-Sicherheitssystems, welches insbesondere nicht direkt in die Fahrdynamik eingreift, also passiv ist. Die nichtkonventionellen Funktionsgruppen (Hardware-Gruppen/Softwareprogramme, Softwarephilosophien, Softwarefunktionen) umfassen beispielsweise auch die Funktionsgruppen eines Airbag-Steuergeräts, Gurtstraffers, automatischen Überrollbügels, Fensterschließautomatik etc..
- Nach der Erfindung sind die nichtkonventionellen Funktionsgruppen in das Umfeld des Kraftfahrzeugbremsenssteuergerät integriert, wobei Umfeld bedeutet, dass die zu integrierenden nichtkonventionellen Funktionsgruppen zumindest in unmittelbarer Nähe des elektronischen Bremsenreglers angeordnet sind.
- Im Steuergerät nach der Erfindung sind die nichtkonventionellen Komponenten insbesondere zumindest ins Innere des elektronischen Steuergeräts oder sogar ganz besonders bevorzugt in das Reglergehäuse des Kfz-Bremsenssteuergeräts integriert.
- Das Mikroprozessorsystem nach der Erfindung ist fehlersicher, da es ein komplexes Redundanzkonzept aufweist, und umfasst zwei oder mehrere Zentraleinheiten (Mikroprozessorkerne oder auch CPU's), die sich zum Zwecke der Fehlererkennung gegenseitig überwachen. Beispielsweise kann das System nach dem Prinzip der vollständigen Redundanz, der asymmetrischen Redundanz oder nach dem Prinzip der Kernredundanz arbeiten. Dabei sind zweikernige Redundanzkonzepte im Fehlerfall in der Regel so ausgelegt, dass das Gesamtsystem abge schaltet wird. Hierzu werden beispielsweise die Stromzuführungen von den Ventilen des Bremsensteuergeräts bei einem Fehler getrennt. Es sind nach einem anderem Beispiel aber auch komplexere, mehr als zweikernige Systeme einsetzbar, welche in der Regel Fehler im Bereich eines Kerns mit den verbleibenden Rechnerkernen tolerieren können. Diese komplexeren Systeme werden häufig nicht abschaltend, also selbsterhaltend ausgelegt. Die besagten drei- oder mehrkernigen Systeme sind zwar deutlich fehlertoleranter, aber durch den höheren Chipflächenbedarf und Funktionsumfang auch entsprechend teurer in der Herstellung. Bevorzugt ist es nun, die Hardware des Mikroprozessorsystems nach der Erfindung bezüglich des Redundanzkonzepts so auszulegen, dass es im Fehlerfall vollständig abschaltet oder im Sinne eines Notlaufs im Fehlerfall weiterarbeitet.
- In an sich bekannten vollredundanten Mikroprozessorsystemen sind die Zentraleinheiten und die für den Betrieb notwendigen Funktionsgruppen, wie Speicher, I/O usw. doppelt oder mehrfach vorhanden. Derartige vollredundante Systeme sind für die Kraftfahrzeugindustrie jedoch zu kostenintensiv. Gemäß einem Gedanken der Erfindung lassen sich die Herstellungskosten des integrierten Systems deutlich senken, wenn zum Beispiel dass an sich bekannte Prinzip der Kernredundanz angewendet wird. Nach dem Kernredundanzkonzept wird zwar nur der Kern, nicht aber die benötigte Speicher-Chipfläche verdoppelt. Der fehlende nicht verdoppelte Speicher wird lediglich mittels geeigneter Hardware-Maßnahmen über Paritätsinformationen abgesichert. Es sind auch Mischtypen bekannt geworden, die das Kernredundanz-Prinzip von 2-kernigen Systemen mit dem Prinzip der notlauffähigen Redundanz bei 3-kernigen Systemen kombinieren. Im Zusammenhang mit mehrker nigen Mikroprozessorsystemen ohne Notlauffähigkeit wird auf die Schriften
DE 43 41 082 (P7583), WO 97/06487 (P7959) sowie WO 99/35543 (P9131) und im Zusammenhang mit Notlauffähigkeit auf die WO 98/48326 (P9009) sowie WO 98/48326 (P9010) verwiesen. - Bevorzugt ist das Prinzip der Redundanz des Mikroprozessorsystems daher so ausgelegt, dass dieses entweder nach dem Prinzip der symmetrischen Redundanz oder der asymmetrischen Redundanz, insbesondere gemäß dem Prinzip der Kernredundanz arbeitet.
- Es ist aber auch möglich, zwei CPU's mit unterschiedlicher Leistungsfähigkeit miteinander zu verknüpfen. Dieses Prinzip ist unter dem Begriff "asymmetrische Redundanz" bekannt geworden, wie aus der
EP 0 611 352 B1 (P7255) hervorgeht, und bedeutet, dass der kleinere Prüfprozessor zumindest einen Teil der Regelfunktion des Hauptprozessors vereinfacht nachbildet. Es ist zwar prinzipiell möglich und daher auch alternativ bevorzugt, das Prinzip der asymmetrischen Redundanz auf das Mikroprozessorsystem gemäß der Erfindung anzuwenden. Jedoch ist damit eine Zunahme der Software-Komplexität verbunden, welche den Hardware-Einspareffekt bei heutigen Systemen meist überkompensiert. Deshalb werden gemäß der Erfindung die obigen kernredundanten Systeme mit identischen CPU's, aber unterschiedlichen Speicherkonfigurationen besonders bevorzugt, welche über Buskoppeleinheiten (Bustreiber) miteinander nicht nur eingangs- und ausgangsseitig, sondern auch auf Befehls- und Datenebene miteinander kommunizieren können. - Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der elektro nische Regler ein fehlersicheres Mikroprozessorsystem sowie die wichtigsten Grundelemente eines ABS-Steuergeräts. Dabei umfasst der elektronische Regler einen Mikrocontroller mit folgenden Funktionsgruppen:
- a) redundant ausgelegtes Mikroprozessorsystem,
- b) ein oder mehrere gemischte Analog-/Digitalschaltkreise zur Ansteuerung von leistungsfähigen Aktoren für die mechanischen Rückhaltesysteme, wie insbesondere Squibs etc.,
- c) redundante Abschaltkreise für die Aktoransteuerung (zum Beispiel ein oder zwei Hauptabschaltelemente, wie Main-Driver oder Safety-Switch) und
- d) autarke Energieversorgungseinheit.
- Die zuvor angesprochenen Grundelemente eines ABS-Steuergeräts werden nicht abschließend durch folgende Grund-Baugruppen definiert:
- A) Einrichtung zur Verarbeitung von Eingangssignalen von mehreren Raddrehzahlsensoren,
- B) Treiberausgänge für Magnetspulen oder insbesondere zusätzlich auch Spulen für magnetische Hydraulikventile,
- C) insbesondere einen oder mehrere Drucksensoreingänge und
- D) Ansteuertreiber für Warnlampe/n.
- Die Aktoren für die mechanischen Rückhaltesysteme sind bevorzugt sogenannte Squibs, worunter Zündeinrichtungen für z.B. Airbags oder Gurtstraffer verstanden werden.
- Unter dem Begriff "autarke Energieversorgungseinheit" oder auch Autarkie-Schaltkreis wird im Sprachgebrauch der Erfin dung ein Treiber oder ein Energiespeicher verstanden, wobei es sich auch um Treibergruppen oder Energiespeichergruppen handeln kann. Als Treiber kommen z.B. Ladungspumpen in Betracht, als Energiespeicher sind Kondensatoren, Akkumulatoren oder Batterien sinnvoll, die kurzfristig eine zur Zündung der Squibs notwendige Energiemenge bereitstellen können und ggf. zumindest zur kurzzeitigen Energieversorgung des Schaltkreises mit der zur Funktion notwendigen Energie geeignet sind.
- Das Mikroprozessorsystem umfasst bevorzugt die nichtkonventionellen Funktionsgruppen:
- e) mindestens einen Airbag-Beschleunigungssensor oder ein Airbag-Beschleunigungssensornetzwerk und
- f) mindestens einen Überwachungsschaltkreis für einen Beschleunigungssensor.
- Als Aktoren für die nichtkonventionellen Hardware-Funktionsgruppen kommen im allgemeinen alle bisher in passiven und aktiven Sicherheitssystemen verwendeten Aktoren zum Einsatz. Im Falle von Airbag-Rückhaltesystemen sind dies bevorzugt Treiber für Zündeinheiten ("Firing"-Units), welche aus einer oder mehreren pyrotechnischen Zellen bestehen. Daher kommen ein oder mehrere Treiber im Steuergerät nach der Erfindung zum Einsatz, wobei diese Treiber zweckmäßigerweise entsprechend der Erfindung mit der übrigen Elektronik integriert sind.
- Bevorzugt umfasst das Mikroprozessorsystem mindestens einen Sicherheitsaktor-Treiber, wie insbesondere
- g) mindestens einen Airbag-Zündtreiber, und/oder
- h) mindestens einen Treiber für einen Gurtstraffer.
- Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von "Integration" die Rede ist, so wird darunter eine schrittweise, mehrstufig bevorzugte Integration verstanden. Das heißt, in der ersten bevorzugten Integrationsstufe befindet sich die zu integrierende nichtkonventionelle Funktionsgruppe (Software- und/oder Hardwarekomponente) im Bereich des Umfelds des Steuergeräts, in dem die konventionellen Funktionsgruppen zusammengefasst sind. Damit ist gemeint, dass sich die zu integrierende Funktionsgruppe in unmittelbarer Nähe des Steuergerätes befindet, wodurch vorteilhaft nur kurze Leitungswege erforderlich sind.
- In der zweiten, mehr bevorzugten Integrationsstufe ist die zu integrierende Funktionsgruppe mechanisch mit dem Steuergerät, zum Beispiel in Form eines angeflanschten Gehäuses oder über einen Stecker mit dem Steuergerät direkt lösbar oder insbesondere unlösbar verbunden. Dies bietet den Vorteil, dass der überwiegende Teil der sonst notwendigen Bus-Kabel entfallen kann.
- In der dritten, noch mehr bevorzugten Integrationsstufe, befindet sich die zu integrierende Funktionsgruppe im Inneren des elektronischen Steuergeräts oder insbesondere im Inneren des elektronischen Reglergehäuses des Kfz-Bremsenssteuergeräts. Hierdurch ist die Funktionsgruppe gegen Umwelteinflüsse geschützt und es ergibt sich eine kompaktere Bauweise des Gesamtaggregats aus Ventilblock und dem elektronischen Reglersteuergehäuse.
- In der vierten, ganz besonders bevorzugten Integrationsstufe, befindet sich die zu integrierende Funktionsgruppe auf einem gemeinsamen Leiterbahnträger mit den Chips des Bremsensteuergeräts. Dies hat den Vorteil, dass die elektronischen Bauelemente in einem gemeinsamen Fertigungsverfahren kostengünstiger hergestellt werden können. Eine Bauraumeinsparung ergibt sich dadurch ebenfalls.
- In der fünften, mehr als ganz besonders bevorzugten Integrationsstufe, ist die zu integrierende Funktionsgruppe ein Bestandteil eines gemeinsam mit den Bremsensteuerungsbauelementen entwickelten Chipsatzes. Hierdurch wird erreicht, dass die vorhandenen Funktionsgruppen betriebssicher andere Hardware-Funktionsgruppen, wie z.B. A/D-Wandler, gemeinsam nutzen können, sofern dies durch das Fehlerkonzept sinnvoll ist. Eine zweckmäßige Variante dieser Art ist, wenn die hochintegrierten Schaltkreise mit dem Mikroprozessorsystem auf einem ersten Chip (MCU) und die Leistungsschaltkreise mit der notwendigen Logik auf einem weiteren zweiten Chip (PCU) untergebracht sind. Die Treiber und Eingangsschaltkreise für die Sicherheitssysteme sind bei dieser Variante im zweiten Chip mitintegriert.
- In der sechsten, endgültig bevorzugten Integrationsstufe, ist die zu integrierende nichtkonventionelle Funktionsgruppe mit den konventionellen Funktionsgruppen des Bremsensteuergerätes im wesentlichen auf einem gemeinsamen Chip integriert. Dabei ist nicht unbedingt nötig, dass dies auf einem Stück Halbleitermaterial erfolgt /z.B. Flip-Chip-Technik, jedoch kann dies besonders zweckmäßig sein. Die sechste Integrationsstufe ermöglicht eine Fertigung in besonders hoher Stückzahl bei niedrigem spezifischem Verbrauch von Waferma terial.
- Eine weitere Vereinfachung des Gesamtsystems wird erreicht, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Steuergeräts das gemeinsame Mikroprozessorsystem
- i) einen gemeinsamen Analog-/Digital-Wandler nutzt, welcher insbesondere redundant ausgelegt ist, und welcher sowohl Eingangssignale für die Bremsenregelung/-Steuerung als auch Eingangssignale für das Sicherheitssystem verarbeitet.
- Das so entstandene integrierte Kraftfahrzeugbremssystem nach der Erfindung hat den Vorteil, dass sich die vorhandenen Funktionsgruppen mehrfach nutzen lassen. Hierdurch wird insgesamt die Anzahl von Hardware- und Software-Funktionsgruppen reduziert.
- Weiterhin besteht der Vorteil, dass das Redundanzkonzept eines Mikroprozessorsystems mit mehreren Zentraleinheiten (z.B. nach dem Prinzip der Kernredundanz) auch für die nichtkonventionellen Funktionsgruppen genutzt werden kann. Hierdurch wird ein sicherer Betrieb der passiven Sicherheitssysteme erreicht.
- Das integrierte erfindungsgemäße Bremsensteuergerät besitzt außerdem den Vorteil, dass auf Grund kürzerer Datenverbindungen ein Datenaustausch zwischen den vorhandenen Software-Funktionsgruppen mit erhöhter Geschwindigkeit ermöglicht wird. Auf diese Weise lassen sich komplexe Fahrzustand-Auswertealgorithmen für z.B. sogenannte Pre-Crash-Funktionen besser implementieren. Hierdurch erhält man beispielsweise Bremsfunktionen, die den Bremsweg verkürzen helfen.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
- Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 eine Schaltungsanordnung mit einer Schaltungsanordnung für ein fehlerabgesichertes Bremsenssteuergerät, -
2 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung mit den wesentlichen Elementen eines Bremsensteuergerätes und den wesentlichen Elementen für Sicherheitssysteme, die auf einem gemeinsamen Chip integriert sind. - Auf Halbleitermaterial
2 sind unter anderem ein redundantes Mikrocontrollersystem20 , Logikelemente27 , Spannungsversorgung15 und Leistungstreiberstufen21 ,22 ,23 (im einzelnen Ventiltreiber mit pulsweitenmodulierter Ansteuerung21 , sonstige Ventiltreiber22 und Relais-Treiber23 ) und räumlich getrennte Prüfprozessoren24 ,25 (Watch Dogs) sowie Spannungsversorgungs-IC's15 ,15' zusammengefasst. Dies erfordert einen modernen Halbleiterprozess, welcher zumindest zum Teil "mixed-signal"-fähige Hardware-Strukturen erlaubt. Auf IC15 ist weiterhin ein Halbleiter-Hauptrelais angeord net, mit dem die Stromzuführung für die Ventilspulen unterbrochen werden kann. Ferner ist eine Ein-/Ausgabe-Einheit26 vorhanden, mit der beispielsweise die Warnlampe WL des ABS-Bremssystems angesteuert werden kann. - Mikroprozessorsystem
20 umfasst zwei Zentraleinheiten21 , und ist entsprechend dem Prinzip der Kernredundanz aufgebaut. Das heißt, der Speicher der beiden Mikrocontroller ist nicht lediglich dupliziert, sondern es werden zumindest Teile des Redundanzspeichers, soweit aus Redundanzgründen möglich, entfernt. Die entfernten Speicherteile werden durch entsprechende Hardware-Prüffunktionen in Verbindung mit Redundanzspeicherbereichen abgesichert. Über seriellen Bus1 ist Mikroprozessor20 mit anderen Chipbereichen für den Austausch von Daten verbunden bzw. zur Ansteuerung der Treiber21 ,22 ,23 für die Aktoren verbunden. - Die wesentlichen Elemente der Schaltungsanordnung in
2 , bei der die nichtkonventionellen Funktionsgruppen von passiven Sicherheitssystemen auf Halbleitermaterial3 integriert sind, entsprechen bezüglich der konventionellen ABS-/ESP-Funktionsgruppen den Elementen der Schaltungsanordnung in1 . Bei den integrierten nichtkonventionellen Funktionsgruppen handelt es sich im wesentlichen um Hardware-Logik-Elemente und Leistungstreiber, das heißt die Software-Funktionsgruppen des nichtkonventionellen Passivsystems werden gemeinsam in Mikroprozessorsystem20 verarbeitet. Unter anderem sind dies Treiberstufen9 , welche zur Ansteuerung von Airbags4 , Gurtstraffern5 und ggf. weiteren Aktoren6 mit auf dem Chip integriert sind. Auch sind zusätzliche Sensoreingänge22 vorhanden, um Sensorsignale, die im Zusammenhang mit den angeschlossenen passiven Sicherheitssystemen gesondert benötigt werden, zu verarbeiten. - Auf dem einstückigen Halbleitermaterial
3 kann außerdem ein für ESP vorgesehener Gierratenssensor7 integriert sein, falls dieser nicht außerhalb des Chips in Modul7' angeordnet wird. Weiterhin befindet sich auf Chip3 Autarkie-Modul8 zur autarken Spannungsversorgung des Chips bzw. der Auslöseeinheit für die passiven Sicherheitssysteme4 bis6 .9 bezeichnet Zündtreiber (Firing Stages) für die Sicherheitssysteme4 bis6 (z.B. Squib's). Mit10 ist ein Sicherheitsschalter zum Abschalten der Aktor-Treiber9 bezeichnet, welcher für den Fall, dass ein Fehler in Mikroprozessorsystem20 oder einem anderen Schaltkreis auftritt, den Aktorzugriff verhindert. Sicherheitsschalter10 wirkt auf alle Ausgänge gemeinsam, so dass ein zusätzlicher, an sich üblicher, "Safety-Switch", der speziell für die Sicherheitssysteme vorgesehen ist, entfallen kann. Dieser wirkt vorteilhaft gleichzeitig auch auf die Treiber des Bremssystems11 , welche mit den Ventilspulen12 oder Motor13 zur Ansteuerung einer Hydraulikpumpe des Bremssystems verbunden sind.14 bezeichnet ein Modul zur Raddrehzahlsensorsignalverarbeitung.15 bezeichnet eine gemeinsame Spannungsversorgung mit einer Weck-Einrichtung15' .16 bezeichnet einen gemeinsamen Watch-Dog, welcher den Bus, den Prozessor und die Eingänge auf Fehler überwacht. Mit17 sind Eingangsschaltkreise oder Überwachungsschaltkreise für Sensoren der passiven Sicherheitssysteme bezeichnet (z.B. für Beschleunigungssensoren18 ). - Tritt im Bereich des Mikroprozessorsystems
20 ein Fehler auf, so wird über nicht dargestellte Fehlerleitungen ein Fehlersignal an Watch-Dog16 ausgegeben, welcher auch entsprechend1 zweifach (redundant) ausgeführt sein kann. - Dieser schaltet dann über Sicherheitsschalter
10 alle Ausgänge zu den konventionellen und nichtkonventionellen Aktoren ab.
Claims (11)
- Kraftfahrzeugbremsensteuergerät aus einem elektronischen Bremsenregler und einer insbesondere fest mit dem Regler verbundenen Hydraulikeinheit, wobei der elektronische Regler ein redundantes oder teilredundantes Mikroprozessorsystem (
20 ) mit mehreren Zentralrecheneinheiten (21 ) enthält, und wobei konventionelle Funktionsgruppen zum einen Softwarekomponenten mit einer Steuer- und Regelphilosophie sowie Hardwarekomponenten zumindest für eine Antischlupfregelung (ABS) sowie Hardwarekomponenten umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass nichtkonventionelle Funktionsgruppen eines sonst externen passiven Kraftfahrzeug-Insassenschutz-Sicherheitssystems vorhanden sind und diese in das Umfeld des Kraftfahrzeugbremsensteuergeräts integriert sind, wobei Umfeld bedeutet, dass die zu integrierenden nichtkonventionellen Funktionsgruppen, welche jeweils Hard- und/oder Softwarekomponenten umfassen können, zumindest in unmittelbarer Nähe des konventionellen elektronischen Bremsenreglers angeordnet sind. - Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardware des Mikroprozessorsystems bezüglich des Redundanzkonzepts so ausgelegt ist, dass es im Fehlerfall vollständig abschaltet oder im Sinne eines Notlaufs im Fehlerfall weiterarbeitet.
- Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prinzip der Redundanz des Steuergeräts so ausgelegt ist, dass das Mikroprozessorsystem, welches die Bremsenfunktion steuert, entweder nach dem Prinzip der symmetrischen Redundanz oder der asymmetrischen Redundanz, insbesondere gemäß dem Prinzip der Kernredundanz arbeitet, und dass die nichtkonventionellen Funktionsgruppen des Kraftfahrzeug-Insassenschutz-Sicherheitssystems durch einen abschaltenden Fehler nicht beeinträchtigt werden.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroprozessorsystem einen Mikrocontroller umfasst, welcher zumindest die Funktionsgruppen a) redundant ausgelegtes Mikroprozessorsystem, b) ein oder mehrere gemischte Analog-/Digitalschaltkreise zur Ansteuerung von leistungsfähigen Aktoren für die mechanischen Rückhaltesysteme, c) redundante Abschaltkreise für die Aktoransteuerung und d) autarke Energieversorgungseinheit sowie die Grundelemente eines ABS-Steuergeräts, welches unter anderem zumindest durch die Baugruppen A) Einrichtung zur Verarbeitung von Eingangssignalen von mehreren Raddrehzahlsensoren, B) Treiberausgänge für Magnetspulen oder insbesondere zusätzlich auch Spulen für magnetische Hydraulikventile, C) insbesondere einen oder mehrere Drucksensoreingänge und D) Ansteuertreiber für Warnlampe/n definiert ist, umfasst.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroprozessorsystem die nichtkonventionellen Funktionsgruppen e) mindestens einen Airbag-Beschleunigungssensor oder ein Airbag-Beschleunigungssensornetzwerk und f) mindestens einen Überwachungsschaltkreis für einen Beschleunigungssensor umfasst.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroprozessorsystem mindestens einen Sicherheitsaktor-Treiber umfasst.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroprozessorsystem einen Mikrocontroller umfasst, in dem einige oder alle vorhandenen nichtkonventionellen Hardware-Funktionsgruppen in einem gemischten Analog/Digitalschaltkreis (b)) integriert sind oder diese Zusatzkomponenten in einem weiteren gemischten Analog/Digitalschaltkreis integriert sind.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Integration der Funktionsgruppen auf der Leiterplatte, insbesondere in einem Chip oder Chipsatz aus mehreren Chips erfolgt.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroprozessorsystem D) zumindest einen Eingang für ein Gierratensensormodul (z.B. "Sensorcluster") und/oder zumindest einen integrierten Gierratensensor umfasst.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroprozessorsystem E) einen oder mehrere Watch-Dog-Schaltkreise umfasst, welcher/welche die Funktion des oder der Mikroprozessorsysteme überwacht/überwachen.
- Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Mikroprozessorsystem i) einen gemeinsamen Analog-/Digital-Wandler nutzt, welcher insbesondere redundant ausgelegt ist, und welcher sowohl Eingangssignale für die Bremsenregelung/-Steuerung als auch Eingangssignale für das Sicherheitssystem verarbeitet.
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