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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl von Betriebskomponenten und einer Vielzahl von Steuereinrichtungen jeweils zum Ansteuern zumindest einer der Betriebskomponenten. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugs.
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Steuereinrichtungen bzw. Steuergeräte in Kraftfahrzeugen werden dazu genutzt, um verschiedene Funktionen des Kraftfahrzeugs auszuführen. Üblicherweise wird mit einer solchen Steuereinrichtung eine Eingangsgröße von einer Betriebskomponente des Kraftfahrzeugs ermittelt, die von einem Sensor im Kraftfahrzeug bereitgestellt wird. Anhand dieser Eingangsgröße wird durch die Steuereinrichtung eine Ausgangsgröße berechnet, die beispielsweise zur Ansteuerung eines Aktors der jeweiligen Betriebskomponente verwendet wird. Zu diesem Zweck umfasst die Steuereinrichtung in der Regel einen Prozessor, auf dem ein entsprechendes Steuerprogramm ausgeführt wird. Ebenso kann durch die Steuereinrichtung eine Ausgangsgröße automatisch oder in Folge einer Bedieneingabe eines der Fahrzeuginsassen erzeugt werden.
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Solche Steuereinrichtungen werden zur Steuerung und/oder Regelung einer Vielzahl von Betriebskomponenten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Steuerung des Motors, verwendet. Zudem umfassen die Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs entsprechende Steuereinrichtungen, mit denen der Fahrzeugführer beim Betreiben des Kraftfahrzeugs unterstützt werden kann. Überdies werden solche Steuereinrichtungen beispielsweise zur Steuerung und/oder Regelung der Klimaanlage, des Navigationssystems, der Audioanlage oder dergleichen genutzt. In modernen Kraftfahrzeugen werden immer mehr Steuereinrichtungen bzw. Steuergeräte verbaut, wodurch sich das Gewicht der Kraftfahrzeuge erhöht und zusätzliche Kosten beim Einbau entstehen.
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Die
DE 10 2006 056 318 A1 beschreibt ein Kommunikationssystem eines Fahrzeugs, bei dem die Hauptbetriebskomponenten, die jeweils eine Steuereinheit zum Steuern und/oder Regeln der Hauptbetriebskomponente umfassen, mit einem Ethernet-Netzwerk verbunden sind. Somit wird eine echtzeitfähige Kommunikation zwischen den Hauptbetriebskomponenten ermöglicht. Hierbei sind insbesondere die Einheiten, die die Netzwerkkommunikation und die Ansteuerung der Hauptbetriebskomponente ermöglichen, auf einem gemeinsamen Halbleiterbaustein (Chip) angeordnet.
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Aus der
DE 601 26 373 T2 ist ein Fahrzeugnetzwerk mit mehreren Steuereinheiten bekannt, die über einen Netzwerkbus miteinander verbunden sind. Hierbei umfasst das Netzwerk eine Mehrzahl von virtuellen Netzwerken, in denen jeweils diejenigen Steuereinrichtungen zusammengefasst sind, die zusammen eine Fahrzeugsteueraufgabe ausführen. In einer Ausführungsform umfasst die Steuereinheit einen Kommunikations-Kernel als standarisierte Schnittstelle, um das Hochfahren, das Herunterfahren und die Fehlerhandhabung der Steuereinrichtungen zu steuern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Funktionalität der zuvor beschriebenen Steuereinrichtungen in einem Kraftfahrzeug besonders einfach und effektiv zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Demnach wird bereitgestellt ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl von Betriebskomponenten und einer Vielzahl von Steuereinrichtungen jeweils zum Ansteuern zumindest einer der Betriebskomponenten, wobei die Steuereinrichtungen jeweils durch einen Prozessorkern zumindest eines Mehrkernprozessors gebildet bzw. bereitgestellt sind. Solche Mehrkernprozessoren, die auch als Multicore-Prozessoren bezeichnet werden, umfassen mehrere Prozessorkerne auf einem gemeinsamen Chip. Diese Anordnung ermöglicht es, dass mehrere Rechenprozesse parallel ausgeführt werden können, wodurch die Rechenleistung des Mehrkernprozessors insgesamt erhöht wird.
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Erfindungsgemäß ist jede Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs durch einen Prozessorkern des Mehrkernprozessors gebildet. Mit anderen Worten werden die üblicherweise in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Steuereinrichtungen bzw. Steuergeräte durch die Prozessorkerne des Mehrkernprozessors ersetzt, die die Funktion der jeweiligen Steuereinrichtungen bereitstellen. Zu diesem Zweck kann auf jedem Prozessorkern ein entsprechendes Steuerprogramm betrieben werden, mit dem Eingangsgrößen erfasst werden können, die von Sensoren des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden oder die durch eine Bedieneingabe der Fahrzeuginsassen erzeugt werden. Anhand dieser Eingangsgröße wird durch das Steuerprogramm eine Ausgangsgröße berechnet, mittels welcher eine Betriebskomponente des Kraftfahrzeugs angesteuert werden kann. Hierbei ist es ebenso denkbar, dass mehrere Prozessorkerne zum Ansteuern einer Betriebskomponente verwendet werden.
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Durch die Einzelprozessoren eines einzigen Multikernprozessors kann jeweils die Funktionalität aller Steuereinrichtungen des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Steuereinrichtungen durch die Einzelkernprozessoren von mehreren Multikernprozessoren realisiert werden. Um eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten, kann zu jedem Multikernprozessor ein identischer, zweiter Multikernprozessor vorgesehen sein, der beim Ausfall des ersten Multikernprozessors verwendet werden kann. Durch die Verwendung eines solchen Multikernprozessors kann der benötigte Bauraum im Kraftfahrzeug reduziert werden und das Gewicht des Kraftfahrzeugs kann gesenkt werden. Des weiteren können Kosten eingespart werden. Unter Betriebskomponenten sind vorliegend diejenigen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen, die üblicherweise von einem Steuergerät angesteuert werden bzw. angesteuert werden können.
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Durch die Prozessorkerne des Mehrkernprozessors kann zudem eine hohe Flexibilität erreicht werden. So können durch die entsprechenden Steuerprogramme, die auf den Prozessorkernen betreiben werden, auf einfache Weise die Steuereinrichtungen für die jeweiligen Betriebskomponenten realisiert werden. Somit können auch Steuereinrichtungen einfach hinzugefügt oder entfernt werden, ohne dass entsprechende Umbau- bzw. Einbaumaßnahmen notwendig sind.
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Bevorzugt sind die Prozessorkerne des Mehrkernprozessors einem gemeinsamen Prozessordatenbus zugeordnet, um aus dem Prozessordatenbus Datenwerte auslesen zu können. Auf diese Weise können Datenwerte besonders einfach zwischen den einzelnen Prozessorkernen und somit zwischen den einzelnen Steuereinrichtungen ausgetauscht werden. Bevorzugt ist der Prozessordatenbus bzw. die dazugehörige Prozessordatenleitung dazu ausgebildet, dass eine echtzeitfähige Kommunikation zwischen den einzelnen Steuereinrichtungen ermöglicht wird. Zu diesem Zweck wird durch den Prozessordatenbus eine solche Datenübertragungsrate ermöglicht, dass die Steuervorgänge der jeweiligen Steuereinheiten in der dafür vorgegebenen Zeit sicher ausgeführt werden können. Somit können die jeweiligen Betriebskomponenten besonders zuverlässig und schnell angesteuert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Prozessorkerne des Mehrkernprozessors und der Prozessordatenbus mit der dazugehörigen Prozessordatenleitung auf einem gemeinsamen Trägermaterial, insbesondere einem Halbleitermaterial, angeordnet. Durch die gemeinsame Anordnung der einzelnen Prozessorkerne und der dazugehörigen Prozessordatenleitung auf einem gemeinsamen Träger bzw. auf dem gleichen Chip kann eine besonders Bauraum sparende Anordnung erreicht werden. Die entsprechende Prozessordatenleitung kann bereits bei der technologischen Herstellung des Multikernprozessors berücksichtigt werden. Ebenso kann eine bereits auf dem Mehrkernprozessor vorhandene Datenleitung genutzt werden. Zudem können ein oder mehrere Speicherelement auf dem Chip vorgesehen sein. Auf diesen Speicherelementen können Datenwerte hinterlegt sein, anhand derer die Betriebskomponenten angesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich können von den Steuereinrichtungen Datenwerte auf den Speicherelementen abgelegt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Mehrkernprozessor eine Steuereinheit, mit der ein Steuersignal erzeugbar ist, das bewirkt, dass zum Ansteuern der jeweiligen Betriebskomponenten ein Steuerprogramm auf den jeweiligen Prozessorkernen zum Ablauf gebracht wird. Diese übergeordnete Steuereinheit kann beispielsweise als zentrale Steuereinheit vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann beispielsweise einer der Prozessorkerne des Mehrkernprozessors die Aufgabe einer zentralen Steuereinheit übernehmen. Ebenso ist es denkbar, dass mehrere Steuereinheiten dezentral verteilt vorliegen. So können beispielsweise auf mehreren oder auf jedem Prozessorkern eine entsprechende Steuereinheit vorhanden sein. Die Funktion der jeweiligen Steuereinheit kann durch ein Softwareprogramm ermöglicht werden, das auf den Prozessorkernen betrieben wird. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Ansteuerung der einzelnen Prozessorkerne bzw. Steuereinrichtungen, die in einem Netzwerk verschaltet sind, ermöglicht werden. Mit anderen Worten wird das Netzwerkmanagement durch die Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessorkernen realisiert.
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Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, ein Steuersignal zu erzeugen, mit dem ein Einschalten und/oder ein Ausschalten der jeweiligen Prozessorkerne bewirkbar ist. Durch die Steuereinheit können diejenigen Prozessorkerne bzw. Steuereinrichtungen eingeschaltet bzw. aufgeweckt werden, die aktuell zum Ansteuern der jeweiligen Betriebskomponenten benötigt werden. Diejenigen Steuereinrichtungen, die momentan nicht benötigt werden, können durch die Steuereinheit ausgeschaltet werden. Somit können die Steuereinrichtungen besonders einfach und effektiv betrieben werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, ein Steuersignal zu erzeugen, mit dem die jeweiligen Prozessorkerne von einem Betriebsmodus in einen Ruhemodus schaltbar sind. Die Prozessorkerne bzw. die Steuereinrichtungen, die aktuell nicht zum Ansteuern der Betriebskomponenten benötigt werden, können in einen Ruhemodus bzw. in einen Stand-by-Modus geschaltet werden, in dem sie einen geringeren Energie- bzw. Leistungsbedarf aufweisen. Somit kann effektiv Energie eingespart werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die jeweiligen Prozessorkerne mit einem Kraftfahrzeugdatenbus verbunden. Um einen entsprechenden Datenaustausch zwischen den Steuereinrichtungen und den Betriebskomponenten zu ermöglichen, sind die einzelnen Prozessorkerne mit einem Kraftfahrzeugdatenbus, insbesondere einem CAN-Bus, verbunden. Als Kraftfahrzeugdatenbus können ebenso die Busse FlexRay und Ethernet genutzt werden. Über den Kraftfahrzeugdatenbus können entsprechende Sensorsignale zu den Prozessorkernen übertragen werden. Über dies können über den Kraftfahrzeugdatenbus Steuersignale für die Betriebskomponenten übertragen werden.
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Über dies wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, bei welchem durch eine Vielzahl von Steuereinrichtungen jeweils zumindest eine Betriebskomponente aus einer Vielzahl von Betriebskomponenten des Kraftfahrzeugs angesteuert wird, wobei die Steuereinrichtungen jeweils durch einen Prozessorkern eines Mehrkernprozessors gebildet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erfassen einer Betriebsgröße zumindest einer der Betriebskomponenten und das Ansteuern der zumindest einen Betriebskomponente in Abhängigkeit von der erfassten Betriebsgröße. Somit können die Betriebskomponenten in dem Kraftfahrzeug besonders einfach gesteuert bzw. geregelt werden.
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Die in Bezug auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug beschriebenen Weiterbildungen lassen sich entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs übertragen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, das einen Mehrkernprozessor mit mehreren Prozessorkernen umfasst, mit denen die Betriebskomponenten des Kraftfahrzeugs angesteuert werden können.
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Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10. Ein solches Kraftfahrzeug 10 umfasst üblicherweise eine Vielzahl von Betriebskomponenten 12. Der Einfachheit halber sind in der Figur nur drei Betriebskomponenten 12 beispielhaft dargestellt. Die Betriebskomponente 12 kann beispielsweise ein Antriebsmotor, ein Navigationssystem, ein Audiosystem, ein elektrisch verstellbarer Sitz oder dergleichen sein. Die Betriebskomponenten 12 stellen vorliegend die Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 dar, die üblicherweise durch Steuereinrichtungen bzw. Steuergeräte des Kraftfahrzeugs 10 angesteuert und/oder geregelt werden.
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Vorliegend sind die bekannten Steuergeräte des Kraftfahrzeugs durch entsprechende Steuereinrichtungen ersetzt, die durch Prozessorkerne 14 eines Mehrkernprozessors 16 gebildet werden. Ein solcher Mehrkernprozessor 16 kann von zwei bis zu mehreren Hundert Prozessorkernen 14 umfassen. In der Figur ist beispielhaft ein Mehrkernprozessor 16 mit drei Prozessorkernen 14 dargestellt. Hierbei ist jeweils ein Prozessorkern 14 einer Betriebskomponente 12 zugeordnet. Ebenso können auch mehrere Prozessorkerne 14 dazu genutzt werden, um nur eine Betriebskomponente 12 anzusteuern. Die Prozessorkerne 14 des Mehrkernprozessors 16 sind über einen Kraftfahrzeugdatenbus 18 mit den Betriebskomponenten 12 verbunden. Der Kraftfahrzeugdatenbus 18 kann insbesondere ein CAN-Bus des Kraftfahrzeugs 10 sein.
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Die Prozessorkerne 14 sind beispielsweise durch den Betrieb eines entsprechenden Softwareprogramms dazu ausgebildet, dass entsprechende Eingangsgrößen empfangen werden können. Diese Eingangsgrößen werden durch hier nicht dargestellte Sensoren des Kraftfahrzeugs 10 oder durch eine Bedieneingabe der Fahrzeuginsassen bereitgestellt und über den Kraftfahrzeugdatenbus 18 an die jeweiligen Prozessorkerne 14 übertragen. Auf den jeweiligen Prozessorkernen 14 wird ein entsprechendes Steuerprogramm betrieben, durch welches anhand der erfassten Eingangsgröße eine Ausgangsgröße berechnet werden kann. Anhand der Ausgangsgröße kann beispielsweise ein Steuersignal erzeugt werden, mit dem die jeweiligen Betriebskomponenten 12 angesteuert werden. Auch die von den Prozessorkernen 14 erzeugten Steuersignale werden über den Kraftfahrzeugdatenbus 18 an die jeweiligen Betriebskomponenten 12 übertragen.
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Bevorzugt sind die Prozessorkerne 14 des Mehrkernprozessors 16 mit einem Prozessordatenbus 20 verbunden. Somit können die Prozessorkerne 14 Datenwerte aus dem Prozessordatenbus 20 auslesen. Ebenso können Datenwerte zwischen den einzelnen Prozessorkernen 14 übertragen bzw. ausgetauscht werden. Die einzelnen Prozessorkerne 14 können beispielsweise ringförmig, sternförmig oder linienförmig durch den Prozessordatenbus 20 miteinander verbunden sein. Insbesondere ist der Prozessordatenbus 20 bzw. die dazugehörige Prozessordatenleitung so ausgebildet, dass eine echtzeitfähige Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessorkernen 14 ermöglicht wird. Die Prozessordatenleitung kann beispielsweise nach dem Ethernet-Standard ausgebildet sein. Die einzelnen Prozessorkerne 14 des Mehrkernprozessors 16 und der Prozessordatenbus 20 sind bevorzugt auf einem gemeinsamen Trägermaterial 22 bzw. auf einem gemeinsamen (Halbleiter-)Chip angeordnet.
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Der Mehrkernprozessor 16 umfasst eine Steuereinheit 24 mit der ein entsprechendes Steuersignal erzeugbar ist, das bewirkt, dass die zum Ansteuern der jeweiligen Betriebskomponenten 12 ein Steuerprogramm zu Ablauf gebracht wird. Ebenso ist die Steuereinheit 24 dazu ausgelegt, ein Steuersignal zu erzeugen, mit dem ein Aktivieren bzw. Einschalten und/oder ein Deaktivieren bzw. Ausschalten der jeweiligen Prozessorkerne 14 bewirkt werden kann. Mit einem entsprechenden Steuersignal der Steuereinheit 24 kann zudem bewirkt werden, dass der jeweilige Prozessorkern 14 von einem Betriebsmodus in einen Ruhemodus bzw. Stand-by-Modus geschaltet wird. Auf diese Weise kann effektiv Energie eingespart werden.
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Die Steuereinheit 24 kann wie in der Figur dargestellt, als eine zentrale Steuereinheit 24 ausgebildet sein. Hierbei kann einer der Prozessorkerne 14 des Mehrkernprozessors 16 beispielsweise durch ein entsprechendes Softwareprogramm dazu ausgebildet sein, dass er die Funktion einer zentralen Steuereinrichtung 24 übernimmt. Alternativ können mehrere Steuereinrichtungen 24 dezentral angeordnet sein. Zu diesem Zweck können mehrere oder alle Prozessorkerne 14 eine Steuereinrichtung 24 aufweisen.
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Bevorzugt sind auf dem Trägermaterial 22 bzw. Chip ein oder mehrere nicht gezeigte Speicherelemente angeordnet. Auf diesen Speicherelementen können Datenwerte hinterlegt sein, auf die die jeweiligen Prozessorkerne 14 bzw. Steuereinrichtungen zum Ansteuern der jeweiligen Betriebskomponenten 12 zugreifen können. Zudem können Datenwerte von den Prozessorkernen 14 auf den Speicherelementen abgelegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006056318 A1 [0004]
- DE 60126373 T2 [0005]
