DE102019219752A1 - Control system and method for operating a control system - Google Patents
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Abstract
Steuerungssystem (1a, 1b) zum Steuern von Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs, wobei das Steuerungssystem (1a, 1b) aufweisteine erste Elektronikeinheit (2a) mit einer ersten Schnittstelle zur Ankopplung von ersten Peripheriegeräten, und eine zu der ersten Elektronikeinheit (2a) identische oder gleichgeartete zweite Elektronikeinheit (2b) mit einer zweiten Schnittstelle zur Ankopplung von zweiten Peripheriegeräten, so dass das Steuerungssystem (1a,1b) bei Ausfall der ersten Elektronikeinheit (2a) oder der zweiten Elektronikeinheit (2b) einen sicheren Betrieb der durch die erste Elektronikeinheit (2a) und die zweite Elektronikeinheit (2b) betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet, und eine erste Stromversorgung zum Versorgen der ersten Elektronikeinheit (2a) und eine zweite, von der ersten Stromversorgung getrennte, Stromversorgung zum Versorgen der zweiten Elektronikeinheit (2b), und ein Kondensatorsystem (10), welches dazu ausgebildet ist, beide Elektronikeinheiten (2a, 2b) voneinander elektrisch zu trennen und eine Signalübertragung zwischen den Elektronikeinheiten (2a, 2b) zu bewerkstelligen.Control system (1a, 1b) for controlling vehicle components of a vehicle, the control system (1a, 1b) having a first electronic unit (2a) with a first interface for coupling first peripheral devices, and a second identical or similar to the first electronic unit (2a) Electronics unit (2b) with a second interface for coupling second peripheral devices, so that the control system (1a, 1b) can operate safely if the first electronics unit (2a) or the second electronics unit (2b) fails the second electronic unit (2b) ensures operated vehicle components, and a first power supply for supplying the first electronic unit (2a) and a second, separate from the first power supply, power supply for supplying the second electronic unit (2b), and a capacitor system (10), which is designed for this purpose, both electronic units (2a, 2b) voneina nder electrically and to accomplish a signal transmission between the electronic units (2a, 2b).
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zum Steuern von Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs mit einer Leiterplatte. Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems.The invention relates to a control system for controlling vehicle components of a vehicle with a circuit board. The invention further comprises a method for operating a control system.
Die Anforderungen an die funktionale Sicherheit beim autonomen Fahren (AD) sind extrem hoch. Insbesondere für die Level 4 und Level 5 des autonomen Fahrens ist es erforderlich, dass die Steuerungssysteme, insbesondere die Steuerungsgeräte, nicht nur Fail-Safe, sondern auch Fail-Operational sind.The requirements for functional safety in autonomous driving (AD) are extremely high. In particular for levels 4 and 5 of autonomous driving, it is necessary that the control systems, in particular the control devices, are not only fail-safe but also fail-operational.
Fail-Safe bedeutet in diesem Zusammenhang, dass im Fehlerfall die ausgefallene Komponente/Steuergerät nicht mehr zur Verfügung steht. Der Ausfall der Komponente/Steuergerät führt jedoch nicht zu einem Gefahrenzustand, sondern das Fahrzeug ist weiterhin beherrschbar. Ein Beispiel für ein solches System ist beispielsweise die Servolenkung, die bei einem Ausfall durch erschwertes manuelles Bedienen/Drehen des Lenkrads ersetzt werden kann.In this context, fail-safe means that the failed component / control unit is no longer available in the event of a fault. However, the failure of the component / control unit does not lead to a dangerous state, but the vehicle can still be controlled. An example of such a system is, for example, the power steering, which can be replaced in the event of a failure by making it difficult to manually operate / turn the steering wheel.
Fail-Operational bedeutet, dass die Komponente /Steuergerät im Fehlerfall weiterarbeitet. Dazu ist ein fehlertoleranter Aufbau der Komponente /Steuergerät notwendig. Um den Zustand „Fail-Operational“, bei einem Steuergerät zu erreichen, werden für gewöhnlich mehrere redundante Steuergeräte in einem Fahrzeug parallel eingebaut. Bei einem Ausfall einer der Steuergeräte kann daher auf ein anderes Steuergerät zugegriffen werden. Bei klassischen Steuergeräten besteht immer die Möglichkeit, mehrere Steuergeräte über klassische Automotive-Protokolle, wie beispielsweise CAN, CAN-FD und externe Kabel miteinander zu verbinden.Fail-operational means that the component / control unit continues to work in the event of an error. This requires a fault-tolerant structure of the component / control unit. In order to achieve the "fail-operational" state for a control unit, several redundant control units are usually installed in parallel in a vehicle. If one of the control units fails, another control unit can be accessed. With classic control units, there is always the option of connecting several control units using classic automotive protocols such as CAN, CAN-FD and external cables.
Moderne AD-Steuergeräte bestehen jedoch aus mehreren komplexen Signalen mit hoher Frequenz, Bandbreite und Geschwindigkeit, die nicht einfach über externe Kabel, wie PCI Express, MIPI/CSI, Ethernet, etc., miteinander verbunden werden können.However, modern AD control devices consist of several complex signals with high frequency, bandwidth and speed that cannot simply be connected to one another via external cables such as PCI Express, MIPI / CSI, Ethernet, etc.
Die
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hinsichtlich der Ausfallsicherheit verbessertes und vereinfachtes Steuerungssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben, insbesondere eines solchen Steuerungssystems, bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a control system that is improved and simplified with regard to failure safety and a method for operating, in particular such a control system.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Steuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.This object is achieved by a control system with the features of claim 1 and a method with the features of claim 12.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die geeignet miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.The subclaims list further advantageous measures which can be suitably combined with one another in order to achieve further advantages.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuerungssystem zum Steuern von Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs, das Steuerungssystem aufweisend eine Leiterplatte und eine erste Elektronikeinheit, welche auf der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die erste Elektronikeinheit eine erste Schnittstelle zur Ankopplung von ersten Peripheriegeräten aufweist, wobei die erste Elektronikeinheit zur Generierung von ersten Ausgangssignalen anhand der von den ersten Peripheriegeräten übermittelten ersten Eingangssignalen ausgestaltet ist, und eine zu der ersten Elektronikeinheit identische oder gleichgeartete zweite Elektronikeinheit, welche auf der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die zweite Elektronikeinheit eine zweite Schnittstelle zur Ankopplung von zweiten Peripheriegeräten aufweist, so dass das Steuerungssystem bei Ausfall der ersten Elektronikeinheit oder der zweiten Elektronikeinheit einen sicheren Betrieb der durch die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet,
wobei die zweite Elektronikeinheit zur Generierung von zweiten Ausgangssignalen anhand der von den zweiten Peripheriegeräten übermittelten zweiten Eingangssignalen ausgestaltet ist,
und eine erste Stromversorgung zum Versorgen der ersten Elektronikeinheit und eine zweite, von der ersten Stromversorgung getrennte, Stromversorgung zum Versorgen der zweiten Elektronikeinheit, so dass die erste Elektronikeinheit einen ersten Stromkreis und die zweite Elektronikeinheit einen zweiten, von dem ersten Stromkreis getrennten, Stromkreis aufweist,
und ein Kondensatorsystem, welches dazu ausgebildet ist, die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit voneinander elektrisch zu trennen und eine Signalübertragung zwischen der ersten Elektronikeinheit und der zweiten Elektronikeinheit zu bewerkstelligen.The object is achieved by a control system for controlling vehicle components of a vehicle, the control system having a printed circuit board and a first electronic unit which is arranged on the printed circuit board, the first electronic unit having a first interface for coupling first peripheral devices, the first electronic unit for Generation of first output signals based on the first input signals transmitted by the first peripheral devices, and a second electronic unit identical or similar to the first electronic unit, which is arranged on the circuit board, the second electronic unit having a second interface for coupling second peripheral devices, see above that the control system ensures safe operation of the vehicle operated by the first electronic unit and the second electronic unit in the event of failure of the first electronic unit or the second electronic unit components guaranteed,
wherein the second electronics unit is designed to generate second output signals on the basis of the second input signals transmitted by the second peripheral devices,
and a first power supply for supplying the first electronic unit and a second power supply, which is separate from the first power supply, for supplying the second electronic unit, so that the first electronic unit has a first electrical circuit and the second electronic unit has a second electrical circuit which is separate from the first electrical circuit,
and a capacitor system which is designed to electrically separate the first electronic unit and the second electronic unit from one another and to effect a signal transmission between the first electronic unit and the second electronic unit.
Somit können vorzugsweise die jeweiligen Ausgangssignale übertragen werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass für das Erreichen eines Zustandes „Fail-Operational“, die Stromversorgung für das Steuergerät stabil gehalten werden muss.Thus, the respective output signals can preferably be transmitted. According to the invention, it was recognized that the power supply for the control device must be kept stable in order to achieve a “fail-operational” state.
Erfindungsgemäß werden zwei identische oder gleichgeartete Elektronikeinheiten, welche die ersten bzw. zweiten Eingangssignale verarbeiten können, auf einer Leiterplatte angeordnet, wobei die zwei Elektronikeinheiten zwei unterschiedliche elektrisch voneinander getrennte Stromkreise aufweisen.According to the invention, two identical or similar electronic units, which can process the first or second input signals, are arranged on a printed circuit board, the two electronic units having two different electrical circuits that are electrically separated from one another.
Dabei bedeutet gleichgeartet, dass die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit im Wesentlichen identisch sind bzw. die gleiche Funktion erfüllen.The same means that the first electronic unit and the second electronic unit are essentially identical or fulfill the same function.
Unter Fahrzeugen sind beispielsweise PKWs, LKW, Motorräder aber auch Schienenfahrzeuge, landwirtschaftliche Fahrzeuge und Lufttaxis zu verstehen.Vehicles are to be understood as meaning, for example, cars, trucks, motorcycles, but also rail vehicles, agricultural vehicles and air taxis.
Die Ausgangssignale werden vorzugsweise anschließend von einer gemeinsamen Ausgangsschnittstelle beispielsweise an die Fahrkomponenten weitergeleitet.The output signals are then preferably passed on from a common output interface, for example to the driving components.
Ferner wird die elektrische Trennung durch das Kondensatorsystem bei gleichzeitiger Übertragung von Signalen, insbesondere der ersten und zweiten Ausgangssingale zwischen den zwei identischen oder gleichgearteten Elektronikeinheiten erzielt.Furthermore, the electrical separation is achieved by the capacitor system with the simultaneous transmission of signals, in particular the first and second output signals, between the two identical or similar electronic units.
Somit ist bei Ausfall der ersten Elektronikeinheit oder der zweiten Elektronikeinheit ein sicherer Betrieb der durch die erste Elektronikeinheit oder die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet.Thus, in the event of failure of the first electronic unit or the second electronic unit, reliable operation of the vehicle components operated by the first electronic unit or the second electronic unit is guaranteed.
Somit sind alle Signale voneinander elektrisch entkoppelt.This means that all signals are electrically decoupled from one another.
Auf diese Weise können mehrere Elektronikeinheiten mit redundanter Stromversorgung auf ein und derselben Leiterplatte betrieben werden.In this way, several electronic units with redundant power supply can be operated on one and the same circuit board.
Dadurch kann ein sicherer Betrieb zumindest der durch die ersten Eingangssignale/ersten Ausgangssignale betriebenen Fahrzeugkomponenten beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems, oder der durch die zweiten Eingangssignale/zweiten Ausgangssignale betriebenen Fahrzeugkomponenten bei Ausfall der zweiten bzw. der ersten Elektronikeinheit sichergestellt werden, indem die redundanten Elektronikeinheiten mit redundanter Stromversorgung auf ein und derselben Leiterplatte getrennt voneinander betrieben werden. Die beiden Elektronikeinheiten sind dabei platzsparend und vorzugsweise nebeneinander auf ein und derselben Leiterplatte angeordnet. Somit ist bei Ausfall einer der beiden Elektronikeinheiten eine eingeschränkte Funktionalität der durch die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten möglich.As a result, safe operation of at least the vehicle components operated by the first input signals / first output signals, for example a driver assistance system, or the vehicle components operated by the second input signals / second output signals can be ensured in the event of failure of the second or first electronic unit by using the redundant electronic units with redundant power supply operated separately from one another on the same circuit board. The two electronic units are space-saving and are preferably arranged next to one another on one and the same circuit board. Thus, if one of the two electronic units fails, a restricted functionality of the vehicle components operated by the first electronic unit and the second electronic unit is possible.
Somit ist die Funktionalität der durch die erste oder die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet, wenn einer der beiden Elektronikeinheiten ausfällt. Mit anderen Worten, die Robustheit des AD-Gesamtsystems gegenüber Ausfall von Elektronikeinheiten des AD-Gesamtsystems wird sichergestellt.The functionality of the vehicle components operated by the first or the second electronic unit is thus guaranteed if one of the two electronic units fails. In other words, the robustness of the overall AD system against failure of electronic units of the overall AD system is ensured.
Das erfindungsgemäße Steuerungssystem zeichnet sich ferner durch seinen platzsparenden Aufbau in Kombination mit der „Fail-Operational‟ Ausführung aus.The control system according to the invention is also characterized by its space-saving structure in combination with the “fail-operational” design.
Das Kondensatorsystem, welches beispielsweise aus Glättungskondensatoren besteht, überträgt im fehlerlosen Betrieb bidirektional die Informationen (Ausgangssignale) zwischen den beiden Elektronikeinheiten vorzugsweise full-duplex, aber auch half-duplex ist denkbar. Die Eingangssignale sind für gewöhnlich mit einer Offset-Spannung versehen, welche einen Gleichspannungsanteil aufweisen.
Das Kondensatorsystem eliminiert diese Gleichanteile der zu übertragenden Signale, so dass nur noch die Welligkeit (AC-Anteil) übrigbleibt. Dies entspricht quasi den reinen Signalen.The capacitor system, which consists for example of smoothing capacitors, transmits the information (output signals) bidirectionally between the two electronic units in error-free operation, preferably full-duplex, but half-duplex is also conceivable. The input signals are usually provided with an offset voltage, which has a DC voltage component.
The capacitor system eliminates these direct components of the signals to be transmitted, so that only the ripple (AC component) remains. This corresponds more or less to the pure signals.
Liegt ein Fehler vor, so wird kein Signal über das Kondensatorsystem übertragen, da eine Elektronikeinheit ausgefallen ist. Jedoch stellen die Spannungsspitzen oder Spannungsfluktuationen bei Ausfall der fehlerhaften Elektronikeinheit ein Problem dar. Diese Spannungen könnten die intakte Elektronikeinheit beschädigen. Das Kondensatorsystem eliminiert diese Spannungen, so dass keine Rückkopplung mehrvorliegt.If there is an error, no signal is transmitted via the capacitor system because an electronic unit has failed. However, the voltage peaks or voltage fluctuations in the event of failure of the defective electronic unit represent a problem. These voltages could damage the intact electronic unit. The capacitor system eliminates these voltages so that there is no longer any feedback.
Vorzugsweise ist die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit zueinander angrenzend auf der gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.The first electronic unit and the second electronic unit are preferably arranged adjacent to one another on the common printed circuit board.
Vorzugsweise besteht das Kondensatorsystem aus mehreren Glättungskondensatoren. Ein Glättungskondensator, ist ein parallel zum Lastwiderstand gelegter Kondensator, der hinter einer Gleichrichterschaltung die Restwelligkeit der gleichgerichteten Spannung vermindert. Durch den Glättungskondensator wird verhindert, dass durch die Übertragung der Signale Spannungsspitzen in einer der beiden Elektronikeinheiten entsteht. Dadurch ist ein sicherer Betrieb der beispielsweise zweiten Elektronikeinheit möglich, wenn die erste Elektronikeinheit entfällt.The capacitor system preferably consists of several smoothing capacitors. A smoothing capacitor is a capacitor placed parallel to the load resistor, which, behind a rectifier circuit, reduces the residual ripple of the rectified voltage. Through the The smoothing capacitor prevents voltage peaks from occurring in one of the two electronic units as a result of the transmission of the signals. This enables safe operation of the second electronic unit, for example, if the first electronic unit is omitted.
Vorzugsweise sind die ersten Peripheriegeräte, welche an die erste Elektronikeinheit angeschlossen sind, unterschiedlich zu den zweiten Peripheriegeräten, welche an die zweite Elektronikeinheit angeschlossen sind. Diese sind so angeschlossen, dass das Steuerungssystem bei Ausfall der ersten Elektronikeinheit einen sicheren Betrieb der durch die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet oder bei Ausfall der zweiten Elektronikeinheit einen sicheren Betrieb der durch die erste Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet. Somit gibt es keinen identischen Teil von Peripheriegeräten, welcher sowohl an die erste Elektronikeinheit als auch an die zweite Elektronikeinheit angeschlossen sein muss, um eine „Fail-Operational‟ der Fahrzeugkomponenten und damit des Fahrzeugs zu gewährleisten.The first peripheral devices which are connected to the first electronic unit are preferably different from the second peripheral devices which are connected to the second electronic unit. These are connected in such a way that the control system ensures safe operation of the vehicle components operated by the second electronic unit in the event of failure of the first electronic unit or ensures safe operation of the vehicle components operated by the first electronic unit in the event of failure of the second electronic unit. This means that there is no identical part of peripheral devices that has to be connected to both the first electronic unit and the second electronic unit in order to ensure “fail-operational” of the vehicle components and thus of the vehicle.
Weiterhin vorzugsweise ist die Anzahl der Glättungskondensatoren, welche Signale von der ersten Elektronikeinheit an die zweite Elektronikeinheit überträgt identisch mit der Anzahl der angeschlossenen ersten Peripheriegeräte an die erste Elektronikeinheit und die Anzahl der Glättungskondensatoren, welche Signale von der zweiten Elektronikeinheit an die erste Elektronikeinheit überträgt identisch mit der Anzahl der angeschlossenen zweiten Peripheriegeräte an die zweite Elektronikeinheit.Furthermore, the number of smoothing capacitors, which transmits signals from the first electronic unit to the second electronic unit, is identical to the number of connected first peripheral devices to the first electronic unit and the number of smoothing capacitors, which transmits signals from the second electronic unit to the first electronic unit, is identical to the number of second peripheral devices connected to the second electronic unit.
Alternativ ist ein vorab festgelegter Teil der Peripheriegeräte sowohl an die erste Elektronikeinheit als auch an die zweite Elektronikeinheit angeschlossen und zwar derart, dass das Steuerungssystem bei Ausfall der ersten Elektronikeinheit oder der zweiten Elektronikeinheit einen sicheren Betrieb der durch die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet. Somit gibt es einen identischen Teil von Peripheriegeräten, welcher sowohl an die erste Elektronikeinheit als auch an die zweite Elektronikeinheit angeschlossen sein muss, um eine „Fail-Operational‟ der Fahrzeugkomponenten und damit des Fahrzeugs zu gewährleisten.Alternatively, a predetermined part of the peripheral devices is connected to both the first electronic unit and the second electronic unit in such a way that the control system ensures reliable operation of the vehicle components operated by the first electronic unit and the second electronic unit in the event of failure of the first electronic unit or the second electronic unit guaranteed. This means that there is an identical part of peripheral devices, which must be connected to both the first electronic unit and the second electronic unit in order to ensure “fail-operational” of the vehicle components and thus of the vehicle.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Glättungskondensatoren, welche Signale von der ersten Elektronikeinheit an die zweite Elektronikeinheit überträgt identisch mit der Anzahl der an die erste Elektronikeinheit angeschlossenen und sich von der zweiten Elektronikeinheit unterscheidenden Peripheriegeräte und die Anzahl der Glättungskondensatoren, welche Signale von der zweiten Elektronikeinheit an die erste Elektronikeinheit überträgt, identisch mit der Anzahl der an die zweite Elektronikeinheit angeschlossenen und sich von der ersten Elektronikeinheit unterscheidenden Peripheriegeräte.The number of smoothing capacitors which transmits signals from the first electronic unit to the second electronic unit is preferably identical to the number of peripheral devices connected to the first electronic unit and differing from the second electronic unit and the number of smoothing capacitors which transmit signals from the second electronic unit to the The first electronic unit transmits identical to the number of peripheral devices connected to the second electronic unit and differing from the first electronic unit.
Vorzugsweise ist die erste und die zweite Elektronikeinheit als ein Steuergerät ausgeführt.The first and the second electronic unit are preferably designed as a control device.
Die Peripheriegeräte sind derart unterteilt, dass eine hundertprozentige Funktionalität der durch die erste und die zweite Elektronikeinheit, insbesondere Steuergerät, betriebenen Fahrzeugkomponenten bei dem Betreiben der beiden Elektronikeinheiten vorgesehen ist und ein sicherer Notbetrieb bei Ausfall einer der Elektronikeinheiten gewährleistet ist. Die Fahrzeugkomponenten können ein Fahrzeugsystem beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem oder beispielsweise ein Head-Up-Display-System etc. sein.The peripheral devices are subdivided in such a way that one hundred percent functionality of the vehicle components operated by the first and the second electronic unit, in particular the control unit, is provided when the two electronic units are operated and that safe emergency operation is ensured if one of the electronic units fails. The vehicle components can be a vehicle system, for example a driver assistance system or, for example, a head-up display system, etc.
In beiden Fällen ist ein gefahrloser Betrieb, beispielsweise bei einer autonomen Fahrweise, der Fahrzeugkomponenten möglich.In both cases, safe operation of the vehicle components is possible, for example in the case of an autonomous driving style.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist die erste Elektronikeinheit zur Umwandlung der ersten Eingangssignale in erste Ausgangssignale basierend auf einem ersten Kommunikationsprotokoll ausgestaltet, und die zweite Elektronikeinheit zur Umwandlung der zweiten Eingangssignale in zweite Ausgangssignale basierend auf einem zweiten Kommunikationsprotokoll ausgestaltet, wobei das erste Kommunikationsprotokoll identisch mit dem zweiten Kommunikationsprotokoll ist.In a further preferred embodiment, the first electronics unit is designed to convert the first input signals into first output signals based on a first communication protocol, and the second electronics unit is designed to convert the second input signals into second output signals based on a second communication protocol, the first communication protocol being identical to the second Communication protocol is.
Weiterhin vorzugsweise ist eine gemeinsame Außenschnittstelle zur Weiterleitung der von der ersten und der zweiten Elektronikeinheit generierten ersten und zweiten Ausgangssignale vorgesehen. Hierzu kann beispielsweise ein PCI-Express (Peripheral Component Interconnect Express) verwendet werden. Dadurch können die Peripheriegeräte mit den übergeordneten Geräten standardmäßig verbunden werden. Die Außenschnittstelle ist zur Ankopplung der Sensoren oder Aktoren als Peripheriegeräte ausgestaltet.Furthermore, a common external interface is preferably provided for forwarding the first and second output signals generated by the first and the second electronic unit. A PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), for example, can be used for this purpose. This allows the peripheral devices to be connected to the higher-level devices by default. The external interface is designed as peripheral devices for coupling the sensors or actuators.
Die Sensoren können beispielsweise als Lidar- und/oder Radar- und/oder Kamerasensoren ausgestaltet sein sowie als Ultraschallsensoren und/oder Infrarotsensoren, welche bei einer autonomem Betriebsweise eines Fahrzeugs zum Einsatz kommen.The sensors can be designed, for example, as lidar and / or radar and / or camera sensors and as ultrasonic sensors and / or infrared sensors, which are used when a vehicle is operating autonomously.
Zusätzlich können die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit durch zumindest einen Distanzbereich voneinander getrennt auf der Leiterplatte angeordnet sein. Dadurch wird eine Potentialtrennung zwischen den Elektronikeinheiten erzielt. Diese Potentialtrennung verhindert, dass eine Temperatur- und/oder Spannungsänderung bei einer der Elektronikeinheiten Einfluss auf die andere Elektronikeinheit hat. Eine Wirkbeziehung zwischen den Elektronikeinheiten wird somit unterbunden.In addition, the first electronic unit and the second electronic unit can be arranged on the printed circuit board separated from one another by at least one distance area. This creates a potential separation between the electronic units. This potential separation prevents a temperature and / or voltage change in one of the electronic units from affecting the other Electronics unit has. An effective relationship between the electronic units is thus prevented.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist die erste Elektronikeinheit ein erstes Bauelement auf, welches als ein erster integrierter Schaltkreis (IC) mit einer logischen Schaltung ausgestaltet ist, und die zweite Elektronikeinheit ein zweites Bauelement auf, welches als ein zu dem ersten Schaltkreis (IC) identischer oder gleichgearteter zweiter integrierter Schaltkreis (IC) mit einer logischen Schaltung ausgestaltet ist. Die Schnittstellen der jeweiligen Elektronikeinheit für die Eingangssignale werden unter Verwendung der logischen Schaltung miteinander verbunden und dann unter Verwendung des gemeinsamen Kommunikationsprotokolls in Ausgangssignale übersetzt.In a further preferred embodiment, the first electronic unit has a first component, which is designed as a first integrated circuit (IC) with a logic circuit, and the second electronic unit has a second component, which is identical or identical to the first circuit (IC) similar second integrated circuit (IC) is designed with a logic circuit. The interfaces of the respective electronics unit for the input signals are connected to one another using the logic circuit and then translated into output signals using the common communication protocol.
Weiterhin vorzugsweise ist das erste und das zweite Bauelement als programmierbare FPGA-(Field Programmable Gate Array) Schaltung oder programmierbare ASIC (anwendungsspezifische integrierte) Schaltung oder Complex Programmable Logic Devices (CPLD) Schaltung ausgestaltet. Diese werden beispielsweise zur EchtzeitVerarbeitung von Eingangssignalen verwendet und eignen sich daher besonders gut für Fahrzeuge mit autonomer Betriebsweise.Furthermore, the first and the second component are preferably designed as programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) circuits or programmable ASIC (application-specific integrated) circuits or Complex Programmable Logic Devices (CPLD) circuits. These are used, for example, for real-time processing of input signals and are therefore particularly suitable for vehicles with an autonomous mode of operation.
Vorzugsweise ist das Steuerungssystem als ein Steuergerät ausgebildet. Insbesondere kann dies ein zentrales Steuerungsgerät sein.The control system is preferably designed as a control device. In particular, this can be a central control device.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems für Fahrzeugkomponenten in einem Fahrzeug umfassend der Schritte:
- - Bereitstellen einer Leiterplatte mit einer ersten Elektronikeinheit mit einer ersten Schnittstelle zur Ankopplung von ersten Peripheriegeräten und mit einer zu der ersten Elektronikeinheit identischen oder gleichartigen zweiten Elektronikeinheit, mit einer zweiten Schnittstelle zur Ankopplung von zweiten Peripheriegeräten, so dass das Steuerungssystem bei Ausfall der ersten Elektronikeinheit oder der zweiten Elektronikeinheit einen sicheren Betrieb der durch die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit betriebenen Fahrzeugkomponenten gewährleistet,
- - Bereitstellen einer ersten Stromversorgung zum Versorgen der ersten Elektronikeinheit und einer von der ersten Stromversorgung getrennten zweiten Stromversorgung zum Versorgen der zweiten Elektronikeinheit, so dass die erste Elektronikeinheit einen ersten Stromkreis und die zweite Elektronikeinheit einen zweiten, vom ersten Stromkreis getrennten, Stromkreis aufweist,
- - Bereitstellen eines Kondensatorsystems, welches dazu ausgebildet ist, die erste Elektronikeinheit und die zweite Elektronikeinheit voneinander elektrisch zu trennen und eine Signalübertragung zwischen der ersten Elektronikeinheit und der zweiten Elektronikeinheit zu bewerkstelligen.
- - Provision of a circuit board with a first electronic unit with a first interface for coupling first peripheral devices and with a second electronic unit identical or similar to the first electronic unit, with a second interface for coupling second peripheral devices, so that the control system in the event of failure of the first electronic unit or the second electronic unit ensures safe operation of the vehicle components operated by the first electronic unit and the second electronic unit,
- - providing a first power supply for supplying the first electronic unit and a second power supply, which is separate from the first power supply, for supplying the second electronic unit, so that the first electronic unit has a first electrical circuit and the second electronic unit has a second electrical circuit that is separate from the first electrical circuit,
- Provision of a capacitor system which is designed to electrically separate the first electronic unit and the second electronic unit from one another and to effect a signal transmission between the first electronic unit and the second electronic unit.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein sicherer Betrieb von Fahrzeugkomponenten beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems sichergestellt werden, indem mehrere, die die Fahrzeugkomponenten betreibende Elektronikeinheiten mit redundanter Stromversorgung auf ein und derselben Leiterplatte getrennt voneinander betrieben werden. Die beiden Elektronikeinheiten sind dabei platzsparend auf ein und derselben Leiterplatte nebeneinander angeordnet.The method according to the invention can ensure safe operation of vehicle components, for example a driver assistance system, by operating several electronic units operating the vehicle components with redundant power supply on one and the same circuit board separately from one another. The two electronic units are arranged next to one another on one and the same circuit board to save space.
Durch das Kondensatorsystem, insbesondere den Glättungskondensator kann eine sichere Übertragung der Signale von der ersten bzw. zweiten Elektronikeinheit an die zweite bzw. erste Elektronikeinheit ohne Spannungsspitzen erzeugt werden. Das Kondensatorsystem überträgt im fehlerlosen Betrieb bidirektional die Informationen zwischen den beiden Elektronikeinheiten. Liegt ein Fehler vor, so wird kein Signal über das Kondensatorsystem übertragen, da eine der beiden Elektronikeinheiten ausgefallen ist. Jedoch würden die Spannungsspitzen oder Spannungsfluktuationen bei Ausfall der fehlerhaften Elektronikeinheit ein Problem darstellen. Diese Spannungen könnten die intakte Elektronikeinheit beschädigen. Das Kondensatorsystem eliminiert diese Spannungen, so dass keine Rückkopplung mehr vorhanden ist.The capacitor system, in particular the smoothing capacitor, can generate reliable transmission of the signals from the first or second electronic unit to the second or first electronic unit without voltage peaks. In error-free operation, the capacitor system transmits the information bidirectionally between the two electronic units. If there is an error, no signal is transmitted via the capacitor system because one of the two electronic units has failed. However, the voltage spikes or voltage fluctuations would pose a problem if the faulty electronic unit failed. These voltages could damage the intact electronic unit. The capacitor system eliminates these voltages so that there is no longer any feedback.
Das Verfahren ist bevorzugt auf einem wie oben beschriebenen Steuerungssystem ausgebildet.The method is preferably implemented on a control system as described above.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
-
1 : ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem gemäß einer ersten Ausführung, -
2 : ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem gemäß einer zweiten Ausführung.
-
1 : a control system according to the invention according to a first embodiment, -
2 : a control system according to the invention according to a second embodiment.
Sowohl die erste als auch die zweite Elektronikeinheit
Ferner weist die erste Elektronikeinheit
Dies bedeutet im Wesentlichen, dass Sensoren und /oder Aktoren so an die beiden Elektronikeinheiten
Die Schnittstellen der ersten Elektronikeinheit
Die Schnittstellen der zweiten Elektronikeinheit
Dabei sind die an die erste Elektronikeinheit
Ferner weisen die Elektronikeinheiten
Ferner können die beiden Elektronikeinheiten
Die Sensoren können beispielsweise als Lidar- oder Radarsensoren, Infrarotsensoren oder Ultraschallsensoren zur Aufnahme eines Umgebungsfeldes des Fahrzeugs ausgestaltet sein. Zu den Sensoren zählen auch diejenigen Komponenten oder Sensorperipherien, die Sensordaten zur Fahrfunktion bereitstellen, etwa fahrzeugeigene Sensordaten von Beschleunigungssensoren, Odometriedaten von Lagesensoren oder Umfeldaten stammend von einer V2X oder V21-Modul.The sensors can be designed, for example, as lidar or radar sensors, infrared sensors or ultrasonic sensors for recording a field surrounding the vehicle. The sensors also include those components or sensor peripherals that provide sensor data for the driving function, such as in-vehicle sensor data from acceleration sensors, odometry data from position sensors or environmental data from a V2X or V21 module.
Die Schnittstellen für die ersten Eingangssignale
Unter Verwendung der internen Logik der ersten und der zweiten Elektronikeinheit
Ferner sind die erste Elektronikeinheit
Durch das Kondensatorsystem
Das Kondensatorsystem
Das Kondensatorsystem
Liegt ein Fehler vor, so wird kein Signal über das Kondensatorsystem
Ferner ist eine gemeinsame Ausgangsschnittstelle
Diese gemeinsame Ausgangsschnittstelle
Das Steuerungssystem
Sowohl die erste als auch die zweite Elektronikeinheit
Ferner weist die erste Elektronikeinheit
Dabei sind gleiche, d.h. identische Sensoren und /oder Aktoren sowohl an die erste Elektronikeinheit
Die Elektronikeinheit
Das erste Ausgangssignal
Das Kondensatorsystem
Somit umfasst das Kondensatorsystem
Die ersten und zweiten Sensoren/Aktoren (Peripheriegeräten) sind dabei so gewählt, das ein Fail-Operational Betrieb des Fahrzeugs möglich ist.Thus, the capacitor system includes
The first and second sensors / actuators (peripheral devices) are selected so that fail-operational operation of the vehicle is possible.
Es findet eine elektrische Trennung und eine Übertragung der Signale durch das Kondensatorsystem
Das Kondensatorsystem
Das Kondensatorsystem
Liegt ein Fehler vor, so wird kein Signal über das Kondensatorsystem
Die ersten Ausgangssignale
Im Normalbetrieb generiert somit die erste und zweite Elektronikeinheit
Das Steuerungssystem
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1a,1b1a, 1b
- SteuerungssystemControl system
- 2a,2b2a, 2b
- ElektronikeinheitElectronics unit
- 33
- LeiterplatteCircuit board
- 4a,...,4e4a, ..., 4e
- erste Eingangssignalefirst input signals
- 4f,... ,4j4f, ..., 4j
- zweite Eingangssignalesecond input signals
- 5a,...,5e5a, ..., 5e
- erste Eingangssignalefirst input signals
- 5a,5f,.,5i5a, 5f,., 5i
- zweite Eingangssignalesecond input signals
- 6a, 6b6a, 6b
- StromversorgungPower supply
- 7a,...,7e7a, ..., 7e
- erste Ausgangssignalefirst output signals
- 7a,7f,.,7i7a, 7f,., 7i
- zweite Ausgangssignalesecond output signals
- 8a, ..,8e8a, .., 8e
- erste Ausgangssignalefirst output signals
- 8f,..., 8j8f, ..., 8j
- zweite Ausgangssignalesecond output signals
- 99
- gemeinsamen Ausgangsschnittstellecommon output interface
- 1010
- KondensatorsystemCondenser system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1540428 B1 [0006]EP 1540428 B1 [0006]
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019219752.3A DE102019219752A1 (en) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | Control system and method for operating a control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019219752.3A DE102019219752A1 (en) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | Control system and method for operating a control system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102019219752A1 true DE102019219752A1 (en) | 2021-06-17 |
Family
ID=76084930
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102019219752.3A Pending DE102019219752A1 (en) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | Control system and method for operating a control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102019219752A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE102007050821A1 (en) * | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Galvanic separation between cell charge balance and hybrid drive control |
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-
2019
- 2019-12-16 DE DE102019219752.3A patent/DE102019219752A1/en active Pending
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