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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem, insbesondere zur Erzeugung von Betriebsparametern für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
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In der heutigen Welt sind alle Sensordatenverarbeitungen und -funktionen einer einzigen Steuereinheit oder mehreren Steuereinheiten zugeordnet. Die Verarbeitung der Sensordaten ist mit Funktionalitäten verknüpft und befindet sich in der Steuereinheit, die eng voneinander abhängig sind. Die Sensorsignale werden daher direkt durch die Steuereinheit verarbeitet.
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Die Verarbeitung der Sensorsignale direkt in den Steuereinheiten bringt Nachteile mit sich, vor allem im Hinblick auf einen aufwändigen Kabelbaum sowie redundante Verarbeitung in den Steuereinheiten und die damit einhergehenden Rechenzeiten. Außerdem ist eine hohe Rechenleistung erforderlich, die aufgrund der größeren Anzahl von Prozessoren auch zu höheren Kosten führt. Ferner steigt die Komplexität durch die notwendigen Schnittstellenschichten und den erhöhten Bedarf an Kabeln.
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Die Kabelbaummodelle für das gesamte System werden bei der Implementierung solcher Architekturen sehr unhandlich und ineffizient. Das komplexe Verkabelungssystem führt unmittelbar zu Problemen wie hohen Kosten, Installationsschwierigkeiten, Schwierigkeiten bei der Fehlersuche und Energieverschwendung durch zusätzliches Gewicht.
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Insbesondere bei elektrisch betriebenen und/oder autonom fahrenden Fahrzeugen sind die Anforderungen an ein zuverlässiges Kommunikationssystem in einer Fahrzeugumgebung hoch, vor allem im Hinblick auf den Datenaustausch, der für die kritischeren Systeme wie die Steuerung der elektrischen Aktuatoren erforderlich ist.
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DE 10 2012 211 041 A1 offenbart ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs, bei dem mit mindestens einer Steuereinheit verschiedene Sensordaten verarbeitet und Fahrhilfen für einen Fahrer erzeugt werden, wobei mindestens eine Mobilvorrichtung über eine Schnittstelle des erweiterten Fahrerassistenzsystems mit dem erweiterten Fahrerassistenzsystem verbunden ist, wobei ein oder mehrere Sensoren der Mobilvorrichtung über die Schnittstelle in das Fahrerassistenzsystem eingebunden sind und die Sensoren dieser Sensoren der Mobilvorrichtung an die Steuereinheit übertragen und durch die Steuereinheit verarbeitet werden und/oder Sensordaten aus der Steuereinheit an die Mobilvorrichtung zum Verarbeiten durch die Mobilvorrichtung übertragen werden.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeugsystem und ein verbessertes Fahrzeug, insbesondere zum Erzeugen von Betriebsparametern für ein Fahrzeug, bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgeführt, die in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
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Die Aufgabe wird durch ein Fahrzeugsystem mit mehreren bordseitigen Sensoren zum Erzeugen von fahrzeuginternen Sensorsignalen und mehreren bordseitigen Aktuatoren gelöst, wobei die mehreren Sensoren in zeitkritische Sensoren und zeitunkritische Sensoren und die Aktuatoren in zeitkritische Aktuatoren und zeitunkritische Aktuatoren unterteilt sind, ferner mit mindestens einer Sensorsteuereinheit und mindestens einer Sensordomäne, wobei die Sensorsteuereinheit und die mindestens eine Sensordomäne dazu ausgelegt sind, die fahrzeuginternen Sensorsignale zu empfangen und durch Auswerten und Verarbeiten der fahrzeuginternen Sensorsignale Sensordaten zu erzeugen, und wobei die zeitkritischen Sensoren direkt an die mindestens eine Sensorsteuereinheit und an die mindestens eine Sensordomäne zum Bestimmen zeitkritischer Sensordaten angebunden sind, wobei außerdem mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und mindestens eine Fahrzeugdomäne vorgesehen sind, und wobei die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und die mindestens eine Fahrzeugdomäne dazu ausgelegt sind, durch Auswerten und Verarbeiten mindestens von Sensordaten Betriebsparameter zum Steuern zeitkritischer Aktuatoren zu erzeugen, und wobei mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit vorgesehen ist, die direkt mit den zeitunkritischen Sensoren und zeitunkritischen Aktuatoren für eine bidirektionale Datenübertragung verbunden ist, und wobei die zeitunkritischen Sensoren und zeitkritischen Aktuatoren sowie die mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit jeweils eine PLC(PowerLine Communication)-Schnittstelle aufweisen und für eine bidirektionale Datenübertragung als PLC-Datenübertragung über die PLC(PowerLine Communication)-Schnittstelle ausgelegt sind, wobei ein Verteilergateway vorgesehen ist, das zur bidirektionalen Datenübertragung sowohl mit der mindestens einen zeitkritischen Steuereinheit als auch mit der mindestens einen Sensorsteuereinheit und der mindestens einen Sensordomäne und mit der mindestens einen Fahrzeugsteuereinheit und mit dem mindestens einen Fahrzeugübertragungsanschluss verbunden ist, die jeweils als Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung ausgelegt sind, und wobei die mindestens eine zeitkritische Steuereinheit eine Hochgeschwindigkeitsdatenschnittstelle aufweist, und wobei die mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die durch die zeitunkritischen Sensoren und zeitkritischen Aktuatoren übertragenen PLC-Daten bei Bedarf mittels Hochgeschwindigkeitstransformation der Datenschnittstelle als Hochgeschwindigkeitsdaten zu verarbeiten und als Hochgeschwindigkeitsdaten an das Verteilergateway zu übertragen, wobei das Verteilergateway dazu ausgelegt ist, Daten als Hochgeschwindigkeitsdaten zwischen der mindestens einen Sensorsteuereinheit und der mindestens einen Sensordomäne und der mindestens einen Fahrzeugsteuereinheit zum Erzeugen der Betriebsparameter zum Steuern der zeitkritischen Aktuatoren und der mindestens einen Fahrzeugdomäne zum Erzeugen von Betriebsparametern zum Steuern der zeitkritischen Aktuatoren und zum Steuern der zeitunkritischen Aktuatoren zu übertragen.
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Die Sensoren können als Sensoren basierend auf unterschiedlichen Messprinzipien oder als mehrere Sensoren derselben Art, die im oder am Fahrzeug angeordnet sind, ausgelegt sein.
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Fahrzeuginterne Sensorsignale sind Signale, die einerseits Signale im Fahrzeug oder am Fahrzeug selbst erfassen, beispielsweise ungewöhnliche Quietschgeräusche, Abriebgeräusche usw., aber auch Signale, die auf die Umgebung einwirken, wie beispielsweise die Umgebung als Umgebungsdaten zur Objekterkennung, Hinderniserkennung, Spurerkennung usw.
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Die mindestens eine zeitkritische Steuereinheit ist eine Steuereinheit, die für zeitunkritische Host-Funktionalitäten vorgesehen ist und mit allen entsprechenden Sensoren und Aktuatoren verbunden ist, die zum Erfüllen dieser Funktionalitäten erforderlich sind. Diese Funktionalitäten sind unempfindlich gegenüber Zeitverzögerungen oder Latenzen und sind keine sicherheitsrelevanten Funktionen oder sicherheitsrelevanten Sensoren. Beispiele für diese zeitkritischen Sensoren sind Umgebungslichtsensoren, Sensoren zur Erkennung des Kofferraumzustands (geöffnet oder geschlossen), Fußsensoren für die Kofferraumöffnung, Regensensoren, Fensterhebersensoren, Reifendrucksensoren, Ölstandssensoren, Radiosensoren usw.
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So ist die Erkennung von Regen über den Regensensor mit 0,1 Ausgängen und das automatische Einschalten der Scheibenwischer eine zeitkritische Funktion, die aufgrund kleiner Zeitverzögerungen und Latenzen keine sicherheitskritische Wirkung hat.
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Zeitkritische Sensoren sind beispielsweise Sensoren zum Auslösen der Airbags, CA-Sensoren, insbesondere Frontkameras, Lenksensoren sowie beispielsweise die Aktuatoren zur Lenkradeinstellung. Ferner sind alle Sensoren des Bremssystems sicherheits- und damit zeitkritisch, ebenso wie die entsprechenden Aktuatoren des Bremssystems.
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Die zeitkritischen Sensoren und Funktionalitäten oder Aktuatoren sind mit der zeitkritischen Steuereinheit gekoppelt und werden durch diese verwaltet. Abhängig von der Auslastung des/der Sensormoduls/e und ggf. des/der Fahrzeugmoduls/e kann die zeitkritische Steuereinheit über das Weiterleiten der zeitkritischen Sensorsignale entscheiden. Dadurch kann eine Entkopplung und Entlastung zwischen Sensor- und Fahrzeugseite sowie eine Priorisierung von sicherheitskritischen Funktionen erreicht werden.
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Durch die PLC-Konvertierung können zeitunkritische Daten als Datensignal auf der Stromleitung nachgebildet werden und somit bidirektional aus der und an die Steuereinheit übertragen werden, beispielsweise zur Auswertung oder zur verzögerten Weiterleitung. Das bedeutet, dass die unkritischen Daten keine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung belasten, da diese beispielsweise aus der Steuereinheit an die unkritischen Aktuatoren weitergeleitet werden können.
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Diese Übertragung spart aufwändige Kabelbäume und reduziert damit Gewicht und Kosten.
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Durch ausschließliches Übertragen der kritischen Daten über das Verteilergateway und die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung können kritische SENS-Daten beispielsweise nur in der Sensorsteuereinheit (Sensordomäne) und dann gleichzeitig an die Sensorsteuereinheit (Sensorsteuereinheit) oder über nur eine Last der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung an die Sensorsteuereinheit (Sensorsteuereinheit) ausgewertet werden.
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Dies spart Übertragungskapazitäten. Ferner ist eine einzige Auswertung möglich; gleiche Sensordaten müssen nicht parallel ausgewertet werden.
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Werden zeitkritische Sensordaten zum Erzeugen von Betriebsparametern zeitkritischer Aktuatoren benötigt, können diese aus dem Verteilergateway an die Fahrzeugsteuereinheit und/oder nötigenfalls gleichzeitig an die Fahrzeugdomäne übertragen werden.
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Die Verteilung der Hochgeschwindigkeitsdaten sowie ggf. der unkritischen Daten wird vom Verteilungsgateway übernommen. Dies ermöglicht beispielsweise eine schnelle Steuerung durch die durch die Fahrzeugsteuereinheit und die Fahrzeugdomäne gesteuerten Elemente, wie beispielsweise eine Bremse.
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Dank des gemeinsamen Verteilungsgateways ist eine effiziente Verwaltung großer Mengen möglich, wie sie durch die Sensorsteuereinheit/Sensordomäne und ggf. die zeitkritische Steuereinheit sowie ggf. durch die Fahrzeugsteuereinheit und die Fahrzeugdomäne erzeugt werden, wie solche, die im autonom fahrenden Fahrzeug auftreten.
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Ferner gewährleistet ein solches gemeinsames Verteilungsgateway, dass die übertragenen und verwendeten Daten auf dem neuesten Stand sind.
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Ein solches gemeinsames Verteilungsgateway kann auch mit speziellen Algorithmen und Hardware gegen Hackerangriffe geschützt werden.
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Ferner ist es möglich, weitere Systeme, die die Daten benötigen, in vereinfachter Form an das gemeinsame Verteilungsgateway oder unkritische Sensoren/Aktuatoren mit der unkritischen Steuereinheit zu verbinden.
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In weiterer Ausbildung ist die mindestens eine zeitkritische Steuereinheit dazu ausgelegt, eine gesteuerte verzögerte Übertragung mindestens der durch die zeitkritischen Sensoren und/oder zeitunkritischen Aktuatoren erzeugten zeitunkritischen Sensordaten und/oder zeitkritischen Aktuatordaten an das Verteilergateway als Hochgeschwindigkeitsdaten durchzuführen, wobei die gesteuerte verzögerte Fortsetzung zumindest einer aktuellen Arbeitslast, abhängig vom Empfang der Daten, der mindestens einen Sensorsteuereinheit und/oder der mindestens einen Sensorsteuereinheit und/oder der mindestens einen Fahrzeugsteuereinheit und/oder der mindestens einen Fahrzeugdomäne.
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Diese Konstellation gewährleistet, dass sicherheitskritische Daten zuerst verarbeitet werden.
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Ferner ist die mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit dazu ausgelegt, die zeitunkritischen Sensordaten für entsprechende zeitunkritische Aktuatoren auszuwerten und basierend auf den mindestens ausgewerteten Sensordaten zeitunkritische Betriebsparameter zu erzeugen und die zeitkritischen Betriebsparameter den entsprechenden zeitunkritischen Aktuatoren über die PLC-Schnittstelle zur Verarbeitung vorzugeben. Beim Erzeugen der zeitkritischen Betriebsparameter können auch zeitkritische Sensordaten oder Auswertungen, die aus dem Verteilungsgateway übertragen werden, verwendet werden.
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Diese zeitunkritischen Sensordaten werden über die entsprechenden PLC-Schnittstellen an die zeitkritische Steuereinheit und dessen Auswertung/Steuerbefehl an die entsprechenden Aktuatoren übertragen. Dies entlastet das Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsnetzwerk.
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Im Falle einer PLC-Übertragung über die Stromversorgung können die elektrischen Stromleitungen als Gleichstromversorgungsleitungen ausgelegt sein. Im Gegensatz zur herkömmlichen Wechselstromkommunikation hat der Gleichstrom-Gleichstrom-Bus vorhersehbare Rausch- und Impedanzeigenschaften, die eine hohe Bandbreite ermöglichen. Durch Nutzung der vorhandenen Gleichstrom-Gleichstrom-Busleitung zur Datenübertragung ist eine einfache und kostengünstige Protokollierung mittels PLC möglich.
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Ferner kann die mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit dazu ausgelegt sein, die zeitunkritischen Sensordaten auszuwerten und die Auswertung als Hochgeschwindigkeitsdaten und ggf. an das Verteilergateway als Hochgeschwindigkeitsdaten zur Verwendung für mindestens eine Fahrzeugdomäne und/oder für mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und/oder für mindestens eine Sensordomäne und/oder für mindestens eine Sensorsteuereinheit zu transformieren, oder zur Auswertung auf Anforderung durch die mindestens eine Fahrzeugdomäne und/oder durch mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und/oder durch die mindestens eine Sensorsteuereinheit und/oder durch die mindestens eine Sensordomäne und Daten zur Verwendung in mindestens einer Fahrzeugdomäne und/oder mindestens einer Fahrzeugsteuereinheit und/oder mindestens einer Sensordomäne und/oder mindestens einer Sensorsteuereinheit.
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Dadurch kann die Sensorsteuereinheit oder die Sensordomäne im Hinblick auf eine Auswertung entlastet werden. Ferner können rechenintensive, aber unkritische Auswertungen auf der zeitkritischen Steuereinheit durchgeführt werden.
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Ferner kann die mindestens eine Fahrzeugdomäne der mindestens einen Fahrzeugsteuereinheit untergeordnet sein, und die mindestens eine Sensordomäne kann der mindestens einen Sensorsteuereinheit untergeordnet sein.
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Das Fahrzeugsteuerungssystem dominiert und koordiniert vorzugsweise als übergeordnetes System die mehreren Fahrzeugdomänen. Diese Fahrzeugdomänen können auch als Funktionszonen-Steuergeräte bezeichnet werden. Solche Fahrzeugdomänen sind dem Fahrzeugsteuerungssystem untergeordnet. Die Fahrzeugdomänen bedienen Fahrzeugmodule, die eine funktionale Einheit bilden und in denen aufeinander bezogene Funktionen erzeugt werden. Die Module werden im Detail untersucht. Beispiele für Fahrzeugdomänen sind elektronische Systeme wie ein Lenkradsystem eines Fahrzeugs im Antriebsstrang sowie ein Multimediasystem und ein Infotainmentsystem oder beispielsweise die ADAS-Funktionssysteme (Fahrerassistenzsysteme).
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Die Fahrzeugdomänen können zum Beispiel eine oder mehrere Funktionen oder einen oder mehrere Aktuatoren einstellen. Das Fahrzeugsteuerungssystem ist als Master ausgelegt. Das Fahrzeugsteuerungssystem kann Betriebsparameter zum Steuern des Fahrzeugs, beispielsweise für das Bremssystem, erzeugen.
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Ebenso ist die mindestens eine Sensorsteuereinheit als übergeordnetes System ausgelegt, das zum Dominieren und Koordinieren der Sensordomänen ausgelegt ist.
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Ferner kann die mindestens eine Fahrzeugdomäne zur bidirektionalen Kommunikation mit der mindestens einen Fahrzeugsteuereinheit über das Verteilungsgateway über die mindestens eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung ausgebildet sein und die mindestens eine Sensorsteuereinheit zur bidirektionalen Kommunikation mit der mindestens einen Sensordomäne über das Verteilungsgateway über die mindestens eine Hochgeschwindigkeitsdatenverbindung ausgebildet sein. So wird die bestehende Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung auch für die Kommunikation zwischen den sensorbezogenen Modulen und den fahrzeugbezogenen Modulen genutzt.
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Ferner können eine oder mehrere Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindungen zum Übertragen der zeitkritischen Sensorsignale an die mindestens eine Sensorsteuereinheit und/oder die mindestens eine Sensordomäne vorgesehen sein.
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Ferner ist die mindestens eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung als Busverbindung ausgelegt. Dies ermöglicht eine schnelle Datenübertragung.
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Vorzugsweise kann die mindestens eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung als Ethernet-Bus, CAN-Bus, A/C-Link oder FlexRay-Bus ausgelegt sein. Diese eignen sich besonders in Fahrzeugen mit geringem Platzangebot. Dabei kann der PanelDisplay-Link(FPD-Link)-Bus besonders gut für die Übertragung von Sensorbildern geeignet sein.
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Ferner können mehrere Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindungen zwischen dem Verteilergateway und der mindestens einen Fahrzeugdomäne und der mindestens einen Fahrzeugsteuereinheit und der mindestens einen Sensordomäne und der mindestens einen Sensorsteuereinheit und der mindestens einen zeitbezogenen Steuereinheit vorgesehen sein.
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Dies ermöglicht sowohl mehrere Datenübertragungen als auch redundante Datenübertragung. Dies ist insbesondere bei autonom fahrenden Fahrzeugen von Vorteil, um die Fahrsicherheit zu erhöhen.
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Das Verteilergateway kann vorzugsweise als Steuereinheit ausgelegt sein. Diese kann Regeln und Algorithmen für die gezielte Verteilung der Daten aufweisen. Ferner kann das Verteilungsgateway nur als Softwaremodul auf einer bereits vorhandenen Steuereinheit auslegt sein.
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Ferner kann das Verteilergateway mehrere Regeln oder Algorithmen zum Verteilen der Hochgeschwindigkeitsdaten an die mindestens eine Fahrzeugdomäne und/oder die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und/oder die mindestens eine Sensordomäne und/oder die mindestens eine Sensorsteuereinheit und/oder die mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit aufweisen. So kann das Verteilungsgateway beispielsweise Regeln dafür aufweisen, wann diese Daten an die mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit zu übertragen sind. Dadurch wird eine unnötige Auslastung der Hochgeschwindigkeitsverbindung vermieden.
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Ferner kann das Verteilergateway im Falle einer gestörten Hochgeschwindigkeitsverbindung zu der mindestens einen Sensordomäne und/oder der mindestens einen Sensorsteuereinheit Notfalldaten zur Übertragung an die mindestens eine Fahrzeugdomäne und/oder die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit aufweisen. So kann beispielsweise bei einer gestörten Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung zwischen der mindestens einen Sensordomäne/Sensorsteuereinheit oder zwischen den zeitkritischen Sensoren und der mindestens einen Sensordomäne/Sensorsteuereinheit ein Notfalldatensatz zum Erzeugen von Betriebsparametern zum Steuern der kritischen Aktuatoren an die Fahrzeugsteuereinheit gesendet werden. Dies erhöht die Betriebssicherheit, insbesondere bei einem autonom fahrenden Fahrzeug.
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Ferner können die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und die mindestens eine Fahrzeugdomäne zum Erzeugen von Betriebsparametern zum Steuern kritischer Aktuatoren auf Basis der übertragenen zeitkritischen und ggf. zeitunkritischen Sensordaten ausgelegt sein, und wobei die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit und die mindestens eine Fahrzeugdomäne zum Übertragen von Betriebsparametern direkt an die zeitkritischen Aktuatoren angebunden sind, und wobei eine oder mehrere Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsstrecken zum Übertragen der Betriebsparameter an die entsprechenden kritischen Aktuatoren vorgesehen sind.
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Die schnelle Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung ermöglicht eine schnelle Übertragung und Steuerung.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugsystem wie oben beschrieben gelöst, wobei das Fahrzeug als autonom fahrendes Fahrzeug ausgelegt ist. Das System ist insbesondere für ein autonom fahrendes Fahrzeug geeignet, da hier viele Sensoren installiert werden müssen.
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Die Erfindung ermöglicht es, auf viele zusätzliche Kabel und damit auf erhöhtes Gewicht und erhöhte Kosten zu verzichten. Insbesondere kann das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Die folgenden Diagramme zeigen:
- 1: Eine Steuereinheit gemäß dem Stand der Technik und
- 2: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems,
- 3: Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems.
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Das Fahrzeugsystem 100 weist eine Steuereinheit (ECU) 101 auf. Ferner weist das Fahrzeugsystem 100 mehrere Sensoren 102a, 102b, 102c auf. Diese Sensoren 102a, 102b, 102c können Sensorsysteme, Sensorfelder, Einzelsensoren oder Lidar- und Radarsensoren, Kamerasensoren usw. sein.
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Die Sensoren 102a, 102b, 102c erzeugen Sensorsignale, beispielsweise aus fahrzeuginternen Komponenten oder als Umgebungsbild beispielsweise durch eine Kamera durch Aufzeichnen eines Umgebungsbildes.
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Die Sensorsignale werden aufgezeichnet und an die Steuereinheiten 101, 101 a übertragen.
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Die jeweilige Steuereinheit 101, 101 a führt die Sensorsignale zusammen und verarbeitet sie getrennt, um Betriebsparameter zu erzeugen.
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Sind also mehrere Steuereinheiten 101, 101a vorhanden, werden die relevanten Sensorsignale in jeder Steuereinheit 101, 101a zusammengeführt und ausgewertet.
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Die meisten Steuereinheiten 101, 101 a gemäß dem Stand der Technik verarbeiten oft dieselben Signale aus Sensoren. Die Sensordatenverarbeitung ist mit Funktionalitäten verknüpft und befindet sich in der Steuereinheit 101, 101a, die eng voneinander abhängig sind. Jede Steuereinheit 101, 101a führt die Sensorsignale und -daten getrennt zusammen und verarbeitet sie. Dies hat zur Folge, dass die ausgewerteten seriellen Signale durch jede Steuereinheit separat und teilweise doppelt übertragen werden, was zu einem hohen Verkabelungsaufwand führt. Die Kabelbaummodelle für das gesamte System sind sehr aufwändig und ineffizient für die Implementierung solcher Architekturen. Das komplexe Verkabelungssystem führt unmittelbar zu Problemen wie hohen Kosten, Installationsschwierigkeiten, Schwierigkeiten bei der Fehlersuche und Energieverschwendung aufgrund des zusätzlichen Gewichts. Daraus ergeben sich ein höherer Komplexitätsgrad, eine hohe erforderliche Rechenleistung und eine hohe Komplexität der Schnittstellenschichten und Kabelbaummodelle.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem 1. Das Fahrzeugsystem 1 weist mehrere Sensoren zum Erzeugen von Sensorsignalen auf. Die Sensoren messen und registrieren eine große Vielfalt von Messgrößen und konvertieren die Messergebnisse in elektrische Signale.
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Die Sensoren sind in zeitkritische Sensoren 2a,..., 2n, wie Raddrehzahlsensoren zum Erfassen der Raddrehzahlen, Drucksensoren zum Erfassen des Bremsdrucks, Temperatursensoren zum Erfassen der Kühlwassertemperatur, Nockenwellensensoren, Bremsverschleißsensoren, unterteilt.
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Ferner sind die Sensoren in zeitkritische Sensoren 3a,..., 3n unterteilt. Zeitkritische Sensoren 3a,... 3n sind Sensoren, die für eine zeitverzögerte Erfassung oder Auswertung empfindlich sind oder Sensoren, die für ein zeitkritisches System nicht benötigt werden. Solche zeitkritischen Sensoren 3a,..., 3n sind beispielsweise Sensoren wie Umgebungslichtsensoren, Sensoren zur Erkennung des Kofferraumzustands (offen oder geschlossen), Fußsensoren zur Erkennung der Kofferraumöffnung, Regensensoren, Fensterhebersensoren, Reifendrucksensoren, Ölstandssensoren usw.
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Ferner sind mindestens eine Sensorsteuereinheit 4 und mindestens ein Sensorfehler 13 vorgesehen. Die zeitkritischen Sensoren 2a,..., 2n sind mit der mindestens einen Sensorsteuereinheit 4 und der mindestens einen Sensordomäne 13 direkt über eine oder mehrere Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindungen verbunden, um die zeitkritischen Sensorsignale direkt an die Sensorsteuereinheit 4 und/oder die Sensorsteuereinheit 13 zu übertragen. Eine solche Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung kann ein Bussystem, zum Beispiel ein CAN-Bussystem oder ein Ethernet-Bussystem, sein.
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Ferner können mehrere Sensordomänen 13 vorgesehen sein, wobei die Sensorsteuereinheit 4 dazu ausgelegt sein kann, eine oder mehrere Sensordomänen 13 zu steuern und zu dominieren.
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Die zeitkritische Sensorsteuereinheit 4 und die Sensordomäne 13 sind dazu ausgelegt, die zeitkritischen Sensorsignale in zeitkritische aufbereitete Sensordaten konvertieren, die zum Steuern des Fahrzeugs benötigt werden.
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Ein Verteilungsgateway 10 ist ebenfalls vorhanden. Das kann zum Beispiel eine Lenkvorrichtung sein. Das Verteilungsgateway 10 ist für das Verteilen der eingehenden Daten ausgelegt. Dazu kann das Verteilungsgateway 10 beispielsweise eine Steuerung/Algorithmen oder auch eine Auswerteeinheit aufweisen, braucht jedoch keine Steuereinheit usw. aufzuweisen.
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Dabei werden die durch die zeitkritische Sensorsteuereinheit 4 verarbeiteten Sensordaten direkt aus der zeitkritischen Sensorsteuereinheit 4 über die bidirektionale Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung an das Übertragungsgateway 10 übertragen.
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Ferner werden die durch die zeitkritische Sensordomäne 13 verarbeiteten Sensoren über die bidirektionale Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung direkt aus der Sensordomäne 13 an das Verteilergateway 10 übertragen.
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Ferner sind eine zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 und mindestens eine Fahrzeugdomäne 15 zur Bildung von Betriebsparametern zum Steuern einzelner Fahrzeugkomponenten und deren Fahrzeugfunktionen vorgesehen.
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Dabei sind die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 und die mindestens eine zeitkritische Fahrzeugdomäne 15 bidirektional über eine oder mehrere Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindungen direkt mit dem Verteilergateway 10 verbunden, beispielsweise zum direkten Empfang der durch das Verteilergateway 10 verteilten Daten, wie die zeitkritischen Sensordatenanforderungen oder beispielsweise die zeitkritischen Sensordaten. Die Datenübertragungsverbindung kann ein Bussystem, beispielsweise ein CAN-Bussystem oder ein Ethernet-Bussystem, sein.
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Ferner sind die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 und die mindestens eine Fahrzeugdomäne 15 mit verschiedenen zeitkritischen Aktuatoren 6a,..., 6n und zeitkritischen Teilsystemen 7a,..., 7n über eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung zur direkten und schnellen Übertragung der zeitkritischen Betriebsnormzähler und Steuerparameter, 6a, usw. verbunden.
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Es können auch mehrere Fahrzeugdomänen 15 vorgesehen sein, wobei die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 dazu ausgelegt ist, die eine oder mehreren Fahrzeugdomänen 15 zu steuern und zu dominieren.
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Ferner weist das Fahrzeugsystem 1 mindestens eine zeitunkritische Steuereinheit 8 aus, die ebenfalls über eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsstrecke mit dem Verteilungsgateway 10 verbunden ist.
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Ferner weist die zeitkritische Steuereinheit 8 eine PLC(Power Line Communication)-Schnittstelle 12 zur bidirektionalen Datenübertragung über PLC, d. h. zum Übertragen von Daten über elektrische Leitungen, auf.
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Dabei sind die elektrischen Stromleitungen vorzugsweise als Gleichstromleitungen ausgelegt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Wechselstromkommunikation hat der Gleichstrom-Gleichstrom-Bus vorhersehbare Rausch- und Impedanzeigenschaften, die eine hohe Bandbreite ermöglichen. Durch Nutzung der vorhandenen Gleichstrom-Gleichstrom-Busleitung zur Datenübertragung ist eine einfache und kostengünstige Übertragung über PLC möglich.
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Ferner sind zeitkritische Sensoren 3a,... 3n vorgesehen, die zeitkritische Sensorsignale erzeugen und jeweils eine PLC-Schnittstelle aufweisen und über die PLC(Power Line Communication)-Schnittstelle 12 bidirektional mit der zeitkritischen Steuereinheit 8 über die PLC-Datenübertragungsverbindung verbunden sind.
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Ferner sind zeitkritische Aktuatoren 9a,..., 9n und zeitkritische Teilsysteme 11a,..., 11n vorgesehen, die ebenfalls jeweils eine PLC-Schnittstelle aufweisen und ebenfalls über die PLC-Datenübertragungsverbindung über die PLC(Power-Line-Communication)-Schnittstelle 12 mit der zeitkritischen Steuereinheit 8 verbunden sind.
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Ferner ist die zeitkritische Steuereinheit 8 für die Aufnahme von zeitkritischen Sensoren 3a, ... 3n und deren zeitunkritische Sensorsignale ausgelegt, die beispielsweise für die zeitkritischen Aktuatoren 9a,..., 9n und zeitkritischen Teilsysteme 11a,..., 11n dazu bestimmt sind, zeitkritische Betriebsparameter bzw. zeitkritische Sensordaten auszuwerten und zu erzeugen und diese über die PCL-Verbindung zu den zeitunkritischen Aktuatoren 9a,..., 9n und zeitkritischen Teilsystemen 11 a,..., 11 n als PLC-Daten zu erzeugen.
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Dies entlastet das Hochgeschwindigkeitsdatennetzwerk.
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Ferner weist die zeitunkritische Steuereinheit 8 eine Hochgeschwindigkeitsdatenschnittstelle 14 auf, die dazu ausgelegt ist, bestimmte PLC-Daten zu übertragen, die beispielsweise durch die zeitunkritischen Sensoren 3a,... 3n als zeitkritische SEN-Signale übertragen werden, oder beispielsweise um deren Auswertung als Hochgeschwindigkeitsmitteldaten durchzuführen und um diese an das Hochgeschwindigkeitsübertragungsgateway 10 zu übertragen.
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Dabei erfolgt die Übertragung in Abhängigkeit von der Auslastung der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung und/oder in Abhängigkeit vom Empfänger, wie beispielsweise der Sensorsteuereinheit 4 und/oder Fahrzeugsteuereinheit 5 und/oder Fahrzeugdomäne 15 und/oder Sensordomäne 13, oder in Abhängigkeit von der Flexibilität oder auch der Dringlichkeit des Gateways 10.
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Die Warteschlange für zeitkritische Daten, die als zeitkritische Steuereinheit 8 ausgelegt ist, kann die gesamte Kommunikation im gesamten Fahrzeugsystem 1 entlasten.
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Ferner erleichtert diese Architektur das Hinzufügen zeitkritischer Sensoren zu einem bereits bestehenden Fahrzeugsystem 1, bei dem der zeitkritische (nicht zeitkritische) Sensor nur mit der zeitkritischen Steuereinheit 8 verbunden ist.
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Durch die unabhängige Auswertung der zeitunkritischen Sensorsignale der zeitkritischen Sensoren 3a,... 3n durch die zeitkritische Steuereinheit 8 als Betriebsparameter für die zeitkritischen Aktuatoren 9a,..., 9n/zeitunkritischen Teilsysteme 11a,..., 11n und die Übertragung als Hochgeschwindigkeitsübertragungslastdaten, die
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Ferner kann der gesamte erforderliche Kabelbaum reduziert werden, da die zeitkritischen und zeitkritischen Daten nicht synchron/parallel übertragen werden müssen, sondern beispielsweise je nach Auslastung oder bei der Übertragung zwischen zeitkritischen Sensoren 3a,... 3n und zeitkritischen Aktuatoren 9a,..., 9n nur als PLC-Daten.
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Ferner können bereits ausgewertete zeitunkritische Sensorsignale, d. h. die zeitunkritischen Sensordaten, in Hochgeschwindigkeitsdaten transformiert und als Hochgeschwindigkeitsdaten an das Verteilungsgateway 10 übertragen werden. Dies entlastet beispielsweise die Sensorsteuereinheit 4/Sensordomäne 13 bei der Auswertung sowie die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung.
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Werden nun während des Betriebs zeitkritische Sensorsignale durch die zeitkritischen
Sensoren 2a,..., 2n erzeugt, werden diese über die
Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung an die zeitkritische
Sensorsteuereinheit 4 und/oder die zeitkritische Sensordomäne 13 gesendet und dort in zeitkritischen Sensordaten ausgewertet.
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Diese zeitkritischen Sensordaten werden aus der zeitkritischen Sensorsteuereinheit 4 oder der zeitkritischen Sensordomäne 13 an das Verteilergateway 10 und von dort beispielsweise an die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 oder die Fahrzeugdomäne 15 als Hochgeschwindigkeitsdaten übertragen.
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Die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 oder die Fahrzeugdomäne 15 erzeugt aus den empfangenen zeitkritischen Sensoren zeitkritische Betriebsparameter und überträgt diese direkt an die zeitkritischen Aktuatoren 6a,..., 6n und die zeitkritischen Teilsysteme 7a,..., 7n. Diese Übertragung kann als Hochgeschwindigkeitsdaten verwendet werden. Ferner können die zeitkritischen Betriebsparameter bei Bedarf als Hochgeschwindigkeitsdaten an das Verteilergateway 10 übertragen werden.
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Ferner kann das Verteilergateway 10 bei Bedarf die zeitkritischen Sensordaten und die zeitbezogenen Betriebsparameter an die zeitkritische Steuereinheit 8 übertragen. Aus der zeitkritischen Sensorsteuereinheit 4/SENS 13 und der zeitkritischen Fahrzeugsteuereinheit 5/Fahrzeugdomäne 15 werden
Anforderungen/Informationsabfragen bezüglich der zeitkritischen
Sensoren 3a,... 3n/zeitunkritischen Aktuatoren 9a,..., 9n über das Verteilungsgateway 10 als Verteiler an die zeitkritische Steuereinheit 8 gesendet.
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Die Kommunikation oder Steuerung der Sensorsteuereinheit 4/Sensordomäne 13 untereinander und der zeitkritischen Fahrzeugsteuereinheit 5/Fahrzeugdomäne 15 untereinander erfolgt ebenfalls als Datenverteiler über die Hochgeschwindigkeitsdatenverbindung mit dem Verteilergateway 10. Gleiches gilt für die Weiterleitung von Sensordaten/Sensorsignalen oder Auswertungen von Sensordaten aus den zeitunkritischen Sensoren 3a,... 3n oder Daten aus den zeitunkritischen Aktuatoren 9a,..., 9n durch die zeitunkritische Lenkeinheit 8. Dadurch können redundante Auswertungen oder Übertragungen vermieden werden, was Zeit und Auslastung des Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsnetzwerks spart.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems 1a.
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Das Fahrzeugsystem 1a verfügt über die zeitkritischen Sensoren 2a,..., 2n, und die zeitbezogenen Sensoren 3a,..., 3n.
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Ferner weist das Fahrzeugsystem 1a die Sensorsteuereinheit 4 und die mindestens eine Sensordomäne 13 auf, die zur Datenübertragung über eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsverbindung direkt mit den zeitkritischen Sensoren 2a,..., 2n verbunden ist. Es können auch mehrere Sensordomänen vorhanden sein.
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Das Fahrzeugsystem 1a verfügt auch über die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 und mindestens eine Fahrzeugdomäne 15.
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Ferner weist das Fahrzeugsystem 1a das Verteilungsgateway 10 auf.
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Dabei sind die Sensorsteuereinheit 4, die Sensordomäne 13, die zeitkritische Fahrzeugsteuereinheit 5 sowie die mindestens eine Fahrzeugdomäne 15 über beispielsweise zwei Hochgeschwindigkeitsbusse zur schnellen redundanten oder getrennten Übertragung der Daten (Signale, Auswertungen usw.) mit dem Verteilungsgateway 10 verbunden. Die Hochgeschwindigkeitsbusse können zum Beispiel ein Ethernet-Bus 17 und ein CAN-Bus 16 sein.
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Damit ist beispielsweise eine redundante Datenübertragung oder bei Ausfall eines Busses eine sichere Datenübertragung oder eine schnellere Datenübertragung (durch getrennte Übertragung) möglich.
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Ferner ist die zeitkritische Steuereinheit 8 vorgesehen, die ebenfalls mit dem Verteilergateway 10 zur bidirektionalen Datenübertragung über beispielsweise zwei Hochgeschwindigkeitsbusse, hier den Ethernet-Bus 17b und den CAN-Bus 16b, verbunden ist.
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Ferner kann das Verteilergateway 10 mehrere Regeln oder Algorithmen zum Erhöhen der Hochgeschwindigkeitsdaten an die mindestens eine Fahrzeugdomäne 15 und/oder die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit 5 und/oder die mindestens eine Sensorsteuereinheit 13 und/oder die mindestens eine Sensorsteuereinheit 4 und die mindestens eine zeitkritische Steuereinheit 8 aufweisen.
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Ferner kann das Verteilergateway 10 Notfalldaten zum Übertragen dieser Notfalldaten an die mindestens eine Fahrzeugdomäne 15 und/oder an die mindestens eine Fahrzeugsteuereinheit 5 bei einer gestörten Hochgeschwindigkeitsverbindung mit der mindestens einen Sensordomäne 13 und/oder der mindestens einen Sensorsteuereinheit 4 aufweisen. Über einen solchen Notfalldatensatz können Betriebsparameter zum Steuern der kritischen Aktuatoren an die Fahrzeugdomäne 15 und/oder die Fahrzeugsteuereinheit 5 gesendet werden. Dies erhöht die Betriebssicherheit, insbesondere bei einem autonom fahrenden Fahrzeug.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeugsystem (Stand der Technik)
- 101.101a
- Steuereinheit (Stand der Technik)
- 103
- Externer Server (Stand der Technik)
- 104a" 104n
- Fahrzeugmodule (Stand der Technik)
- 105a,, 105n
- Aktuatoren (Stand der Technik)
- 1.1a
- Fahrzeugsystem
- 2a,..., 2n
- Zeitkritische Sensoren
- 3a,..., 3n
- Zeitkritische Sensoren
- 4
- Sensorsteuereinheit
- 5
- Fahrzeugsteuereinheit
- 6a,..., 6n
- Zeitkritische Aktuatoren
- 7a,..., 7n
- Zeitkritische Teilsysteme
- 8
- Zeitkritische Steuereinheit
- 9a,..., 9n
- Zeitkritische Aktuatoren
- 10
- Verteilungsgateway
- 11 a,..., 11n
- Zeitkritische Teilsysteme
- 12
- PLC(Power Line Communication)-Schnittstelle
- 13
- Sensordomäne
- 14
- Hochgeschwindigkeitsdatenschnittstelle
- 15
- Fahrzeugdomäne
- 16, 16a, 16b
- CAN-Bus
- 1, 17a, 17b
- Ethernet-Bus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012211041 A1 [0006]
