DE19946774A1 - Anordnung und Verfahren zur Durchführung einer elektronischen Steuerung bzw. Regelung - Google Patents
Anordnung und Verfahren zur Durchführung einer elektronischen Steuerung bzw. RegelungInfo
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Abstract
Anordnung zur Durchführung einer elektronischen Steuerung bzw. Regelung, insbesondere von Funktionen eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem elektronischen Steuergerät (SG), und wenigstens einem dem Steuergerät (SG) zugeordneten Aktor (A) und/oder Sensor (S), wobei der wenigstens eine Aktor und/oder Sensor (A, S) über eine Steuergerät-Aktor/Sensor-Schnittstelle (AS-IF) ansteuerbar ist, wobei zwischen den jeweiligen Schnittstellen (AS-IF) und Aktor und/oder Sensor (A, S) aus dem Steuergerät ausgelagerte variantenbestimmende Schaltungsteile, insbesondere Treibermodule (TR), vorgesehen sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur
Durchführung einer elektronischen Steuerung bzw. Regelung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung
betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren sowie ein
Steuergerät zur Durchführung einer elektronischen Steuerung
bzw. Regelung.
Bei der Kraftfahrzeugregelung werden verschiedene Funktio
nen typischerweise mittels unterschiedlicher Reglereinrich
tungen, welche jeweils individuell angepaßte Steuergeräte
aufweisen, durchgeführt. Als Beispiels seien ABS- und/oder
FDR-Regeleinrichtungen genannt. Es wird angestrebt, univer
sell einsetzbare Steuergeräte zu verwenden, welche im Rah
men von unterschiedlichen Funktionen einsetzbar sind. An
die einzelnen Steuergeräte sind beispielsweise geeignete
Aktoren und/oder Sensoren angeschlossen, welche ihrerseits
eine Elektronik aufweisen.
Als weiteres Beispiel sei ein Fensterhebermotor mit inte
grierter Einklemmschutzelektronik genannt. Die Anbindung
der Aktoren bzw. Sensoren an die jeweiligen Steuergeräte
erfolgt durch spezifische Schnittstellen, welche im allge
meinen durch geeignete Treiberschaltungen innerhalb des
Steuergerätes realisiert sind. Herkömmlicherweise verwende
te Steuergeräte weisen ferner weitere Bauteile, wie etwa
Mikrocontroller, Spannungsregler und Speicher auf.
In der DE 37 38 915 A1 ist ein universell einsetzbares
Steuergerät für Regeleinrichtungen offenbart. Dabei wird
ein Universalsteuergerät eingesetzt, welches erst nach der
Montage aufgrund eines äußeren Befehls feststellt, welche
Systemauslegung vorliegt, um diese dann abzuspeichern. Bei
einem derartigen Universalsteuergerät wird als nachteilig
angesehen, daß es zur Gewährleistung einer größeren Anzahl
von Steuerfunktionen entsprechend ausgebildete Schaltungs
teile und individualisierte Schnittstellen aufweisen muß,
über welche beispielsweise Sensoren oder Aktoren mit dem
Steuergerät zusammenwirken können. Die Integration derarti
ger variantenbestimmender Schaltungsteile und Schnittstel
len in einem Steuergerät erweist sich als relativ aufwen
dig. Ferner bauen derartige Universalsteuergeräte aufgrund
der Notwendigkeit einer Vielzahl von Anschlüssen relativ
groß.
Aus der DE 42 03 704 A1 ist die Verwendung mehrerer Steuer
geräte bekannt, welche über einen Bus kommunizieren. Dabei
werden beispielsweise in einem Fahrzeug mehrere im Hardwa
reaufbau gleiche elektronische Steuergeräte verbaut, deren
spezifische Funktionen erst von außen, je nach ihrer kon
kreten Anwendung, festgelegt werden. Diese Druckschrift be
trifft insbesondere ein Verfahren zur Initialisierung der
artiger Steuergeräte.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Bordnetzar
chitektur für Kraftfahrzeuge, bei welcher auch zur Reali
sierung unterschiedlicher Regel- bzw. Steuerfunktionen
weitgehend standardisierte Steuergeräte verwendet werden
können, um so beispielsweise Kosteneinsparungen und hohe
Flexibilität beim Einsatz derartiger Steuergeräte zu ge
währleisten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 7, sowie ein Steuergerät mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Erfindungsgemäß sind nun auch zur Realisierung komplexer zu
steuernder Systeme weitgehend Standardsteuergeräte verwend
bar, welche mittels ausgelagerter variantenbestimmender
Schaltungsteile für konkrete Steuerungsfunktionen indivi
dualisierbar sind. Erfindungsgemäß ist eine hohe Flexibili
tät bei der Konzeption von Bordnetzarchitekturen realisier
bar, da beispielsweise bei Veränderung bzw. Austausch eines
mit einem Steuergerät wechselwirkenden Aktors bzw. Sensors
keine Harwareänderung innerhalb des Steuergerätes notwendig
ist. Als variantenbestimmende Schaltungsteile werden hier
bei insbesondere Treiberschaltungen bzw. -module verstan
den, welche die Art des jeweils anschließbaren Aktors bzw.
Sensors festlegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Es ist bevorzugt, daß die Steuergeräte skalierbar bezüglich
der Anzahl ihrer Schnittstellen, ihrer Rechenleistung
und/oder ihrer Speicherkapazität ausgebildet sind. Durch
diese Maßnahme ist in einfacher Weise beispielsweise eine
Anpassung an die Steuererfordernisse eines Kleinwagens,
welcher typischerweise etwa zwanzig Steuergeräteingänge
bzw. -ausgänge benötigt, oder an diejenigen eines aufwendi
geren Fahrzeuges, bei welchem etwa achtzig derartige Ein
gänge bzw. Ausgänge notwendig sind, realisierbar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der er
findungsgemäßen Anordnung weisen die Schnittstellen einen
standardisierten Teilabschnitt, welcher in oder an dem
Steuergerät ausgebildet ist, und einen individualisierten
Teilabschnitt, welcher bezüglich des Steuergerätes ausgela
gert ausgebildet ist, auf. Durch diese Maßnahme ist ein im
wesentlichen vollständig standardisiertes Steuergerät zur
Verfügung gestellt, welches durch Verbindung mit entspre
chenden individualisierten Schnittstellenteilabschnitten
bzw. variantenbestimmenden Schaltungsteilen wie etwa Lei
stungstreiber usw. individualisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfin
dungsgemäßen Anordnung ist der individualisierte Teilab
schnitt der jeweiligen Schnittstellen und/oder der varian
tenbestimmende Schaltungsteil innerhalb eines das Steuerge
rät mit einem Aktor bzw. Sensor verbindenden Kabelbaumes
angeordnet. Durch diese Maßnahme können zur Anpassung eines
Steuergeräts an Aktoren bzw. Sensoren individualisierte Ka
belbäume verwendet werden, wodurch sich der Bereitstel
lungsaufwand für das eigentliche Steuergerät vermindert.
Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mög
lich, den individualisierten Teilabschnitt der Schnittstel
len in oder an einem Sensor bzw. Aktor zweckmäßigerweise
vorzusehen. Zu diesem Zweck ist der Sensor bzw. Aktor mit
entsprechenden Steckern ausbildbar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der er
findungsgemäßen Anordnung sind wenigstens zwei Steuergeräte
vorgesehen, welche über eine Multiplexleitung miteinander
verbunden sind. Über eine derartige Multiplexleitung sind
unterschiedliche Steuergeräte in einfacher und effektiver
Weise miteinander verbindbar.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen
weiter beschrieben. In dieser zeigt
Fig. 1 eine blockschaltbildartige Darstellung zur Erläute
rung einer herkömmlichen Bordnetzarchitektur,
Fig. 2 eine blockschaltbildartige Ansicht einer weiteren
herkömmlichen Bordnetzarchitektur,
Fig. 3 eine blockschaltbildartige Darstellung einer bevor
zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, und
Fig. 4 eine weitere blockschaltbildartige Darstellung zur
Erläuterung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum
Stand der Technik.
In Fig. 1 ist eine Bordnetzarchitektur schematisch darge
stellt, wie sie zur Zeit typischerweise Verwendung findet.
Hierbei sind unterschiedliche Steuergeräte SG1, SG2, SGxx
vorgesehen, welche jeweils mit Aktoren bzw. Sensoren, wel
che mit A bzw. S bezeichnet sind, wechselwirken. Die Akto
ren bzw. Sensoren und die ihnen jeweils zugeordneten Steu
ergeräte dienen zur Realisierung verschiedener Bordfunktio
nen. In neueren Fahrzeuggenerationen sind diese Steuergerä
te typischerweise durch ein geeignetes Multiplexsystem bzw.
eine Multiplexleitung M miteinander verbunden.
Die Aktoren und/oder Sensoren A, S können ihrerseits wie
derum eine Elektronik beinhalten, als Beispiel sei ein Fen
sterhebermotor mit integrierter Einklemmschutzelektronik
genannt. Die Anbindung der Aktoren oder Sensoren an die je
weiligen Steuergeräte SG erfolgt durch spezifische Schnitt
stellen, welche im allgemeinen durch geeignete Treiber
schaltungen TR innerhalb des Steuergerätes realisiert sind,
wie in Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 2 zeigt insgesamt den
inneren Aufbau eines Steuergerätes SG. Zusätzlich zu den
erwähnten Treiberschaltungen TR erkennt man einen Steuerge
rätekern K und eine Multiplex-Schnittstelle MUX. Der Steu
ergerätekern K beinhaltet beispielsweise einen Mikrocon
troller, Spannungsregler und Speicher.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines im
Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbaren Steuer
geräts dargestellt. Gleiche oder ähnliche Komponenten, wie
sie bereits unter Bezugnahme auf den Stand der Technik ein
geführt wurden, sind mit gleichem Bezugsbuchstaben bezeich
net.
Man erkennt, daß im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestell
ten Steuergerät erfindungsgemäß die variantenbestimmenden
Schaltungsteile, d. h. die zwischen Steuergerät und Aktor
bzw. Sensor angeordneten Leistungstreiber TR, aus dem Steu
ergerät SG ausgelagert ausgebildet sind. Die Treibermodule
TR sind hierbei jeweils über eine Aktor/Sensor-
Schnittstelle AS-IF an das Steuergerät SG angeschlossen.
Betrachtet man die Treibermodule TR und die Schnittstellen
AS-IF insgesamt als Schnittstellen zwischen einem Aktor
bzw. Sensor und dem Steuergerät, stellt das Treibermodul TR
jeweils einen variantenbestimmenden bzw individualisierten
Schnittstellenteilabschnitt, und die Schnittstelle AS-IF
einen standardisierten Schnittstellenteilabschnitt dar.
Das Steuergerät SG kann bezüglich der Anzahl der Schnitt
stellen sowie seiner Rechenleistung und seiner Speicherka
pazität etc. skalierbar ausgebildet sein.
Anhand der Darstellung der Fig. 4 werden noch einmal be
vorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung
einer bekannten Anordnung gemäß dem Stand der Technik ge
genübergestellt. Ferner soll das erfindungsgemäße Verfahren
anhand dieser Figur erläutert werden.
Fig. 4, links oben, zeigt eine Anordnung zur Durchführung
einer elektronischen Steuerung bzw. Regelung gemäß dem
Stand der Technik. Hierbei ist ein Steuergerät SG auf einer
(nicht im einzelnen dargestellten) Leiterplatte innerhalb
eines Standardgehäuses 10 realisiert. Das Steuergerät SG
ist mit Treibern ausgebildet, welche ebenfalls nicht im
einzelnen dargestellt sind. Die Treiber sind gemäß dieser
Anordnung gemäß dem Stand der Technik durch entsprechende
Schaltungen auf der Leiterplatte realisiert. Die in das
Steuergerät SG integrierten Treiber sind über jeweilige Ka
bel bzw. Kabelbäume C mit einem Aktor A bzw. einem Sensor S
verbunden. Die Kabelbäume C sind hierbei an ihren jeweili
gen Enden mit Steckern Co ausgebildet, welche einerseits
mit den Treibern (über Gegenstrecker Cc), und andererseits
mit dem Aktor A bzw. Sensor S (über Gegenstrecker Cc') zu
sammenwirken. Mittels des Doppelpfeiles ist angedeutet, daß
weitere Steuergeräte SG über einen entsprechenden Bus mit
dem dargestellten Steuergerät verbindbar sind.
In Fig. 4, rechts oben ist ein erster Schritt zur Standar
disierung der Anordnung durch Bildung von Schaltungsmodulen
schematisch dargestellt. D. h., die Treiberschaltungen sind
hier modulartig ausgebildet (Treibermodule TR) und bilden,
zusammen mit den entsprechenden Gegensteckern Cc für die
Stecker Co der Kabelbäume Schnittstellen des Steuergerätes
SG für den Aktor A bzw. den Sensor S.
In Fig. 4, links unten ist rein schematisch eine erste be
vorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
dargestellt. Man erkennt, daß die variantenbestimmenden
Schaltungsteile, d. h. die Treibermodule TR, bezüglich des
Steuergerätes SG in die jeweiligen Kabelbäume C zwischen
Steuergerät und Aktor bzw. Sensor ausgelagert sind. Im
Steuergerät SG verbleiben lediglich die Schnittstellen AS-
IF sowie der hier nicht dargestellte Steuergerätekern (sie
he auch Fig. 2).
Zur Verbindung des Aktors A bzw. des Sensors S mit dem
Steuergerät SG sind die jeweils mit einem Treibermodul TR
ausgebildeten Kabelbäume C wiederum mit entsprechenden
Steckern Co ausgebildet.
In Fig. 4, rechts unten, ist eine weitere bevorzugte Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.
Auch hier sind, ähnlich wie in der unmittelbar vorbeschrie
benen Ausführungsform, die Treibermodule IR bezüglich des
Steuergerätes SG ausgelagert. Gemäß dieser Ausführungsform
sind die Treibermodule TR in den sensor- bzw. aktorseitigen
Steckern Co und/oder innerhalb des Sensors S bzw. Aktors A
ausgebildet. Es sei zu verstehen gegeben, daß diese Ausbil
dung von je zwei Treibermodulenelementen TR sowohl für den
Aktor als auch den Sensor lediglich beispielhaft angegeben
ist. Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise da
durch realisiert sein, daß sowohl in dem Aktor bzw. dem
Sensor als auch in dem jeweils zugeordneten Stecker Co nur
jeweils ein Teil des Treibermoduls vorgesehen ist. Es ist
gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Variation dieser
Ausführungsform möglich, ausschließlich in dem Aktor bzw.
Sensor, oder auch ausschließlich in dem aktorseitigen bzw.
sensorseitigen Stecker Co ein derartiges Treibermodul vor
zusehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun (vereinfacht) unter
Bezugnahme auf Fig. 4, rechts unten, beschrieben. Über den
Sensor S wird eine Meßgröße empfangen und in ein Sensorsi
gnal umgewandelt. Das Sensorsignal wird über das als
Schnittstelle dienende Treibermodul TR, welches in dem Sen
sor und/oder dem sensorseitigen Stecker Co integriert ist,
über einen Kabelbaum C auf das Steuergerät SG gegeben. Das
Steuergerät SG berechnet auf der Grundlage des Sensorsi
gnals ein Steuersignal zum Antreiben des Aktors A. Dieses
Steuersignal wird über einen weiteren Kabelbaum C und das
als Steuergerät-Aktor-Schnittstelle dienende Treibermodul
TR, welches in dem Aktor oder dem aktorseitigen Stecker Co
integriert sein kann, auf den Aktor A gegeben. Auf der
Grundlage dieses Steuersignals betätigt der Aktor eine ihm
zugeordnete Funktionseinheit.
Es sei schließlich angemerkt, daß die vorliegende Erfindung
sowohl im Rahmen einer Karosserieelektronik, als auch im
Rahmen einer Motor- oder Bremselektroniksteuerung bzw. -re
gelung einsetzbar ist. Auch weitere Anwendungsgebiete, wel
che hier nicht im einzelnen genannt sind, sind denkbar.
Claims (9)
1. Anordnung zur Durchführung einer elektronischen Steue
rung bzw. Regelung, insbesondere von Funktionen eines
Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem elektronischen Steuer
gerät (SG), und
wenigstens einem dem Steuergerät (SG) zugeordneten Aktor
(A) und/oder Sensor (S), wobei der wenigstens eine Aktor
und/oder Sensor (A, S) über eine Steuergerät-Aktor/Sensor-
Schnittstelle (AS-IF)ansteuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den jeweiligen Schnittstellen (AS-IF) und Ak
tor und/oder Sensor (A, S) aus dem Steuergerät ausgelagerte
variantenbestimmende Schaltungsteile, insbesondere Treiber
module (TR), vorgesehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das wenigstens eine Steuergerät (SG) skalierbar bezüglich
der Anzahl seiner Schnittstellen, seiner Rechenleistung
und/oder seiner Speicherkapazität ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die wenigstens eine Schnittstelle einem
standardisiertem Teilabschnitt, welcher in oder an dem
Steuergerät angeordnet ist, und einen individualisierten
Teilabschnitt, welcher bezüglich des Steuergeräts (SG) aus
gelagert ausgebildet ist, aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der individualisierte Teil der Schnittstelle und/oder der
variantenbestimmende Schaltungsteile in einem das Steuerge
rät (SG) und den Aktor (A) bzw. Sensor (S) verbindenden Ka
belbaum (C) angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der individualisierte Teil der Schnittstelle in oder an dem
Aktor (A) oder dem Sensor (S) vorgesehen ist.
6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Steuergeräte (SG) vor
gesehen sind, welche über eine Multiplexleitung (M) mitein
ander verbunden sind.
7. Verfahren zur Durchführung einer elektronischen Regelung
oder Steuerung, insbesondere von Funktionen eines Kraft
fahrzeugs, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Bereitstellung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6;
- - Bereitstellung eines Sensorsignals von wenigstens einem Sensor;
- - Verarbeitung des Sensorsignals mittels wenigstens eines Steuergeräts zum Erhalt eines Steuersignals, und
- - Beaufschlagung wenigstens eines Aktors auf der Grundlage des erhaltenen Steuersignals.
8. Steuergerät zur Durchführung einer elektronischen Steue
rung oder Regelung, insbesondere im Rahmen einer Anordnung
nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verfahrens nach
Anspruch 7,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine standardisierte Schnittstelle (AS-IF) zum
Anschluß eines variantenbestimmenden Schaltungsteils, ins
besondere eines Treibermoduls (TR), zur Beaufschlagung ei
nes Sensors und/oder Aktors.
9. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
es bezüglich der Anzahl seiner Schnittstellen, seiner Re
chenleistung und/oder seiner Speicherkapazität skalierbar
ist.
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