DE4039005C2 - Steuereinrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

Steuereinrichtung für ein Fahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine bekannte elektronische Steuervorrichtung für ein Fahrzeug steuert beispielsweise entsprechende Steuereinrich­ tungen wie eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe, eine Bremsanlage, eine Radaufhängung usw. jeweils unabhängig voneinander, und dazu hat sie allgemein gesonderte Sensoren, die zur Steuerung jeder Steuereinrichtung notwendig sind, und steuert auf der Basis der Ausgangssignale der entsprechenden Sensoren eine Stelleinheit für jede Steuereinrichtung. Im Gegensatz dazu wurde vor kurzem ein neuer Gedanke der gemein­ samen Nutzung von Informationen für verschiedene elektroni­ sche Steuereinrichtungen durch Datenübertragung zwischen ihnen entwickelt. Ein solcher Gedanke ist beispielsweise beschrieben in SAE Technical Paper Series No. 8 60 390 von Frederick H. Phall und David J. Arnett mit dem Titel "In- Vehicle Networking-Serial Communication Requirements and Directions", oder in einem Sonderdruck Nr. AR507 von Ronald K. Jurgen, IEEE Spectrum, September 1986, mit dem Titel: "Coming from Detroit: network on wheels".
Aus dem vorstehend genannten Artikel ist es bekannt, verschiedene separate Steuereinrichtungen auf einem gemeinsamen Echtzeitbus bzw. einem gemeinsamen Datenbus zugreifen zu lassen. Jedoch bleibt offen, wie ein Weiterbetrieb des Fahrzeuges sichergestellt werden soll, wenn Übertragungsstörungen auf dem Bus auftreten oder der Bus selbst unterbrochen wird.
Aus der DE 37 30 468 A1 ist ein Bordnetz für Kraftfahrzeuge und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Bordnetzes bekannt. Das dort gezeigte Bordnetz mit einer Multiplex-Steuerung dient zur Vermeidung von Ausfällen während des Betriebes des Kraftfahrzeuges durch Störungen des Datenübertragungssystems über den verwendeten zentralen Bus. Hierfür wird eine sogenannte hybride Topologie des Bordnetzes, nämlich eine Kombination aus Bus- und Sternanordnung vorgeschlagen. Durch die Sternanordnung mehrerer Schnittstellen an einer Busteilnehmerstation kann zwar die Zugriffszeit auf den Bus je Busteilnehmer verringert werden, jedoch ist bei Ausfallen des Busses selbst, z. B. einem Buskurzschluß, die weitere Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeuges nicht mehr gegeben. Um auch hiergegen abgesichtert zu sein, wird gemäß der vorerwähnten DE 37 30 468 A1 vorgeschlagen, einen parallelen Ersatzbus vorzusehen. Dies ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für ein Fahrzeug mit einer zentralen Steuereinheit und weiteren Steuereinheiten für das Antriebssystem und für das Fahrwerk anzugeben, wobei die Steuereinheiten über einen Datenbus verbunden sind und wobei bei Ausfall von Teilelementen oder dem Ausfall des Datenbus ein weiterer Not-Betrieb des Fahrzeuges möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches zeigen.
Die Erfindung bietet demnach den Vorteil einer verbesserten Steuereinrichtung für ein Fahrzeug, welche die Abschaltung des Gesamtsystems auch dann verhindert, wenn Ausfälle in den Datenübertragungsleitungen bzw. im Datenbus auftreten.
Ausgangssignale von Sensoren, die die vom Fahrer vorgenommenen Betätigungen erfassen, werden in die zentrale Steuereinheit eingegeben, die auf der Basis dieser Signale die Betriebszustände gemäß den Wünschen des Fahrers bestimmt und aufgrund dieser Bestimmung Befehlssignale an eine Steuereinheit für das Antriebssystem und an eine Steuereinheit für das Fahrwerk erzeugt. Die jeweiligen Steuerungen erzeugen Befehlssignale für die entsprechenden Steuereinrichtungen, die Untersysteme des Gesamtsystems sind, so daß in den jeweiligen Steuereinrichtungen vorgesehene Stelleinheiten so beeinflußt werden, daß sie in Verbindung mit sämtlichen Steuereinrichtungen unter Zwischenschaltung der jeweiligen Steuerungen wirksam werden, wobei ein Befehl von der zentralen Steuereinheit Priorität erhält. Die Steuereinrichtungen weisen jeweils Sen­ soren zusätzlich zu einer Stelleinheit auf, so daß bei Auftreten einer Störung in der Datenübertragungsleitung zwi­ schen der zentralen Steuereinheit und der jeweiligen Steuer­ einrichtung die einzelne Steuereinrichtung die zugehörige Stelleinheit ordnungsgemäß auf der Basis der Ausgangssignale der jeweils zugehörigen Sensoren steuern kann, so daß die Weiterfahrt des Fahrzeugs sichergestellt ist. Ferner können Daten hinsichtlich der Diagnose und am Instrumentenbrett anzuzeigende Informationen sämtlich in der zentralen Steuer­ einheit gesammelt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für ein Fahrzeug nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung umfaßt eine zentrale Steuereinheit 30, eine erste Sensoranordnung 31 zur Aufnahme der Umgebungsbedingungen um ein Fahrzeug, beispielsweise mit einem Straßenzustandssensor, der den Zustand der Straßenober­ fläche, auf der das Fahrzeug fährt, aufnimmt, und mit einem Entfernungssensor zur Erfassung der Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem vorausfahrenden oder einem nachfolgenden Fahrzeug, eine Anzeigeeinrichtung 32 zur Anzeige von Informa­ tionen wie etwa verschiedenen Diagnoseinformationen auf dem Instrumentenbrett und eine zweite Sensoranordnung 33 zur Erfassung der Betätigungshandlungen des Fahrers, bei­ spielsweise mit einem Beschleunigungssensor, einem Bremssen­ sor, einem Lenksensor und dergleichen. Die Ausgangssignale der zweiten Sensoren 33 werden direkt in eine erste Steuereinheit 35 in Form einer Sub-Hauptantriebssteuerung zur Steuerung des Antriebssystems des Fahrzeugs sowie in eine zweite Steuereinheit 36 in Form einer Sub-Hauptfahrsteuerung zur Steuerung des Fahrsystems des Fahrzeugs eingegeben.
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Datenübertragungsleitung 34, die die Datenübertragung zwischen der ersten und der zweiten Steuerung 35, 36 und einer Vielzahl von Untersystemen wie z. B. einer Klimaanlagesteuereinrichtung 8, einem Navigator 9 und einer Audio/Sichteinrichtung 20 durchführt oder Befehle von der zentralen Steuereinheit 30 an diese Einheiten überträgt.
Die Vorrichtung hat ferner eine Lenksteuereinrichtung 37 zur Steuerung der Lenkanlage des Fahrzeugs, Stelleinheiten 28a bis 28f an den Steuereinrichtungen 3, 4, 37, 5, 6 bzw. 8, Sensoren 40, 44 an der Lenksteuereinrichtung 37 bzw. der Kli­ maanlagesteuereinrichtung 38, eine Datenübertragungsleitung 45 zwischen der Sub-Hauptantriebssteuerung 35 und den Steuerein­ richtungen 3, 4 und eine Datenübertragungsleitung 46 zwischen der Sub-Hauptfahrsteuerung 36 und den Steuereinrichtungen 37, 5 und 6.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt:
Die Ausgangssignale der Schaltereinrichtung 1 und der zweiten Sensoranordnung 33, die die vom Fahrer vorgenommenen Handlun­ gen aufnimmt, werden der zentralen Steuereinheit 30 sowie der Sub-Hauptantriebssteuerung 35 und der Sub-Hauptfahrsteuerung 36 zugeführt. Die Sub-Hauptantriebssteuerung 35 steuert die Maschinensteuereinrichtung 3 und die Getriebesteuereinrich­ tung 4 gemeinsam, so daß das Antriebssystem intensiv oder um­ fassend gesteuert wird. Dazu ist die Antriebssteuerung 35 mit der Maschinensteuereinrichtung 3 und der Getriebesteuerein­ richtung 4 über eine schnelle Übertragungsleitung 45 verbun­ den, um zwischen ihnen eine Datenübertragung durchzuführen. Die Maschinen- und die Getriebesteuereinrichtung 3, 4 empfan­ gen die Ausgangssignale der Sensoren 13 bzw. 14 und treiben die jeweiligen Stelleinheiten 28a, 28b. Somit wird das gesamte Antriebssystem in einheitlicher oder umfassender Weise durch die Sub-Hauptantriebssteuerung 35 und die je­ weiligen Steuereinrichtungen 3, 4 gesteuert, wobei die Sub- Hauptantriebssteuerung 35 als Hauptsteuerung wirkt, so daß auch dann, wenn auf der Datenübertragungsleitung 34 keine In­ formationen an die Sub-Hauptantriebssteuerung 35 übertragen werden, die Steuereinrichtungen 3, 4 durch die Signale von der zweiten Sensoranordnung 33 unabhängig von der zentralen Steuereinheit 30 steuerbar sind. Wenn beispielsweise die Getriebesteuerung 4 ein Getriebestartsignal zur Sub- Hauptantriebssteuerung 35 erzeugt, sendet die Sub- Hauptantriebssteuerung 35 an die Maschinensteuereinrichtung 3 ein geeignetes Befehlssignal zur Erzeugung einer geeigneten Maschinenausgangsleistung.
Andererseits ist die Sub-Hauptantriebssteuerung 36 mit der Lenksteuereinrichtung 37, der Radaufhängungssteuereinrichtung 5 und der Bremsensteuereinrichtung 6 über die Datenübertragungsleitung 46 verbunden, um zwischen diesen eine Datenübertragung durchzuführen und außerdem das gesamte Antriebssystem zu steuern. Wenn beispielsweise ein Bremsvorgang stattfindet, empfängt die Sub-Hauptantriebssteuerung 36 das Ausgangssignal eines nicht gezeigten Sensors der zweiten Sensoranordnung 33 und erzeugt ein Befehlssignal für die Radaufhängungssteuereinrichtung 5, um nicht gezeigte vordere Aufhängungsfedern zu versteifen, die die Vorderräder des Fahrzeugs tragen, so daß ein zu starkes Eintauchen dieser Räder vermieden wird. Wenn ferner das Fahrzeug Seiten- bzw. Querkräften ausgesetzt ist, während es geradeaus fährt, erfaßt ein nicht gezeigter Gierwinkelsensor der ersten Sensoranordnung 31 beispielsweise den Gierwinkel, so daß die Sub-Hauptfahrsteuerung 36 ein geeignetes Lenk­ steuersignal an die Lenksteuereinrichtung 37 liefert, so daß diese über die Stelleinheit 28c die nicht gezeigte Lenkanlage ansteuert, so daß die Vorderräder des Fahrzeugs in eine Rich­ tung gesteuert werden, die dem durch die Seitenkräfte, z. B. Windkräfte be­ dingten Gierwinkel entgegenwirken bzw. ihn kompensieren.
Auf diese Weise sind die einzelnen Steuereinrichtungen 3, 4, 37, 5, 6 und 8, die Untersysteme des Antriebssystems oder des Fahrsystems sind, in der Lage, das Antriebssystem und das Fahrsystem voneinander unabhängig zu betreiben, gleichzeitig sind sie aber durch die Sub-Hauptsteuerungen 35, 36 inte­ griert. Zusätzlich hat die zentrale Steuereinheit 30 die Funktion, die Sub-Hauptantriebssteuerung 35 und die Sub- Hauptfahrsteuerung 36 zu steuern. Während des Fahrtregelbetriebs beispielsweise empfängt die zentrale Steuereinheit 30 das Ausgangssignal eines nicht gezeigten Entfernungssensors der ersten Sensoranordnung 31, und wenn bestimmt wird, daß es ein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, wird die zentrale Steuereinheit 30 wirksam und erzeugt und liefert Entfernungsinformationen bezüglich des vom Entfer­ nungssensor aufgenommenen Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug sowie bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit an die Sub-Hauptantriebssteuerung 35, damit das Fahrzeug richtig fährt, während gleichzeitig ein geeigneter Sicherheitsabstand zwischen beiden Fahrzeugen eingehalten wird. Wenn es kein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, erzeugt die zentrale Steuer­ einheit 30 einen Befehl, um das Fahrzeug mit einer vorbe­ stimmten Konstantgeschwindigkeit fahren zu lassen. Wenn das Fahrzeug rückwärtsfährt, wird ein nicht gezeigter Hin­ dernissensor der ersten Sensoranordnung 31 aktiviert, und wenn dieser ein Hindernis auf der Straße hinter dem Fahrzeug erfaßt, erzeugt die zentrale Steuereinheit 30 auf der Basis des Ausgangssignals des Hindernissensors ein Maschinen­ steuersignal für die Sub-Hauptantriebssteuerung 35, so daß die Maschinenausgangsleistung geeignet verringert wird, und gleichzeitig erzeugt sie ein Bremssignal an die Sub-Haupt­ fahrsteuerung 36 zur Aktivierung des Bremssystems, und zwar auch dann, wenn der Fahrer auf das Fahrpedal drückt. In anderen Fällen, beispielsweise im Fall der Traktionsregelung, empfängt die zentrale Steuereinheit 30 die Ausgangssignale eines nicht gezeigten Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und eines Radgeschwindigkeitssensors der ersten Sensoranordnung 31, die die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zur Fahrbahnoberfläche und die Rotationsgeschwindigkeit der Räder aufnehmen, und die Steuereinheit bestimmt auf der Basis dieser Signale, ob Radschlupf auftritt, und steuert die Sub- Hauptsteuerungen 35, 36 so, daß die Maschinenleistung ver­ ringert und gleichzeitig sofort gebremst wird.
Da die gesamte oben genannte Information gesammelt bzw. der zentralen Steuereinheit 30 zugeführt wird, kann diese auf der Anzeigeeinrichtung 32 verschiedene Arten von Informationen anzeigen, z. B. Informationen auf dem Instrumentenbrett, Diagnoseinformationen, Navigationsinformationen usw. Außerdem ist es möglich, die Klimaanlage und die Audio/Bilddarstellungseinrichtung 20 über die zentrale Steuereinheit 30 zu steuern.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwar insgesamt acht Untersysteme 3, 4, 5, 6, 8, 9, 20 und 37 an die Datenübertragungsleitung 34 angeschlossen, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Anzahl dieser Untersy­ steme ist erforderlichenfalls beliebig änderbar.
Wie vorstehend beschrieben, sind gemäß der Erfindung Datenübertragungsleitungen vorgesehen, um eine Verbindung zwischen einer zentralen Steuereinheit und jeweiligen Sub- Hauptsteuerungen und wenigstens einigen von vielen Steuerein­ richtungen, die Untersysteme sind, herzustellen und die Datenübertragung dazwischen durchzuführen. Ferner werden die Ausgangssignale von Sensoren, die die Betätigungsvorgänge des Fahrers und die Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs aufnehmen, in die zentrale Steuereinheit eingegeben, so daß die jeweili­ gen Steuereinrichtungen, die von den jeweiligen Sub-Haupt­ steuerungen integral gesteuert werden, normalerweise unab­ hängig von der zentralen Steuereinheit arbeiten können, wobei allerdings die Befehle von der zentralen Steuereinheit Prio­ rität haben, so daß die jeweiligen Steuereinrichtungen bevorzugt von Befehlen der zentralen Steuereinheit gesteuert werden. Dies führt zu Verbesserungen hin­ sichtlich der Funktionsweise und des Kosten-Nutzen-Verhält­ nisses des Gesamtsystems. Wenn ferner eine Störung in den Datenübertragungsleitungen auftritt, wird nicht der Betrieb des Systems insgesamt abgeschaltet, sondern das System kann weiter seine vorgesehenen Funktionen ausüben, was den wei­ teren Betrieb des Fahrzeugs gewährleistet.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit
  • - einer zentralen Steuereinheit (30), an die vom Fahrer beeinflußbare Bedienelemente bzw. Sensoren, die die Stellung der Bedienelemente erfassen (33), (z. B Lenkwinkel-, Bremsdruck-, Antriebskraftgeber) angeschlossen sind,
  • - einer Steuereinheit 35) für das Antriebssystem,
  • - einer Steuereinheit (36) für das Fahrwerk,
  • - einem Datenbus (34), der die Steuereinheiten (30, 35, 36) miteinander verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Bedienelemente (33) zusätzlich mit den Steuereinheiten (35, 36) verbunden sind, und
  • - die Steuereinheiten (35, 36) unmittelbar auf der Basis der Ausgangsseite der Bedienelemente (33) arbeiten, wenn von der zentralen Steuereinheit (30) kein Ausgangssignal vorliegt.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (35) für das Antriebssystem eine Maschinensteuereinrichtung (3) und eine Getriebesteuereinrichtung (4) umfaßt.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (36) für das Fahrwerk eine Lenksteuereinrichtung (37), eine Aufhängungssteuereinrichtung (5), eine Bremssteuerungseinrichtung (6) und eine Klimaanlagen-Steuereinrichtung (8) umfaßt.
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