DE19525180C5 - Elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit Datennetzwerken und Wegfahrsperre - Google Patents

Abstract

Elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Datennetzwerken und einer elektronischen Wegfahrsperre, das
– sowohl als fahrzeugseitiger Steuerteil für die elektronische Wegfahrsperre als auch als Gateway zwischen wenigstens zwei der Datennetzwerke ausgelegt ist, wobei
– wenigstens eine (3) der Komponenten des Gateways auch eine Komponente des fahrzeugseitigen Steuerteils für die elektronische Wegfahrsperre bildet und dass die eine Komponente ein Mikroprozessor (3) in eine E/A-Einheit (5) sowohl Teil des Gateways als auch Teil der normalen Zündstartschalterfunktion einschließlich der Wegfahrsperrfunktion sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Steuergerät für ein mit mehreren Datennetzwerken und einer elektronischen Wegfahrsperre ausgerüstetes Kraftfahrzeug.
• Mit zunehmender Tendenz werden heutzutage Kraftfahrzeuge mit einer elektronischen Wegfahrsperre ausgerüstet. Neben einfachen Systemen, die über ein Relais den Motorstartvorgang, das Kraftstoffpumpenrelais und/oder die Zündung unterbrechen, beinhalten fortgeschrittenere Systeme eine direkte Datenkommunikation zwischen der Elektronik der Wegfahrsperre und einer Motorsteuerung, wobei diese Kommunikation meist über einen Datenbus, wie einen CAN-Bus, erledigt wird. Die Wegfahrsperre wird meistens von einem elektronischen Schlüssel aus, entweder über Fernbedienung oder über einen Transponder im Schlüssel in Verbindung mit einer Induktionsspule, initialisiert. Dies bedeutet einen hohen Diebstahlschutz, insbesondere bei Verwendung hochwertiger, auf kryptologischer Basis geschützter Datenaustauschcodes, der einen gewissen Elektronikaufwand bedingt. Als Beispiel für eine solche moderne Wegfahrsperre sei das in der deutschen Patentanmeldung P 44 11 451 .6-51 beschriebene System erwähnt. Die zusätzliche Elektronik für die Wegfahrsperre birgt naturgemäß zusätzliche Ausfallmöglichkeiten, die dazu führen können, daß das Fahrzeug unbeabsichtigt auch vom Berechtigten nicht mehr gestartet werden kann.
• In modernen Fahrzeugen werden andererseits häufig Datennetzwerke zur Kommunikation der elektrischen Fahrzeugkomponenten untereinander eingesetzt. Diese Netzwerke können sehr unterschiedliche Strukturen haben, beispielsweise sind häufig sternförmige Strukturen realisiert, bei der die verschiedenen Netzwerke in einem Steuergerät, häufig dem sogenannten Kombi-Instrument, das vorrangig der Steuerung von Anzeige- und Bedienelementen dient, aufeinandertreffen. In frühen Systemen wurden dabei höchstens vereinzelt spezielle Signale von einem Netzwerk zum anderen übertragen. Als fortschrittlich gelten Netzwerke, die über ein sogenanntes Gateway eine vollkommene Signalübertragung zwischen den einzelnen, angeschlossenen Netzwerken ermöglichen. In der Literatur wird z. B. die Realisierung des Gateways in einem zentralen Steuergerät oder im Kombi-Instrument vorgeschlagen. Bei einem in der Offenlegungsschrift DE 41 10 372 A1 beschriebenen Kraftfahrzeug sind drei Netzwerke vorgesehen, eines zu Diagnosezwecken, eines zur Steuergerätevernetzung und eines für Fahrzeugzubehör, wie Schalter und Meßinstrumente. Die drei Netzwerke stehen mit einem Gateway miteinander in Verbindung, das als eigenständiger Baustein zwischen den drei Netzwerken ausgelegt oder in einem Netzknoten eines der Netzwerke untergebracht sein kann.
• Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines elektronischen Steuergerätes für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Datennetzwerken und einer elektronischen Wegfahrsperre zugrunde, durch dessen Verwendung mit relativ geringem Aufwand die Wegfahrsperrfunktion sowie eine Gateway-Funktion für die Netzwerke zur Verfügung gestellt werden kann, und außerdem die Voraussetzung geschaffen wird, die Wegfahrsperre mit geringem Zusatzaufwand redundant auslegen zu können.
• Dieses Problem wird durch ein elektronisches Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein zentraler Gedanke besteht dabei in der Zusammenfassung von Gateway und fahrzeugseitigem Steuerteil der Wegfahrsperre in diesem einen Steuergerät. Diese Maßnahme ermöglicht die Mehrfachnutzung elektronischer Komponen ten im Steuergerät, so daß sich der Bauteilaufwand gegenüber einer separaten Realisierung dieser beiden Funktionen reduzieren läßt.
• Durch eine besonders vorteilhafte, in Anspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung wird eine Redundanz für den fahrzeugseitigen Steuerteil der Wegfahrsperre erreicht, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß das Fahrzeug unbeabsichtigt aufgrund eines Ausfalls des fahrzeugseitigen Steuerteils der Wegfahrsperre nicht mehr gestartet werden kann, gegenüber nichtredundant ausgelegten Wegfahrsperrsystemen deutlich verringert ist.
• Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 realisiert einen Steuergeräteaufbau, in dem mit relativ wenigen Komponenten ein Gateway, ein fahrzeugseitiger Steuerteil für die Wegfahrsperre sowie ein zu diesem paralleler, redundanter Wegfahrsperren-Steuerteil enthalten sind, wobei möglichst viele Komponenten einerseits für das Gateway und andererseits für die Wegfahrsperre doppelt genutzt werden. Insbesondere werden die beiden für das Gateway erforderlichen Mikroprozessoren für die beiden Wegfahrsperren-Steuerteile verwendet, so daß für letztere keine eigenen Mikroprozessoren benötigt werden.
• Anspruch 4 gibt eine bevorzugte Positionierung der Zusammenfassung von Gateway und fahrzeugseitigem Wegfahrsperren-Steuerteil in einem elektronischen Zündstartschalter an. Der Zündstartschalter erfüllt somit erstens seine normale Zündstartsteuerungsfunktion, zweitens eine Gateway-Funktion, drittens eine Steuerfunktion für die Wegfahrsperre und viertens eine Redundanz der Wegfahrsperrfunktion.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
• Die einzige Figur zeigt ein elektrisches Blockschaltbild eines Zündstartschalters mit zugehörigem elektronischem Schlüssel für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Datennetzwerken und einer elektronischen Wegfahrsperre.
• In der Figur ist als Blockschaltbild ein elektronischer Schlüssel (1) in Funktionstellung in einen elektronischen Zündstartschalter (2) eingefügt dargestellt. Zwischen beiden Einheiten (1, 2) erfolgt ein Informationsaustausch über eine Infrarotstrecke, wozu der Schlüssel einen IR-Sender (11) und einen IR-Empfänger (12) und in gleicher Weise der Zündstartschalter (2) einen IR-Sender (8) und einen IR-Empfänger (9) aufweisen. Im Zündstartschalter (2) ist ein erster Mikroprozessor (3) vorgesehen, an den der IR-Sender (8) und der IR-Empfänger (9) angeschlossen sind und der über eine bidirektionale Schnittstelle (23) mit einer ersten Eingabe/Ausgabe(E/A)-Einheit (5) in Verbindung steht, welche über eine bidirektionale Schnittstelle (28) an ein Datenbussystem-Netzwerk, wie z. B. ein CAN-Bussystem oder dgl., angeschlossen ist, das wenigstens die zur Motorsteuerung erforderlichen elektronischen Fahrzeugkomponenten untereinander vernetzt. Im Schlüssel (1) ist ebenfalls ein Mikroprozessor (14) vorgesehen, an den der IR-Sender (11) und der IR-Empfänger (12) angeschlossen sind und der außerdem einen Schaltkreis überwacht, in welchen eine Bedientaste (15) eingeschleift ist. Der Schlüssel (1) bezieht die erforderliche Energie batterieunabhängig über eine induktive Kopplung (10, 13) vom Fahrzeug über den Zündstartschalter (2). Optional kann zwischen Schlüssel (1) und Zündstartschalter (2) zusätzlich oder ersatzweise eine Hochfrequenz-Übertragungsstrecke mit den zugehörigen Komponenten (16, 17) im Schlüssel (1) bzw. im Zündstartschalter (2) vorgesehen sein, wie in der Figur gestrichelt angedeutet. Eine Bedientaste (15) des Schlüssels (1) dient zur Ansteuerung einer Fahrzeugschließanlage. Zum Starten des Fahrzeugs kommunizieren nach Einstecken des Schlüssels der Schlüssel (1) und der erste Mikroprozessor (3) des Zündstartschalters (2) über die bidirektionale Infrarotstrecke, woraus der erste Mikroprozessor (3) den Start wunsch erkennt und außerdem die Berechtigung des elektronischen Schlüssels (1) anhand von dessen verschlüsselt übermitteltem Berechtigungscode prüft. Dabei ist der erste Mikroprozessor (3) als Steuereinheit einer solchermaßen gebildeten elektronischen Wegfahrsperre ausgelegt, wobei er einen Motorstartvorgang nur freigibt, wenn er die Berechtigung des Schlüssels (1) anhand der Decodierung und Entschlüsselung des empfangenen Berechtigungscodes erkannt hat. Ist dies der Fall, erfolgt ein fahrzeugspezifischer Freigabe-Algorithmus zwischen Motorsteuerung und Mikroprozessor (3), nach dessen Ablauf der Motor gestartet werden kann.
• Der elektronische Zündstartschalter (2) beinhaltet gleichzeitig ein Gateway zwischen dem Motorsteuerungsnetzwerk und einem weiteren Netzwerk, beispielsweise einem Komfortsteuerungs-Netzwerk, über das Komfortsteuerungen, wie Zentralverriegelung, Fensterhebersteuerung, automatische Sitzpositionierung, automatische Spiegeleinstellungen und die Steuerung von Anzeigeelementen, vorgenommen werden. Zur Realisierung des Gateways besitzt der Zündstartschalter (2) parallel zum ersten Mikroprozessor (3) und der ersten E/A-Einheit (5) nebst den zugehörigen Schnittstellen (23, 28) parallel nochmals dieselbe Anordnung mit einem zweiten Mikroprozessor (4), einer zweiten E/A-Einheit (6), einer bidirektionalen Datenschnittstelle (24) zwischen diesen beiden Einheiten (4, 6) und einer bidirektionalen Datenanschlußleitung (29) an das Komfortsteuerungs-Netzwerk. Eine bidirektionale Datenschnittstelle (7) zwischen dem ersten, dem Motorsteuerungs-Netzwerk zugeordneten Mikroprozessor (3) und dem zweiten, dem Komfortsteuerungs-Netzwerk zugeordneten Mikroprozessor (4) realisiert das Gateway. Wenn nun Daten vom Motorsteuerungs-Netzwerk zum Komfortsteuerungs-Netzwerk übertragen werden sollen, nimmt diese der erste Mikroprozessor (3) über die zugehörige erste E/A-Einheit (5) auf und transferiert sie über die Datenschnittstelle (7) zum zweiten Mikroprozessor (4), der sie über die zugehörige zweite E/A-Einheit (6) in das Komfortsteuerungs-Netzwerk wie gewünscht einkoppelt. Umgekehrt wird vorgegangen, wenn Daten vom Komfortsteuerungs-Netzwerk zum Motorsteuerungs-Netzwerk übergeleitet werden sollen.
• Der erste Mikroprozessor (3) und die erste E/A-Einheit (5) sind somit sowohl Teil des Gateways als auch Teil der normalen Zündstartschalterfunktion einschließlich der Wegfahrsperrfunktion. Die zusätzliche Anordnung eines zweiten Mikroprozessors (4) im Zündstartschalter (2) zur Erfüllung der Gateway-Funktion wird nun zusätzlich dazu genutzt, eine Redundanz der Wegfahrsperrfunktion bereitzustellen. Hierzu werden in Verdopplung des IR-Senders (8), des IR-Empfängers (9) und optional oder ersatzweise der Hochfrequenz-Übertragungseinheit (17), die an den ersten Mikroprozessor (3) angekoppelt sind, ein weiterer IR-Sender (19), ein weiterer IR-Empfänger (18) und optional oder ersatzweise eine weitere Hochfrequenz-Übertragungseinheit (21) im Zündstartschalter (2) zur Kommunikation mit dem Schlüssel (1) angeordnet und an den zweiten Mikroprozessor (4) angekoppelt. Durch eine ebenfalls an den zweiten Mikroprozessor (4) angekoppelte, zweite induktive Kopplung (13, 20) ist überdies auch die Energieversorgung für den Schlüssel (1) redundant ausgelegt. Zur Vervollständigung eines zweiten, redundanten Steuerteils der Wegfahrsperre für das Kraftfahrzeug ist ein intelligenter Buskoppler (22) vorgesehen, über den die Datenschnittstelle (24) zwischen dem zweiten Mikroprozessor (4) und der zweiten E/A-Einheit (6) mit derjenigen (23) zwischen dem ersten Mikroprozessor (3) und der ersten E/A-Einheit (5) verbunden ist und der über eine Steuerleitung (26) vom zweiten Mikroprozessor (4) ansteuerbar ist. Über eine weitere Steuerleitung (27) vermag der zweite Mikroprozessor (4) die zweite E/A-Einheit (6) anzusteuern.
• Solange der normale Steuerteil der Wegfahrsperre im Zündstartschalter (2), d. h. insbesondere die Wegfahrsperrfunktion im ersten Mikroprozessor (3) sowie die Datenübertragung über den ersten IR-Sender (8) und den ersten IR-Empfänger (9), störungsfrei arbeitet, hält der zweite Mikroprozessor (4) den Buskoppler (22) gesperrt und gibt die zweite E/A-Einheit (6) zur Eingabe und Ausgabe von Daten frei. Falls dieser normalerweise verwendete Steuerteil für die Wegfahrsperrfunktion im Zündstartschalter (2) nicht mehr funktionsfähig ist, z. B. wegen einer Störung des Wegfahrsperrenfunktionsteils im ersten Mikroprozessor (3), aktiviert der zweite Mikroprozessor (4) den Buskoppler (22), der daraufhin die Datenübertragung vom Datenausgang des zweiten Mikroprozessor (4) zur ersten E/A-Einheit (5) freigibt, und steuert die zweite E/A-Einheit (6) in geeigneter Weise an, um die Wegfahrsperren-Signalübertragung vom zweiten Mikroprozessor (4) zur ersten E/A-Einheit (5) nicht durch Signalübertragungen von oder zum Komfortsteuerungs-Netzwerk über die zweite E/A-Einheit (6) zu stören. Damit kann die Wegfahrsperrfunktion auch bei Störung des normalen Wegfahrsperren-Signalpfades über den redundanten Wegfahrsperren-Signalpfad vom Schlüssel (1) über den zweiten Mikroprozessor (4), den intelligenten Buskoppler (22) und die erste E/A-Einheit (5) zum Motorsteuerungs-Netzwerk aufrechterhalten werden. Die Gesamtausfallrate wird durch diese redundante Auslegung des fahrzeugseitigen Steuerungsteils der Wegfahrsperre deutlich herabgesetzt. Beispielsweise beträgt bei einer Einzelzuverlässigkeit eines Wegfahrsperren-Signalpfades von 100 ppm die Ausfallquote der redundanten Wegfahrsperrenschaltung nur noch 0,01 ppm, so daß praktisch kein unbeabsichtigtes Liegenbleiben des Fahrzeugs wegen defekter Wegfahrsperre mehr auftritt. Bei Bedarf könnte auch der schlüsselseitige Teil der Wegfahrsperre redundant ausgelegt werden, dies ist jedoch weniger kritisch, da meist ein Ersatzschlüssel vorhanden ist und auf diese Weise eine Redundanz gegeben ist.
• Mit vergleichsweise geringem Aufwand an Komponenten erfüllt damit der gezeigte Zündstartschalter sowohl die Wegfahrsperr- als auch die Gateway-Funktion. Zwar stellt der Zündstartschalter wegen der Möglichkeit der direkten Einkopplung des Wegfahrsperrensignals in das Motorsteuerungs-Netzwerk das für die Vereinigung von Wegfahrsperrfunktion und Gateway-Funktion bevorzugte elektronische Steuergerät dar, jedoch kann ggf. auch ein anderes Steuergerät auf die Vereinigung dieser beiden Funktionen hin ausgelegt sein, z. B. ein geeignet aufgebautes Kombi-Instrument.
• Alternativ zur gezeigten direkten Verbindung der beiden Mikroprozessoren (3, 4) über die Datenschnittstelle (7) kann unter Wegfall der letzteren vorgesehen sein, die entsprechende Datenübertragung über den intelligenten Buskoppler (22) vorzunehmen. Des weiteren kann in Abwandlung des gezeigten Beispiels vorgesehen sein, die Datenübertragung zwischen dem jeweiligen Mikroprozessor (3, 4) und seiner zugehörigen E/A-Einheit (5, 6) nicht direkt, sondern ebenfalls über den intelligenten Buskoppler (22) vorzunehmen, wozu dann symmetrisch die Datenschnittstellenanschlüsse der Mikroprozessoren (3, 4) und der E/A-Einheiten (5, 6) jeweils nur mit einem zugehörigen Anschluß des intelligenten Buskopplers (22) verbunden sind.

Claims (4)

1. Elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Datennetzwerken und einer elektronischen Wegfahrsperre, das – sowohl als fahrzeugseitiger Steuerteil für die elektronische Wegfahrsperre als auch als Gateway zwischen wenigstens zwei der Datennetzwerke ausgelegt ist, wobei – wenigstens eine (3) der Komponenten des Gateways auch eine Komponente des fahrzeugseitigen Steuerteils für die elektronische Wegfahrsperre bildet und dass die eine Komponente ein Mikroprozessor (3) in eine E/A-Einheit (5) sowohl Teil des Gateways als auch Teil der normalen Zündstartschalterfunktion einschließlich der Wegfahrsperrfunktion sind.
2. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß – ein weiterer, redundanter fahrzeugseitiger Steuerteil für die elektronische Wegfahrsperre vorgesehen ist, wobei – wenigstens eine (4) der Komponenten des Gateways auch eine Komponente des redundanten fahrzeugseitigen Steuerteils für die elektronische Wegfahrsperre bildet.
3. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß – das Gateway wenigstens zwei parallele Mikroprozessoren (3, 4) und zwei zugeordnete Eingabe/Ausgabe-Einheiten (5, 6) beinhaltet, wobei – die Mikroprozessoren des Gateways als jeweilige Steuereinheiten des ersten und des weiteren, redundanten fahrzeugseitigen Steuerteils für die elektronische Wegfahrsperre dienen und eine (5) der beiden Eingabe/Ausgabe-Einheiten die gemeinsame Eingabe/Ausgabe-Einheit für den ersten und den weiteren, redundanten fahrzeugseitigen Steuerteil für die elektronische Wegfahrsperre bildet, und – ein vom Mikroprozessor (4) des redundanten fahrzeugseitigen Steuerteils für die elektronische Wegfahrsperre ansteuerbarer, intelligenter Buskoppler (22) zur Verbindung des Datenausgangs dieses Mikroprozessors mit der im Normalbetrieb dem anderen Mikroprozessor (3) zugeordneten Eingabe/Ausgabe-Einheit (5) vorgesehen ist.
4. Elektronisches Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß es einen elektronischen Zündstartschalter für das Kraftfahrzeug bildet.