CN104272648A - 用于激活车辆的未激活的控制设备的方法和车载网络以及车载网络的节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在车载网络(1)中激活车辆的未激活的控制设备的方法，其中，形成车载网络节点的车辆的控制设备(2)能够彼此通讯，其中，在待激活子网络中组合车辆的处于彼此通讯关系的、待激活的控制设备(2)的组。提出了，每个节点(2)具有至少一个通向能够经由网络接口直接寻址的相邻节点(2)的网络接口和子网络管理系统，其给出了车载网络的节点(2)通过哪个网络接口能够与哪个子网络通讯，其中在存在对于子网络的控制设备的激活指令时，节点(2)在子网络管理系统中识别，节点通过其网络接口中的哪个能够与待激活子网络通讯，其中节点(2)随后通过所识别的网络接口将激活指令传输至相邻节点(2)，并且其中，只要节点(2)在发送激活指令之前是未激活的，就通过发送激活指令来激活相邻节点(2)。

Description

用于激活车辆的未激活的控制设备的方法和车载网络以及车载网络的节点

技术领域

本发明涉及一种用于在至少一个、优选地是有线连接的、特别是基于以太网的车载网络中激活车辆的、特别是机动车的控制设备的方法，在该以太网中，车辆的形成车载网络的节点的控制设备通过使用至少一个网络协议、特别是以太网协议能够彼此通讯。在此可行的是，车辆的待激活的、所选择的彼此处于通讯关系的控制设备组合成了总体车载网络的待激活的子网络。

此外，本发明还涉及一种车载网络的设置用于执行该方法的节点以及由多个相应设置的节点构成的车载网络。

背景技术

在汽车领域中，除了典型的总线系统，例如CAN总线、MOST总线、FlexRay-总线或者LIN-总线，由因特网应用中已知的以太网到汽车或者车辆技术中的引入也保持了增长。以太网络拥有高分辨的数据传输率，并且是高度灵活的且在世界范围内标准化的。因此，以太网适合作为在车辆的内部的重要的系统接口，并且其越来越多地用作这种系统接口。

但是，由于车辆电子化的增加，其电力需求量也随之增长。这又导致了-在常规的车辆中-提高了燃油消耗，这直接以成本的形式分摊到终端消耗者(车主)身上。此外现今对机动车的征税通过CO₂(二氧化碳)的排放来计算，这由能量消耗(汽油或柴油的燃油消耗)来推导出。

相反的，特别是在电动车辆中，行驶距离直接与电池的容量和通过电池所供给的耗电器的电力需求量相关，从而高的电力需求量降低了电动车辆的行驶距离。虽然在使用内燃机时也是这种情况，因为在电力需求量高时，发电机的负载更强并且这导致了更高的燃料消耗和进而导致了更小的行驶距离。但是在电动车辆中，-在目前的蓄电池容量中能达到的-很小的大约100km的行驶距离明显与在蓄电池再充电时的很长的等待时间相关。

节省能量的可行性在于，仅接通车辆的以下控制设备，其在相应的条件中或者说在相应的车辆状态中是必需的。这称为子网络运行，其中车辆的一组彼此间处于通讯关系的控制设备组合成已激活的或者待激活的子网络。为了实现这种子网络运行，必须激活控制设备，即从待机模式中唤醒或者接通。在网络中的控制设备所需要的信息必须互相协调，从而使得在至今的应用情况中，中央机构在需要时必须执行对控制设备的激活(唤醒过程)。

在现今于汽车领域内串行使用的、基于总线系统CAN，FlexRay，MOST或者LIN的车载网络中，还没有子网络运行。在该处，或者通过车辆的点火来控制或者通过在车辆总线上的、即在车载网络中的行动来控制，使得同时唤醒还与控制设备相对应的所有用户。

在DE 10 2010 008 818 A1中提出了一种用于激活基于以太网的车载网络的车辆网络系统的网络组件的方法，该方法相应地基于中央网络管理器。为此，在中央管理以下信息，哪个控制设备在哪个位置处于网络中的哪个网络地址下并且在何种情况中必须唤醒这些控制设备，从而在需要时通过中央机构实施激活或者唤醒过程。但是，这在管理中是耗费巨大的，并且导致提高了网络管理器的能量消耗。

AUTOSAR(Automotive Open System Architecture Release 3.2汽车开放系统架构)在文件“通讯管理器的规范”，版本2.2.0中指定了一种机制，以便在车载网络中转换子网络运行。这种车载网络基于将网络管理通告循环发送在车辆总线上，其中借助位域显示哪个所连通的网络用户的子网络应当是活跃的。因此，所有用户的总线收发机、即发送接收器一直是活跃的并且其能够分析通告。当子网络在网络管理通告中显示为活跃时，用于接收的总线接收器唤醒其余的控制设备，其中信号或者报文的编组理解为子网络，信号或报文通过与这种编组相对应的控制设备来接受或者发送。这种方法对于现今的汽车领域中的总线系统是标准化的，但是以这种方式不能利用以太网协议的以太网标准来实现该方法。

WO 2003/061175 A2描述了一种分级受控的无线电网络，具有多个用于组织网络的簇头(Clusterkoepfen)，单一的网络节点能够在第一频率上与该簇头通讯。此外，在簇头之间在另一个第二频率上设置通讯。通过设置不同的具有组织功能的簇头实现了，中央基站的故障不导致无线电网络的完全故障。此外，子网络的针对性定址是不可行的。此外，使用专有的网络协议。

由US 2011/0138044 A1已知一种用于局域网(LAN)的LAN唤醒(WOL)技术，其中网络的单个用户设备能够通过特殊的网路协定来连接。为此，一般是切断的用户设备的网络端口保持活跃状态，其中在接受了相应的唤醒数据包后连接用户设备的网络端口。当多重网络端口将多个用户设备同时连接到网络上时，提出，唤醒数据包包含MAC地址(Media AccessControl-Addresse介质访问控制地址)，该地址准确地对应于通过多重网络端口管理的用户设备。多重网络端口在内部管理通过独立接口连接的用户设备的MAC-地址，从而能够选择性地接通单个的用户设备或者用户设备组。

然而此时，在该控制设备作为对于响应以及对于多重网络端口的单个用户设备的可能的接通的重要中央控制设备的范围内，涉及分级网络架构。在这种多重网络端口故障时，不能访问这种用户设备。

因此，至今的用于子网络管理的系统在实现时耗费较高并且对于能量管理而言需要额外的重要电力消耗量。

发明内容

因此，本发明的目的在于，实现用于实现车载网络中的子网络运行的节能的可行性。

该目的通过具有权利要求1所述特征的方法来实现，此外，在开头所属类型的方法中特别地设置了，每个节点、即每个连接到车载网络处的作为通讯单元的用户，具有至少一个网络接口，其通向能够借助该网络接口直接寻址的相邻的节点，并且具有子网络管理系统，其显示了，车载网络的节点能够通过网络接口中的哪个或可能是哪几个能够与哪个子网络通讯。因此，每个能连接到车载网络的控制设备形成了车载网络的一个节点，而该节点强制性地局限于此类控制设备。

根据本发明提出，在存在对于预设的子网络的控制设备的激活指令时(其可能作为对起作用的节点的子网络的激活，或者作为对起作用的控制设备的子网络的激活或者在接收了对于待激活的子网络的激活指令后)，节点在其子网络管理系统中识别，通过其哪个网络接口，节点能够与待激活的子网络通讯，其中节点随后通过所识别的网络接口将激活指令传输到相邻的一个/多个接口处，即直接连接到该节点的节点，并且其中，只要相邻节点在发送一般代表了唤醒机制的激活指令之前是未激活的，即相邻的节点能够从睡眠状态中唤醒，通过发送激活指令来激活相邻节点。

因为每个通过车载网络参与通讯的控制设备也代表了车载网络的一个节点，那么逐渐地激活待激活的子网络的所有控制设备，不必设置中央的网络管理器。附加地，激活车载网络的对于子网络的待激活的控制设备的通讯必要的节点，即使该节点不是对应于待激活的子网络的控制设备，而仅用于传递对于车载网络中的子网络的控制设备必要的通讯。

在这种意义上，车载网络的子网络理解为连接到车载网络出的控制设备的编组，其处于不同的通讯关系中。因此，通过本发明提出了一种分散(dezentrale)的方法，以便在至少部分地也基于以太网的车载网络中激活子网络，并且相应地激活与子网络相对应的控制设备。为此，车载网络中的每个节点、即每个参与车载网络通讯的网络用户，具有也称为能量管理器(EM)的子网络管理系统，其管理子网络和其独有的节点的网络接口并且能够通过网络(车载网络)与其他节点的子网络管理系统(Energiemanager能量管理器)通讯。通过这种分散的管理，节点不必通过车载网络的整体拓扑结构获知消息，而仅仅知道，其通过哪个网络接口能够接触到能使用的子网络中的哪个并且其自身从属于哪个子网络。这例如能够作为每个网络节点中的参数数据来给出。

因为本发明对于车载网络特别地涉及到有线连接的车载网络，借助已知的用于有线连接网络的唤醒模式能够以简单的方式分别唤醒直接邻接到节点的相邻节点。为此已知以下机制，例如发送唤醒脉冲，并且因此不必详细说明这种机制。相应的在无线电车载网络中当然也适用，其中在相邻的节点间特别是在位于节点的直接无线电有效距离内的节点间发送。

基于所提出的方法的分散属性，与每个控制设备相对应的每个节点都能够引起用于子网络的激活过程(唤醒过程)。

根据按照本发明提出的方法的特别优选的实施方式能够提出，接收用于子网络的控制设备的激活指令的节点在其子网络管理系统中识别，该节点能够通过其网络接口中的哪个或可能是哪几个与待激活的子网络通讯，并且节点随后通过所识别的网络接口将激活指令传输到车载网络的相邻节点。如此，激活指令从引起激活的控制设备或者节点出发通过整体的车载网络(网络)来传播，直到对于在子网络中的通讯所必需的所有节点和控制设备已经激活为止。这种分散的工作方法还具有以下优点，即在可能的情况下具有不同网络协议的不同网络通过网关能够彼此相连，其中网关必须执行控制指令从一个网络协议到另一个网络协议的翻译。

因此，根据本发明的方法在于，在起作用的节点或者起作用的控制设备的待激活的子网络中，首先激活或者唤醒所有相邻节点，这些相邻节点(直接或者能紧挨着)连接到节点的以下网络接口(一个或多个)，通过该网络接口能够接触到待激活的子网络。随后将唤醒询问转递到这些相邻节点中的每一个。在这些相邻节点中的每一个上又进行相同的、前面已描述的过程，如此，唤醒询问好像出自其自身一样。由此，唤醒过程递归地通过网络传播，直到子网络的所有成员已经激活，而不必设置中央的网络管理器。

根据优选的构造方案能够提出，节点的子网络管理系统控制节点的能量供给。因此，在施加了激活指令时，节点的子网络管理系统能够激活并接通所有与控制设备相对应的节点，而不必设置额外的唤醒模式。对于激活、即唤醒的具体可行性是硬件模块，其确定了在导线上的能量施加并且因此激活了对于其余节点(控制设备)的能量供给。例如这种硬件模块能够是子网络管理系统的组成部分。

此外，根据本发明还能够提出，节点的子网络管理系统与网络的其他节点的子网络管理系统通讯，例如为了改变或者重新设置子网络，和/或实现网络连接的质量监控。

在根据本发明的方法的范畴中，还能够提出，当相邻节点未激活时，节点、例如节点的子网络管理系统能够通过唤醒指令激活相邻节点，唤醒指令在可能的情况下能够等同于对子网络的控制设备的激活指令。为此所提出的机制是在有线连接的或者无线的通讯网络中基本已知的。在激活子网络时该应用的优点在于，能够实现对于子网络和子网络的用户的分散管理的极其有效的可行性，并且当不需要用户时，能够完全不激活不需要的用户。

通过根据本发明所提出的方法的分散的子网络管理系统还能够，使得节点、优选是每个通过一个控制设备形成的节点，只要在该控制设备中或者在该节点中产生了在该子网络中通讯的需求，就能够引起用于激活子网络的激活指令。除了子网络的特别节能的管理系统之外，由此还实现了对子网络的特别快速的激活，因为每个确定了对于这种子网络的需求的节点(控制设备)能够立即启动子网络的激活。

根据特别优选的方法变体提出，在网络中的通讯(至少部分地)作为基于以太网的通讯来进行，即利用以太网协议来发生。由此，在车载网络中还能够简单地利用以太网通讯的过程和灵活性。

附加地，根据本发明能够提出，构造为网关的节点在不同的网络架构的子网络之间建立了交换、特别是在具有基于以太网的通讯的子网络和具有基于CAN总线的通讯的子网络之间的交换，而本发明并不只局限于这种在不同自网络之间的通讯。因此，根据本发明的子网络激活的分散、非分级式管理系统是特别灵活的。

相应的，本发明还涉及在优选地有线连接的、特别是基于以太网的车载网络中的节点，该车载网络具有至少一个网络接口和具有带计算单元的、也称为节点的能量管理器的子网络管理系统。节点特别地能够形成车载网络的控制设备，但是还能够构造为没有附加功能的例如仅作为中继站或者网关的控制设备。根据本发明提出，计算单元设置用于执行前述方法或者该方法的一部分。

相应的，本发明涉及一种具有多个节点的车载网络，该节点通过网络接口联接成了优选是有线连接的、特别是基于以太网的车载网络。形成车载网络的节点相当于根据本发明的用于执行前述方法或其一部分的前述节点。

根据本发明，节点的设置通过用于在计算单元上实施的程序代码器来实现，如下地设计该计算单元，使得其在计算单元上实施时实施了所提出的方法。

附图说明

本发明的其他优点、特征和应用可行性还由下面对实施例和附图的说明来给出。

在此，所有所说明的和/或附图示出的特征其自身或者以任意组合形成本发明的对象，这与其在权利要求书中的组合或者援引无关。

图1示出了车载网络的优选实施方式，该车载网络具有设定用于执行根据本发明的用于激活未激活的控制设备的网络节点。

具体实施方式

因此，图1中示出的车载网络1具有以圆或者四边形示出的节点2，其中处于简明原因不是所有的节点都配有参考标号2。以圆示出的节点2分别具有仅一个网络接口。以正方形示出的节点2具有多个网络接口。利用网络接口，节点2通过有线连接的网络借助通讯线路3彼此相连。通讯线路3还称为车载网络1的总线导线。在此处于简明原因，不是所有的通讯线路3都配有参考标号。

节点2特别地构造为控制设备或者网关，并且为了识别而标注有字母A至M。此外，在每个节点中设置了子网络号码TN1至TN3，其显示了，哪个控制设备A至M都对应于哪个子网络TN1至TN3。所有的从属于子网络TN1至TN3的控制设备A至M(相对于节点2)，彼此间处于通讯关系，并且因此在待激活的子网络TN1至TN3中激活，其中除了从属于子网络TN1至TN3的待激活的节点2之外，还必须激活以下节点，其仅形成子网络TN1至TN3的节点2的通讯位置。

为此，每个节点2都具有特别是在其计算单元中运行的子网络管理系统，其在附图中未示出并且其显示了，车载网络1的节点2通过哪个网络接口能够与哪个子网络TN1至TN3的哪个节点2通讯。

因此，在节点D的情况中，子网络管理系统显示了，控制设备D(节点)通过其通向控制设备A，B和E的网络接口能够与子网络TN1的节点2通讯。相应的，控制设备D的子网络管理系统显示了，通过通向控制设备B，C和E的网络接口能够与子网络TN2(即该子网络的节点或者控制设备2)通讯，其中控制设备E作为节点2自身不从属于子网络TN2，而是例如交换到控制设备H处的通讯。此外，节点D自身也属于子网络TN3，其中该节点通过通向节点E的网络接口能够与该子网络TN3通讯。这也记录在子网络管理系统中。

在示出的实例中，控制设备A至J分别形成了以太网的节点(2)，并且控制设备H，K，L，M分别形成了CAN总线网络的节点(2)。控制设备H(节点2)在此代表了网关，其使得这两个网络技术以太网和CAN总线网彼此相连。

下面，例如对于以下情况说明对用于激活车载网络1的未激活的控制设备A至M的方法的执行，即，控制设备A要激活子网络TN1。

控制设备A能够通过其唯一的网络接口接触子网络TN1，并且因此通过该网络接口唤醒连接其上的节点2，即控制设备D。为此，通过通讯线路3例如输出控制脉冲，该控制脉冲激活通过控制设备D的网络接口激活该控制设备，或者激活包含能量管理器的子网络管理系统，即使控制设备D在接收激活指令的时间点是未激活的。当然原则上代替控制脉冲可以考虑适当的唤醒机制，控制设备A利用该机制激活连接到通讯线路3处的节点(控制设备D)。

即使控制设备D自身不从属于子网络TN1，必须激活该控制设备，以便实现控制设备A与子网络的其他控制设备2的通讯。

在激活之后，即在发送了例如作为控制脉冲的唤醒指令之后，控制设备A将用于激活子网络TN1的控制指令转递到控制设备处。这在可能的情况下例如还能够与唤醒指令组合地进行。

控制设备D或者其子网络管理系统识别出，子网络TN1通过其四个网络接口中的两个能够接触到子网络TN1，也就是说网络接口通向控制设备D和控制设备E。因此，控制设备D将唤醒指令或者包含唤醒指令的激活指令分别发送到控制设备B和E处。

形成控制设备B的节点2仅具有一个网络接口，通过该网络接口其激活或者说对控制设备d作出响应。为此，控制设备B是活跃的并且知悉，其子网络TN1被请求。因此，该节点B没有要继续发生的事宜。

在控制设备E中(节点2)，表现是类似的。这种控制设备知悉，仅控制设备G通过其网络接口还属于子网络TN1,。因此，唤醒指令仅发送到控制设备G处。在唤醒了控制设备G之后，控制设备D将对于子网络TN1的激活指令转发到控制设备G处，其与控制设备B表现完全相同。替代地，一直可行的是，唤醒指令和激活指令组合成一个指令。

因此，现在激活从属于子网络TN1的所有控制设备A，B，E和G，以及激活对于作为节点2的通讯交换所必需的控制设备D，从而这些控制设备2能够彼此通讯。因此，完成了根据本发明的用于激活子网络TN1的控制设备2的方法。

根据本发明的激活方法的其他实施例显示了，激活也交叉使用网络技术地运作，也就是说，即使当在车载网络中使用不同的网络技术时，其中，在图1的实例中是控制设备H的作为网关运作的节点2，使得基于以太网的网络和基于CAN总线的网络交叉使用网络技术地彼此相连。

在还根据图1阐述的实例中，控制设备B请求激活子网络TN2。直到作为节点2的控制设备H在其功能中实现为网关为止，该方法与前述的涉及子网络TN1的激活的方法类似地运行，从而能够不进行相应的详细说明。

也就是说，控制设备B激活了控制设备D，其也因此激活了控制设备C和E。由于形成节点2的控制设备D在其子网络管理系统中已经知晓，通过通向自身不属于子网络TN2的控制设备E的网络接口，子网络TN2的其他控制设备H，I，K和M能够寻址，因此激活控制设备E。

控制设备E将唤醒和激活指令转发到控制设备H处。类似于前面的工作方法，控制设备E激活其通向控制设备I的属于子网络TN2的网络接口，以便将唤醒指令和激活指令或者组合的唤醒和激活指令转发到形成结点2的控制设备I处。现在，激活了车载网络1的根据以太网协议作用的网络部件的所有控制设备B，D，C，H和I。

现在，作为网关运作的控制设备H将来自车载网络1的与以太网相关的部件的激活指令转换成基于CAN总线的网络所独有的唤醒机制，其中总线接收器识别所请求的子网络并且因此唤醒其余的节点。因此，在已知的、CAN总线独有的唤醒机制的范围内还唤醒参与的控制设备K和M。为此，激活了从属于子网络TN2的所有控制设备B，D，C，H，I，K和M，以及用于交换通讯的控制设备E，从而子网络TN2能够进行通讯并且该子网络是活跃的。因此完成了用于唤醒子网络TN2的控制设备的方法。

因此，在根据本发明的方法中涉及完全分散的、非分级式理念，从而使得管理总体上是简单的。因此，特别是只要还能够改换通讯路径，即使该路径在根据图1的简单的样本网络中未示出，没有单个的起决定作用的机构，其故障将导致通讯系统的整体故障。

因此，提升了系统的安全性。同时，使复杂性分散到所有节点2或者控制设备A到M上。激活指令或者唤醒和激活指令通过网络1自己寻址，而不必为此设置中央控制系统。因此，提出了一种可行性，转换成用于在基于以太网的车载网络中或者在基于以太网的车载网络与其他应用于汽车领域中的总线系统的结合中实现子网络运行的分散式网络管理。

此外，通过根据本发明所提出的方法，仅在激活子网络TN1至TN3的过程期间制造网络通讯。而不需要循环的报文。此外，由于借助适当的、自身已知的唤醒机制唤醒直接邻接设备的可行性，使得切断网络接口的节点不必保持活跃以便分析网络管理通告。因此，不需要的控制设备2能够彻底切断，而不消耗闭合电流，因为在任何情况下通过能够直接邻接的节点2的唤醒脉冲能够唤醒该控制设备。

对于现今已经应用的车载总线系统，根据本发明的方法还能够与通过AUTOSAR标准化的理念相结合，从而在总体适用于基于以太网的且经典的总线系统的架构中，给出了子网络运行在网络范围内的覆盖。此外，在存在适当的控制设备选择器时，该唤醒机制能够直接应用到现今的总线系统上。

Claims (10)

1.一种用于在车载网络(1)中激活车辆的未激活的控制设备的方法，其中，形成所述车载网络的节点的所述车辆的所述控制设备(2)能够彼此通讯，其中，在待激活子网络中组合所述车辆的处于彼此通讯关系的待激活的所述控制设备(2)的组，其特征在于，每个节点(2)具有至少一个通向能够经由所述网络接口直接寻址的相邻的节点(2)的网络接口和子网络管理系统，所述子网络管理系统显示了，所述车载网络的所述节点(2)通过哪个网络接口能够与哪个子网络通讯，其中在存在对于子网络的所述控制设备的激活指令时，节点(2)在所述子网络管理系统中识别，所述节点能够与待激活的所述子网络通讯的所述节点的所述网络接口，其中所述节点(2)随后通过所识别的所述网络接口使所述激活指令传输至所述相邻节点(2)，并且其中，只要所述节点在发送所述激活指令之前未激活，通过发送所述激活指令来激活相邻的所述节点(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收激活指令的节点(2)在所述子网络管理系统中识别，所述节点能够与待激活的所述子网络通讯的所述节点的所述网络接口，并且所述节点(2)随后通过识别的所述网络接口将所述激活指令传输至相邻的所述节点(2)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，节点(2)的所述子网络管理系统控制所述节点(2)的能量供给。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，节点(2)的所述子网络管理系统与网络的其他节点(2)的所述子网络管理系统进行通讯。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当相邻的节点未激活时，每个节点(2)通过唤醒指令能够激活相邻的节点(2)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，节点(2)能够启动用于激活子网络的激活指令。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述通讯在所述车载网络(1)中实现为基于以太网的通讯。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，构造为网关的节点(2)建立在不同的网络架构的子网络之间的交换。

9.一种车载网络(1)中的节点，具有网络接口和具有计算单元的子网络管理系统，其特征在于，所述计算单元设置用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.一种具有多个节点(2)的车载网络，所述节点通过网络接口连接在一起形成所述车载网络(1)，其特征在于，所述节点(2)设计为根据权利要求9所述的节点(2)。