CN104620541A - 用于车辆网络的数据记录装置 - Google Patents

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CN104620541A CN201380046896.0A CN201380046896A CN104620541A CN 104620541 A CN104620541 A CN 104620541A CN 201380046896 A CN201380046896 A CN 201380046896A CN 104620541 A CN104620541 A CN 104620541A
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Abstract

一种用于记录车辆网络(10)的通信数据的数据记录装置(22)，包括：第一输入端(24a)，用于从车辆网络(10)的第一点(18，16)接收第一通信数据；以及第二输入端，用于从车辆网络(10)的第二点(18，16)接收第二通信数据。数据记录装置(22)设计用于为第一通信数据设置第一时间戳并且为第二通信数据设置第二时间戳，其中第一时间戳和第二时间戳彼此同步。

Description

用于车辆网络的数据记录装置
技术领域
本发明涉及一种用于记录车辆网络的通信数据的数据记录装置、一种诊断装置和一种用于记录车辆网络的通信数据的方法。
背景技术
数据记录装置或者数据记录器用于读取在车辆的电子组件，例如控制设备之间的通信数据并且为了诊断目的而进一步处理。
例如，CAN总线，FlexRay总线和MOST总线可以将车辆网络或者车辆通信网络的电子组件彼此网络连接起来并且形成一个组网的车辆网络。为了形成这种现场总线而建立了星形的网络拓扑结构，在该结构中中心网关连接所有总线并且同时例如通过各个诊断插头将外部车辆入口提供给数据记录装置。为此，在运行时间中，连接在中央网关上的总线系统的所有信号都被一同读取。
根据医学术语“诊断”，车辆诊断描述了在车辆的电的和电子组件上的故障的结果的精确对应关系。概念“车辆诊断”被归纳为一系列的技术方法和应用，其例如在维修情况的故障分析中，在用于统计评估的质量保证中以及在车辆研发中应用。此外，该车辆诊断用于通知和警告驾驶员关于出现的故障以及不能无疑义地确保车辆运行时，去激活车辆特性。
车辆诊断可以在车辆车载诊断，还有车辆自诊断的内部中划分成多个诊断组成部分，并且在车辆非车载诊断(诊断信息，诊断工具)的外部中划分成多个诊断组成部分。
狭义上，汽车工业中的车辆诊断意味着在外部的检验设备，诊断测试器(车辆诊断系统)和各个电子设备之间通过诊断协议进行的(诊断)通信。
诊断测试器或者检验设备在此可以包括数据记录装置，其获取和读取在电子设备之间的通信数据。
诊断数据可以作为在诊断测试器和车辆之间的接插件(其间通过ODX来标准化)，该诊断数据描述了通信并且在提供到非车载诊断的诊断系统中。其描述了应用的诊断协议、各个命令、电子组件的可能的应答以及数据的解释，例如物理值的换算。
诊断入口(例如无线的或者有线连接的)可以作为用于车辆诊断的入口，该诊断入口可以用于电子组件的闪烁(Flashen)。
在质量保证中和在车辆研发期间，通常应用诊断测试器，其限制车载通信的记录。这可以产生相对大量的和沉重的待分析数据量。一些基于汽车领域的实例为MultiLOG(GiN，向量信息)，MC Log(IHR GmbH)，CCO DLIII(Condalo GmbH)，M-LOG(IPETRONIK GmbH&CoKG)，bluePiraT(Telemotive)。
另一组诊断测试器多数是纯软件基础的(也可以在笔记本或者汽车的工业计算机中运行)并且也提供数据记录器的功能，如CANoe，X-Analyzer，canAnalyzer，Cancorder，EDICmobil，TraceRunner，IPEmotion等等。这些车辆诊断工具中的一些提供附加的功能，如(残余总线Restbus)模拟(CANoe)。
此外，也存在这样的诊断测试器，其支持两个主要的功能故障存储器分析和记录数据总线通信。例如CANape(向量信息)，DiagRA MCD(RA咨询)和Tedradis(IT设计者)。这设定了在记录的CAN消息和读取的电子组件的故障存储器之间的时间上的关系并且以这种方式减轻了分析工作。Tedradis工具附加地支持使用者通过另外的可能性来减少数据(例如Trigger)，可视地提供重大相关的数据，读取和记录车辆信息，如控制设备编码等等。嵌入设备如Telemotive(blue PiraT)和Condalo GmbH(CCODLII)的制造商也当前运行一些功能，该功能对使用者在分析数据是进行支持。
然而，在所有的这些系统中，当整个车辆的数据被读取时，数据记录器都连接到车辆网络的中央接口上。在研发期间，也可以单独地读取各个控制设备。附加地，这也可以取决于现场总线本身以及可能的网络拓扑结构。在MOST(具有环结构)中，位置也可以扮演决定性的角色。
以太网也可以作为在车辆中的电子组件之间的通讯工具使用。
例如，车辆入口的较大的数据范围的情况中通过以太网作为新的诊断入口被证明是具有较大优点的。通过引入标准化的IP诊断结构，如在ISO13400中说明的，通过以太网作为物理层可以更加快速地运行引入的诊断入口。
但是，相对于现有的总线系统，如MOST，FlexRay以及CAN，以太网并没有展现共用的媒介(分开的媒介)。在共用媒介中，所有的参与者(电子组件)分割带宽并且所有都具有访问数据内容的权利。在原始版本中以太网也曾是公用的媒介，但是基金作为切换的媒介运行，其在两个方向(全双工)分别在每个链路(在两个电子组件的网络连接)上提供最大带宽(例如100Mbit/s)。
这在读取通信数据是会导致问题，因为读取的通信数据必须通过网络连接发送给中央网关，其应该同时用于发送两个电子组件之间的通信数据。另外的问题也可能会产生：通信未在整个网络中分配。通信多数情况仅仅在相邻的节点之间实现。当链路加满负载时，整个通信就不能通过相同快速的链路来分配。这会导致带宽瓶颈。
这将参考附图1进一步描述。
发明内容
本发明的目的在于提供用于车辆网络的高效的诊断系统，其中不会丢失数据并且其中可以保持数据的时间上的对应关系或者时间上的顺序。
本发明的一个方面涉及数据记录装置或者数据记录器，用于记录车辆网络的通信数据。车辆系统可以包括多个网络连接，其连接车辆，例如汽车，客车，货车，公交车，摩托车等的电子组件。
根据本发明的一个设计方案，数据记录装置包括：第一输入端，用于从车辆网络的第一点接收第一通信数据；以及第二输入端，用于从车辆网络的第二点接收第二通信数据。换句话说，数据记录装置通过两个输入端与不同的网络连接或者车辆网络的网络电缆连接。数据记录装置可以设计为在车辆网络的不同的点记录通信数据。通过这种方式可以避免一定要使用网络连接，以在电子组件和数据记录装置之间传输数据。
例如，数据记录装置可以通过多个输入端或者接口并行地从车辆网络中获取通信数据并且可选地对其进行进一步处理。应该理解的是，这些输入端能够与网络的涉及的点直接连接，也就是说，通讯数据通过不是车辆网络的组成部分的特定的线路或者连接从这些点向输入端传输。这种类型的连接可以包括TAP(T块)或者附加的开关。为此，在电子组件之间的连接可以被分开。
此外，数据记录装置设计成为第一通信数据设置第一时间戳并且为第二通信数据设置第二时间戳，其中第一时间戳和第二时间戳彼此同步。通过这种方式，从车辆网络的不同的点和/或不同的设备读取的通信数据被设定时间关系和/或在时间上协议化，从而例如能够在动作结果和反应结果之间的数据间进行区分。
当通信数据已经具有时间戳时，在其被读取之前，也可以使已经存在的时间戳在时间上建立关联和/或在时间上补偿。例如FlexRay和以太网AVB提供时间同步数据通信。
数据记录装置可以设计用于使用时间同步协议来同步通信数据。在此，可以分布式地在整个车辆网络中获取通信数据并且为通信数据分配时间戳。
根据本发明的一个设计方案，车辆网络包括以太网连接。第一通信数据和第二通信数据可以包括以太网数据包。数据记录装置可以设计为读取或记录以太网通信数据。通信数据可以从以太网基础的网络中获取并处理。
例如，数据处理装置可以具有作为输入单的多个以太网端口，以在车辆网络的不同位置接收数据。
根据本发明的一个设计方案，数据记录装置包括用于数据第一通信数据和第二通信数据的输出端。数据记录装置可以设计为借助第一和第二时间戳来在时间上布置第一通信数据和第二通信数据。通过这种方式可以设计通信数据在时间上的关系并进一步处理。
根据本发明的一个设计方案，数据记录装置包括同步输入端，用于将数据记录装置与另外的数据记录装置同步，从而使第一时间戳和第二时间戳与另外的数据记录装置的时间戳同步。如果使用了多个数据记录器，那么这些数据记录器又被彼此同步。通过这种方式能够构建分布式的记录系统，其包括多个数据记录装置。
为了同步数据记录装置，可以使用例如IEEE1588或者IEEE802.1AS协议，从而在时间上对多个数据记录装置进行同步。通过这种方式，利用多个同步的数据记录装置来记录非常大型的以太网网络(也就是多个单个连接的)的通信数据，并且建立记录的数据在时间上的关系。
根据本发明的一个设计方案，数据记录装置或者其逻辑至少部分地以硬件实施。例如，时间戳已经在接收通信数据通过了相应的硬件单元。该可能性例如也在IEEE1588或者IEEE802.1AS中使用并且已经由各种不同的构件支持。通过该时间戳建立各个连接中每一个相对于其他连接的通信。
通过使用相应的硬件单元，时间戳的精度可以在纳秒范围(少于10纳秒)实现。
本发明的另一个方面涉及一种诊断装置，其可以用于对车辆的车辆网络进行测试。
根据本发明的一个设计方案，诊断装置包括车辆网络，其包括多个电子组件和多个网络连接，这些网络连接将电子组件连接起来。另外，诊断装置包括如以上和以下所述的数据记录装置。
根据本发明的一个设计方案，数据记录装置利用输入端与网络分配器(也就是开关)的输出端连接。数据记录装置的多个输入端可以(例如通过网线和插头)与多个开关连接，从而在车辆网络的不同位置读取数据。由其发出通信数据的第一或第二点因此可以是开关。
根据本发明的一个设计方案，数据记录装置利用输入端通过分支点(例如Taps)与网线连接。输入端也可以通过多个Taps连接至不同的网线，这些网线提供网络连接。由其发出通信数据的第一和第二点可以因此是网络连接或者网线。
本发明的另一个方法涉及一种用于记录车辆网络的通信数据的方法。在此应该理解，即方法的特征，如以上和以下所描述的那样，也可以是数据记录装置和/或诊断装置的特征并且反之亦然。
根据本发明的一个设计方案，该方法包括以下步骤：
-在数据记录装置中接收来自车辆网络的第一点的第一通信数据；
-在数据记录装置中接收来自车辆网络的第二点的第二通信数据；
-在数据记录装置中为第一通信数据设置第一时间戳；
-在数据记录装置中为第二通信数据设置第二时间戳，其中，第一时间戳和第二时间戳彼此同步。
通过唯一的数据记录装置可以从车辆网络的多个点接收或者读取数据并且在时间上进行补偿。
根据本发明的一个设计方案，该方法还包括步骤：
-将数据记录装置与另外的数据记录装置同步。该补偿也可以在多个彼此之间能够同步的数据记录装置之间实现。
该方法允许对整个网络，例如以太网车辆网络的通信进行协议化并且建立时间上的关系。该记录可以不依赖于网络带宽通过多个输入端以及可选地通过可标度性借助于应用多个数据记录器来实现。通过这种方式能够提供足够的容量来接收所有数据。
通过输入端或者记录端口以及时间同步的扩展功能，能够为涉及的数据包分配时间戳。由此，在不同的位置获取的数据能够在时间上精确地进行对应。通过这种方式，借助于对车辆网络中的通信进行的记录可以发现这样的故障，该故障要么就是不能被发现的要么就是需要通过复杂的方法才能发现的。
所描述的方法尤其不会影响或者歪曲网络的通信行为(例如时间进程)，其应该被检验。
附图说明
接下来借助附图详细描述本发明的实施例。
图1示意性地示出了具有诊断设备的车辆通信网络。
图2示意性地示出了具有诊断设备的车辆通信网络。
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的诊断装置。
图4示意性地示出了根据本发明的实施例的诊断装置。
图5示出了根据本发明的一个实施例的用于记录通信数据的方法的流程图。
基本上相同的或者类似的部分具有相同的标号。
具体实施方式
以太网在过去不仅仅展现为用于汽车的诊断接口，而且也应用在车辆的车辆网络中。由于以太网网络的较高的带宽，新的解决方案可能是必要的，从而确保记录功能性。这将参考接下来的两个附图1和2进一步阐述。
图1示意性地示出了具有星形拓扑结构和诊断设备12的车辆通信网络10。
在此，电子组件14分别通过点对点连接16以全双工带宽100Mbit/s(也就是在两个方向上分别100Mbit/s)连接至开关18a，18b。连接16可以例如由以太网线提供。
在开关18a上示例性地连接诊断设备12。
问题情况会以接下来的方式出现：
设备14a与设备14b以90Mbit/s的带宽通信并且14c和14b以70Mbit/s的带宽通信。该通信是没有问题的，以为切换的以太网是有全双工能力的。这意味着，发送方向不影响接收方向。
然而，整个通信例如应该通过称为“端口镜像”的方法向诊断设备12进一步传递时，在开关18a和18b之间的连接16就呈现出一个瓶颈。
端口镜像允许对从开关的一个或者多个端口(输入端)到另外的端口(也称为镜像端口)的网络交通进行镜像。在活跃的端口镜像时，理论上的数据率为90Mbit/s+70Mbit/s＝160Mbit/s因此超过实际可能传输的数据率60Mbit/s。开关18a就会相应地抛弃数据包并且在诊断设备12上就不会接收到所有的数据包。
图2示意性地示出了具有集成到开关18b中的诊断设备12的另外的车辆网络10。
在车辆通信网络10中，两个开关18a，18b，电子组件14a和开关18a以及电子组件14b和开关18a通过1000Mbit/s连接16连接。
此外，在图2中示出的车辆通信网络相应于图1中所示。
在该场景中，当例如从电子组件14a向电子组件14b的通信也提供1000Mbit/s的速度时，并不能总是确保向诊断设备12的数据传输。在这种情况中，即电子组件14a与电子组件14b以950Mbit/s通信并且电子组件14c与电子组件14b以60Mbit/s通信，那么在两个开关18a，18b之间的连接16就会过载(1010Mbit/s替代最大的1000Mbit/s)。例如在车辆中使用摄像机的情况中，在传输视频时出现该数据率。
在图1和2中示出的诊断设备具有数据记录器，其仅仅通过唯一的数据接口与网络10连接。在图1和2中示出的网络拓扑结构因此产生通信数据，该通信数据通过这样的数据记录器可能不能完全地记录。在最差的情况中，仅仅能记录一个连接16。
图3示意性地示出了诊断装置20，其包括车辆网络10和诊断设备12。
车辆网络10具有基于Daisy-Chain的拓扑结构，其中多个开关18串联布置。开关18通过网络连接16彼此连接，通过网络连接，通信数据能够以例如100Mbit/s进行交换。利用每个开关可以连接在此示意性地示出的电子组件14。
利用Daisy-Chain拓扑结构相较于星形拓扑结构可以保持更小的布线成本并且能够简单地实现设计变体。然而应该理解的是，在图3中示出的车辆网络10也可以具有另外的拓扑结构，如在图1和2中示出的拓扑结构。
但是，Daisy-Chain拓扑结构也可以在唯一的诊断结果的情况中具有弱点。该拓扑结构在远离上类似于经典的总线系统的拓扑结果，如MOST，CAN和FlexRay。当例如开关18a与开关18b通信时，该带宽就不再能在其之间提供给其他的开关18。每个开关18可以无问题地通过连接16与其相邻节点以100Mbit/s发送数据，而在此不会损失数据包。利用仅一个接口连接至车辆网络10的Daisy-Chain拓扑结构的诊断设备通常可以不接收所有数据。
然而，诊断设备12具有数据记录装置22或者以太网数据记录器22，其具有多个输入端或者以太网端口或者记录端口24，通过其可以读取来自网络10的多个点的通信数据。每个输入端24都利用开关18a或者利用分支点26与网络连接16连接。该连接例如可以通过特殊的(stich)线路28实现。
数据记录装置22将来自输入端24的通信数据融合到其计算单元中。大量的接口24解决了上面阐述的带宽问题。在标准以太网中为两个通信伙伴提供总线速度是必须的。连接在100Mbit/s端口上的1000Mbit/s端口因此可能仅仅以大的共同带宽来通信，在该种情况中为100Mbit/s。
数据记录装置22包括另外的功能，其也应用在新的以太网标准IEEE802.1AS中。输入端24对通信手的到达时间协议化。输入端24在时间上同步，并且使用相同的时间基础。借此，其能够精确地指派向其他的输入端24平行地抵达的通信数据并且数据记录装置22可以在需要时融合通信数据。
诊断设备12可以除了具有数据处理装置22之外还具有另外的组件，如滤波器30，用于对时间同步的通信数据进行滤波，显示器32，用于显示通信数据等等。
图4示意性地示出了另外诊断装置20，其包括多个诊断设备12。诊断设备12或者其数据记录装置22为此分别包括一个另外的输入端34或者以太网端口或者记录端口34，利用该端口可以通过数据记录装置22。为此在分布式的诊断设备12之间设置了附加的连接36，以对其进行同步。装置20的数据记录器功能以及被分配成多个层级。数据融合可以时间同步地实现。
图5示出了用于记录通信数据的方法的流程图。通信数据可以例如以数据包的形式读入到输入端24中。
在步骤50中，在输入端24a上获取或者读取第一数据包。在步骤52中产生第一时间戳。在步骤54中将第一时间戳添加给抵达的第一数据包。
在步骤56中，在输入端24b上获取或者读取第二数据包。在步骤58中产生第二时间戳。在步骤60中将第二时间戳添加给抵达的第二数据包。
第一和第二时间戳可以是硬件时间戳，当数据记录装置22转换成硬件的形式时。
在步骤62中实现两个数据包的中心融合。例如，数据包可以添加成公用的数据流。
在步骤64中，第一时间戳和第二时间戳进行补偿并且生成用于两个数据包的抵达序列。
利用该方法，来自多个源18，16的抵达的数据包利用数据记录装置22的计算单元融合。在记录，诊断和故障发现的意义上，通信的时间上的顺序会是非常重要的，以能够区别和识别出动作和反应。时间同步在此用于能够识别数据包的顺序。通过以硬件为基础的时间同步，能够以低于纳秒的范围确保数据到达精确性。
补充指出的是，“包括”不排除其他的部件或者步骤，并且“一”或“一个”也不排除复数。此外，应该指出的是，通过上述实施例之一描述证明的特征或者步骤也能够与上述描述的另外实施例的另外的特征或者步骤组合。在权利要求中的参考标号不能被视为限制。

Claims (10)

1.一种用于记录车辆网络(10)的通信数据的数据记录装置(22)，所述数据记录装置(22)包括：
-第一输入端(24a)，用于从所述车辆网络(10)的第一点(18，16)接收第一通信数据；
-第二输入端，用于从所述车辆网络(10)的第二点(18，16)接收第二通信数据，
其中，所述数据记录装置(22)设计用于，为所述第一通信数据设置第一时间戳并且为第二通信数据设置第二时间戳，其中所述第一时间戳和所述第二时间戳彼此同步。
2.根据权利要求1所述的数据记录装置(22)，其中，所述数据记录装置(22)设计用于借助所述第一时间戳和所述第二时间戳在时间上分配所述第一通信数据和所述第二通信数据。
3.根据权利要求1或2所述的数据记录装置(22)，其中，所述车辆网络(10)包括以太网连接；其中所述第一通信数据和所述第二通信数据包括以太网数据包。
4.根据前述权利要求中任一项所述的数据记录装置(22)，还包括：
-同步输入端(34)，用于使所述数据记录装置(22)和另外的数据记录装置同步，从而使所述第一时间戳和所述第二时间戳与所述另外的数据记录装置的时间戳同步。
5.根据前述权利要求中任一项所述的数据记录装置(22)，其中，所述数据记录装置设计为硬件。
6.一种用于车辆的诊断装置，包括：
-用于所述车辆的车辆网络(10)，所述车辆包括多个电子组件(14)和多个网络连接(16)，所述网络连接将所述电子组件连接起来；
-根据权利要求1至5中任一项所述的数据记录装置(22)。
7.根据权利要求6所述的诊断装置(20)，其中，所述数据记录装置(22)利用输入端(24a)与网络分配器(18)的输出端连接。
8.根据权利要求5或6所述的诊断装置(20)，其中，所述数据记录装置(22)利用输入端(24a)借助分支点(26)与网线(16)连接。
9.一种用于记录车辆网络(10)的通信数据的方法，所述方法包括以下步骤：
-在数据记录装置(22)中接收来自所述车辆网络(10)的第一点(16，18)的第一通信数据；
-在所述数据记录装置(22)中接收来自所述车辆网络(10)的第二点(16，18)的第二通信数据；
-在所述数据记录装置(22)中为所述第一通信数据设置第一时间戳；
-在所述数据记录装置(22)中为所述第二通信数据设置第二时间戳，其中，所述第一时间戳和所述第二时间戳彼此同步。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括步骤：
-将所述数据记录装置(22)与另外的数据记录装置同步。
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