CN108781350B - 具有用于多个控制单元的通信单元的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车(1)，具有：通信单元(6)，该通信单元具有至少一个无线电模块(8)并设计为，借助于所述至少一个无线电模块(8)运行与至少一个车辆外部的对象(4)的无线电连接(7)以用于交换通信数据(3)，其中在机动车(1)中提供多个功能程序(2)，该功能程序设计为，提供基于相应的通信数据(3)的车辆功能(F1‑F4)。本发明提出，提供多个与通信单元(6)不同的控制单元(11)，每个控制单元都具有服务模块(16)，该服务模块(16)设计为，独立于功能程序(2)地从相应的控制单元(11)出发通过通信单元(6)和相应的无线电连接(7)与至少一个车辆外部的对象(4)交换通信数据(3)，功能程序(2)以分散至控制单元(11)上的方式布置并且被设计为，与控制单元(11)的相应的服务模块(16)交换通信数据(3)。

Description

具有用于多个控制单元的通信单元的机动车
技术领域
本发明涉及一种具有通信单元的机动车，该通信单元包括至少一个无线电模块，以便提供或运行与至少一个车辆外部的对象的无线电连接用以交换通信数据。在机动车中设有多个功能程序，这些功能程序分别基于通信数据提供车辆功能。本发明还包括一种用于提供这些车辆功能的方法。
背景技术
在机动车中可以提供所谓的在线-车辆功能，该在线-车辆功能使用通过无线电连接从车辆外部的对象接收的和/或向车辆外部的对象发送的通信数据。这种车辆功能的示例是例如基于网页“www.car-2-car.org”所述的车-对-车-通信。车-对-车-消息在此是通信数据。这种类型的另外的车辆功能是远程维护，其中例如可以通过无线电连接将软件更新传输到机动车中并装载或存储到控制单元或控制器中。因此软件更新是通信数据。车辆功能中的每个功能都可以通过功能程序实现。
在现代的机动车中原则上规定，在通信单元中提供这种功能程序，该通信单元具有至少一个无线电模块，借助于该无线电模块提供与至少一个车辆外部的对象、即例如另外的机动车或移动无线电网络的无线电连接。这具有如下缺点，即通信单元的计算功率限制了功能程序的数量和/或规模。另一方面，提供用于执行另外的功能程序的附加的处理器装置具有如下问题，即必须如此调整或改变功能程序，使得该功能程序可以从该处理器装置出发间接通过通信单元与车辆外部的对象交换通信数据。这需要在功能程序中的调整成本。
发明内容
本发明的目的是，在机动车中运行依赖于与车辆外部的对象交换通信数据的功能程序。
上述目的通过一种具有以下所述特征的机动车实现。
通过本发明提供一种机动车，该机动车具有所述的通信单元，该通信单元具有至少一个无线电模块，并为此设计为，借助于该至少一个无线电模块来运行与至少一个车辆外部的对象的无线电连接，以便与该至少一个车辆外部的对象交换通信数据。在机动车中提供了多个功能程序，这些功能程序被设计用于提供相应的车辆功能，这些车辆功能以通信数据为基础，即规定向至少一个车辆外部的对象发出通信数据和/或从至少一个车辆外部的对象接收通信数据。车辆外部的对象如所述方式可以是例如另外的机动车或基础设施部件(即，固定地布置在交通路线系统中的对象、例如交通信号灯和/或路牌)或移动无线电网络或WLAN网络(WLAN-Wireless Local Area Network无线局域网)或因特网的服务器。这种服务器可以是所谓的后端，该后端从多个车辆处接收数据并例如组合这些数据，由此产生周围环境描述或外界环境描述。
为了可以使功能程序的数量和/或规模独立于通信单元的计算功率，根据本发明提出，提供多个与通信单元不同的控制单元(即例如另外或其它的控制器)，这些控制单元中的每个都具有服务模块。这种服务模块可以包括电子电路和/或程序编码。每个服务模块都为设计为独立于功能程序地从该服务模块所位于的控制单元出发、通过通信单元和相应的无线电连接与至少一个车辆外部的对象交换通信数据。服务模块因此提供所有的原本用于与至少一个车辆外部的对象交换通信数据所需的服务功能或服务功能性。这些功能程序以分散到所述的控制单元上的方式布置并且被设计用于，本身不与车辆外部的对象交换通信数据，而是替代地仅与控制单元的相应的服务模块交换通信数据。也就是说，所有功能程序都设置为，本身不通过通信单元和无线电连接与至少一个车辆外部的对象交换通信数据。替代地提出，每个功能程序仅利用其控制单元的相应服务模块进行或实施通信数据的交换。
通过运行根据本发明的机动车得到以下根据本发明的用于提供多个车辆功能的方法，这些车辆功能以与车辆外部的对象交换的通信数据为基础。在机动车中通信单元借助于至少一个无线电模块运行与至少一个车辆外部的对象的相应的无线电连接。多个功能程序分别提供车辆功能中的各一个功能，即例如导航和/或车-对-X-通信。功能程序本身以分散到多个与通信单元不同的控制单元上的方式布置，在控制单元中执行功能程序。在此控制单元分别运行服务模块，该服务模块独立于功能程序从相应的控制单元出发通过通信单元和相应的无线电连接与至少一个车辆外部的对象交换通信数据。功能程序本身与控制单元的相应服务模块交换通信数据。也就是说，功能程序仅须被设计得在控制单元内部与服务模块交换通信数据。统一外部通信、即从控制单元向相应的车辆外部的对象的通信通过服务模块实施或提供。
通过本发明得到如下优点，即可以如此调整机动车中的计算功率：相应提供多个/或功率强的控制单元，这些控制单元与原本的通信单元不同。但是没有任何一个功能程序被调整为从相应控制单元出发与至少一个车辆外部的对象交换通信数据。功能程序可以利用本地的、在控制单元中提供的服务模块来实施通信数据的交换。原本的传输、就是说与至少一个车辆外部的对象的交换通过服务模块实施。因此对于相应的功能程序而言，在哪里执行并不重要。
本发明还包括可选的改进方案，通过这些改进方案得到附加的优点。
根据改进方案，控制单元的服务模块设计为相同的。特别是在此提出，应用程序接口(API-Application Programming Interface)——通过该应用程序接口在服务模块与功能程序之间执行通信数据交换——在每个服务模块中也设计为相同的。由此有利地可以自由设置或选择在哪个控制单元上安装或提供功能程序。
服务模块优选被设计为，针对功能程序对至少一个车辆外部的对象处实施认证和/或对要发送的通信数据实施加密和/或对接收的通信数据实施解密。由此可以特别简单地设计功能程序。
为了不是早在制造机动车时就确定哪个功能程序要在哪个控制单元中运行，优选提出，在控制单元中的至少两个控制单元中分别提供相同的功能程序的副本/拷贝/复制品。控制单元在此设计为，总是运行副本之一。通过功能程序提供的车辆功能在任意时刻仅通过功能程序的一个副本提供。但是可行的是，另外的时刻通过另外的控制单元中的副本提供相同的车辆功能。由此可以在机动车中转移车辆功能，就是说，可以在不同的执行地点提供车辆功能。
特别优选的是，控制单元设计为，执行在此被称为设备转换的转换。为了设备转换，在机动车运行期间中断车辆程序的副本之一。确定对中断的副本的当前运行状态加以描述的参数集。该运行状态描述车辆功能的当前状态。借助于参数组可以在功能程序的另一副本的情况下设定运行状态或运行这个副本。也就是说，功能程序的这个副本在之前的副本中断的位置继续运行。由此可以实现从一个控制单元到另一个控制单元的无缝的设备转换。在机动车中连续地提供车辆功能，就是说运行状态无突然的改变。
这种方法优选用于所谓的负载均衡。在此设有仲裁单元(Arbiter)，该仲裁单元设计为用于确定控制单元的相应的资源负载并通过所述设备转换使控制单元的资源负载彼此均衡。例如，如果控制单元之一的资源负载大于预定的阈值，则可以触发设备转换。
所述的车辆功能特别是如下功能中的至少一个：导航、语音操作、传感器信号的处理、车-对-X-通信和/或远程维护。车-对-X-通信在机动车与其它车辆(车-对-车)和/或基础设施部件之间发生。基础设施部件是固定地布置在交通路线系统中的对象，例如交通信号灯和/或路牌。
为了可靠地与至少一个车辆外部的对象交换通信数据，特别是提出，通信单元的至少一个无线电模块包括移动无线电模块、例如LTE模块(LTE-Long Term Evolution(长期演进))、和/或WLAN模块和/或蓝牙模块。
为了将具有功能程序的控制单元彼此间联接并且与通信单元联接，优选提出，通信单元和控制单元通过面向分组的(paketorientiert)数据网络彼此联接。特别优选的是，提供以太网、特别是千兆位以太网。面向分组的数据网络具有的优点是，根据需要使用数据网络并动态地调整。在配置机动车时不需要确定例如预定的固定时隙。
根据本发明的机动车优选设计为汽车、特别是乘用车。
本发明还包括根据本发明的改进方案，这些改进方案具有如结合根据本发明的机动车的改进方案所述的特征。由此根据本发明的方法的相应的改进方案不再赘述。
附图说明
下面说明本发明的实施例。在此唯一的附图(图)示出根据本发明的机动车的一个实施形式的示意图。
具体实施方式
以下描述的实施例是本发明的优选实施例。在该实施例中，该实施形式的所述各部分分别是本发明的单独的、可视为彼此独立的特征，这些特征也彼此独立地改进本发明并由此可单独地或以与示出的组合方式不同的组合方式被视为本发明的组成部分。所述实施形式还可以通过本发明的其它的已经说明的特征加以补充。
附图示出机动车1，该机动车可以是例如汽车、特别是乘用车。在机动车1中提供多个功能程序2，通过这些功能程序可以分别提供车辆功能F1、F2、F3、F4。车辆功能F1、F2、F3、F4例如可以是：对机动车1部件的远程维护、例如装载更新软件，和/或基于车-对-X通信的环境监控和/或传输传感器数据和/或在线-语音识别和/或基于在线的语音操作。车辆功能F1-F4以与车辆外部的对象4的通信数据3的交换为基础，该车辆外部的对象可以是例如其它车辆和/或因特网5的一个或多个服务器。
为了在对象4与机动车1之间传输通信数据3，可以在机动车1中提供通信单元6。可以通过相应无线电连接7与对象4交换通信数据3。为了建立和/或保持或运行无线电连接7，通信单元具有至少一个无线电模块8，例如移动无线电模块，该移动无线电模块可以基于SIM(Subscriber Identification Module(用户识别模块))或eSIM(嵌入式SIM)与移动无线电网络9建立移动无线电连接。通过移动无线电网络9可以例如与因特网的服务器的通信。可以为提供WLAN连接和/或蓝牙连接BT设置至少一个另外的无线电模块。与其它车辆的WLAN连接可以基于标准WLANp(标准IEEE802.11p)和/或蓝牙LE(LE-低能)提供。通信单元6可以例如是用于天线模块6′、例如车顶天线的控制设备。
可以通过防火墙-保护机制(FW)保护经由无线电连接7的通信数据3的交换，以便防止从外部不正当地操纵机动车1。通信单元6还可以具有已知的紧急呼叫功能10，该紧急呼叫功能也被称为eCall。
而功能程序2则不必通过通信单元6执行。
替代的是，另外的控制设备或控制单元11通过机动车1中的数据网络12与通信单元6联接。每个控制单元6都可以具有处理器装置13，例如一个或多个微处理器或微控制器，以此能够执行功能程序2中的至少一个功能程序，从而通过相应的控制单元11提供或实现或执行所执行的功能程序2的相应的车辆功能F1-F4。哪个功能程序2在哪个控制单元11上执行，可以例如根据以下情况确定，即为了提供车辆功能F1-F4功能程序2还需要哪些其它部件。例如功能程序2会需要一个或多个总线连接14用于与其它的车辆部件通信。该总线连接可以例如用于CAN总线(CAN-Controller Area Network(控制局域网))和/或LIN总线(LIN-Local Interconnect Network局部互联网)。控制单元11也可以例如连接在摄像机14上，通过该摄像机实现了作为监控功能F3的环境监控或车辆内部空间监控。功能程序2可以例如需要麦克风15作为麦克风数据的数据源并在与麦克风15连接的相应控制单元11上运行。适合的控制单元11的示例是：用于联接数据网络和/或机动车1的总线系统的网关、驾驶员辅助系统、信息娱乐系统(Informations-und Unterhaltungssystem)、车辆信息系统。
虽然功能程序2不直接通过通信单元6本身执行，因此不具有通过无线电模块8至无线电连接7的直接路径，但是不以特别的方式调整功能程序2，就能额外通过数据网络12与通信单元2通信。替代的是，在每个控制单元11中都提供服务模块16，该服务模块管理或控制或配置在控制单元11与通信单元6、以及进而相应的车辆外部的对象4之间的数据交换。例如可以通过每个服务模块16执行为了传输的通信数据3而例如进行的认证和/或加密。在每个控制单元11内部在服务模块16与相应的功能程序2之间发生通信数据3的内部交换17。因此仅须如此考虑或设计每个功能程序2，使得可以在控制单元11内部与服务模块16交换通信数据。
服务模块16可以在所有的控制单元11中被这样相同地设计：使得功能程序2也能够交替地在两个不同的控制单元11上执行。为此在每个控制单元11中例如提供相应的功能程序F1-F4的副本。通过仲裁单元18可以确定控制单元11的相应的负载数据19，即例如相应的处理器装置13的处理器负载/处理器使用率。仲裁单元18可以是例如控制单元11的或另外的控制设备的程序模块。根据负载数据19，可以通过仲裁单元18控制：开始或运行功能程序2的哪个副本。由此可以实现负载均衡20，即使得控制单元11的负载相同。为了能在控制单元11之间转换，可以针对被中断的功能程序2确定一描述该功能程序当前运行状态的参数集21。该功能程序的副本可以在另一控制单元11方面被如此配置，使得在执行该功能程序时在该被中断的功能程序2被中断的位置继续执行相应的车辆功能F1、F2、F3、F4。
因此在机动车1中实现了，向多个控制设备或控制单元11分散车辆功能F1-F4，而无需为此调整功能程序2，这是因为每个控制单元11的自身的服务模块16都为例如认证和/或加密提供了相应的通信基础结构。通过在控制单元11中的相同的软件架构、即整体上通过服务模块16的相同的结构，在运行时实现了在控制单元11之间对车辆功能F1-F4的动态分散，由此实现了所述的负载均衡20。在运行时通过仲裁单元18进行车辆功能F1-F4的动态分散，该仲裁单元相应地中断或开始或激活功能程序2的副本。
优选还设有多个管理器(控制设备，例如用于机动车的通信网络的网关、信息娱乐系统、驾驶员辅助系统)，这些管理器全部具有单独的核心服务器或服务模块16。对无线电连接7的控制，即无线电模块8的调制解调功能和服务模块16因此以向至少两个不同的控制设备或控制单元11或通信单元6分散的方式布置。通过每个服务模块16可以执行对相应的功能程序2的认证和/或识别。可以由例如与机动车1联接的、便携的移动终端设备、例如智能电话或平板电脑实现或提供控制单元11。
通过负载均衡20可以使功能程序2的分散适配于控制单元11的不同的计算功率。通过以相同方式设计用于执行功能程序2的服务模块16和运行系统，功能程序2也可以过后在可自由选择的控制单元11上执行。
总之示例示出，如何通过本发明借助于通信单元和多个控制单元提供分散化的车联架构并通过仲裁单元实施负载均衡。

Claims (10)

1.一种机动车(1)，具有：
-通信单元(6)，该通信单元具有至少一个无线电模块(8)并且被设计为，借助于所述至少一个无线电模块(8)运行与至少一个车辆外部的对象(4)的相应无线电连接(7)以用于交换通信数据(3)，其中
-在机动车(1)中提供多个功能程序(2)，这些功能程序被设计为，提供基于通信数据(3)的相应的车辆功能(F1-F4)，以及其中，
-提供多个与通信单元(6)不同的控制单元(11)，功能程序(2)以分散到控制单元(11)上的方式布置，
其特征在于，
-控制单元(11)中的每个控制单元都具有服务模块(16)，该服务模块(16)被设计为，独立于功能程序(2)地从相应的控制单元(11)出发通过通信单元(6)和相应的无线电连接(7)与至少一个车辆外部的对象(4)交换通信数据(3)，为此提供所有的原本用于与至少一个车辆外部的对象(4)交换通信数据所需的服务功能，
-其中，功能程序(2)被设计为，与控制单元(11)的相应的服务模块(16)交换通信数据(3)，并且在此功能程序(2)仅被设计得在控制单元(11)内部与服务模块(16)交换通信数据，并且通过服务模块(16)提供从控制单元(11)向相应的车辆外部的对象(4)的统一外部通信。
2.根据权利要求1所述的机动车(1)，其特征在于，控制单元(11)的服务模块(16)被相同地设计，使得功能程序(2)也能够交替地在两个不同的控制单元(11)上执行。
3.根据权利要求1或2所述的机动车(1)，其特征在于，服务模块(16)被设计为，针对功能程序(2)在至少一个车辆外部的对象(4)处实施认证和/或对发出的通信数据(3)实施加密和/或对接收的通信数据(3)实施解密。
4.根据权利要求1或2所述的机动车(1)，其特征在于，在控制单元(11)的至少两个控制单元中分别提供相同的功能程序(2)的各一个副本，控制单元(11)为此被设计为，总是运行副本之一。
5.根据权利要求4所述的机动车(1)，其特征在于，控制单元(11)被设计为：为了实现从一个控制单元(11)向另外的控制单元(11)的转换，在持续的运行中中断副本之一并确定描述中断的副本的当前运行状态的参数组(21)，借助于参数组(21)在另一副本中设定运行状态并运行该副本。
6.根据权利要求5所述的机动车(1)，其特征在于，仲裁单元(18)被设计为，确定控制单元(11)的资源负载并通过所述转换使资源负载彼此均衡。
7.根据权利要求1或2所述的机动车(1)，其特征在于，作为车辆功能(F1-F4)提供以下功能中的至少一个：导航、语音操作、传感器信号的处理、车-对-X-通信、远程维护。
8.根据权利要求1或2所述的机动车(1)，其特征在于，至少一个无线电模块(8)包括移动无线电模块和/或WLAN模块和/或蓝牙模块。
9.根据权利要求1或2所述的机动车(1)，其特征在于，通信单元(6)与控制单元(11)通过面向分组的数据网络(12)彼此联接。
10.一种用于在机动车(1)中提供多个车辆功能(F1-F4)的方法，这些车辆功能以与车辆外部的对象(4)交换的通信数据(3)为基础，其中
-通信单元(6)借助于至少一个无线电模块(8)运行与至少一个车辆外部的对象(4)的相应的无线电连接(7)，
-多个功能程序(2)分别提供车辆功能(F1-F4)中的一个车辆功能，
其特征在于，
-多个与通信单元(6)不同的控制单元(11)分别运行各一个服务模块(16)，该服务模块独立于功能程序(2)地从相应的控制单元(11)出发通过通信单元(6)和相应的无线电连接(7)与至少一个车辆外部的对象(4)交换通信数据(3)，以及为此提供所有的原本用于与至少一个车辆外部的对象(4)交换通信数据(3)所需的服务功能，以及
-功能程序(2)以分散在控制单元(11)上的方式布置并与控制单元(11)的相应的服务模块(16)交换通信数据(3)，并且在此功能程序(2)仅被设计得在控制单元(11)内部与服务模块(16)交换通信数据，并且通过服务模块(16)实施从控制单元(11)向相应的车辆外部的对象(4)的统一外部通信。
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