CN116601924A - 用于确定机动车辆中的车载以太网网络内的传感器网络部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在至少两个ECU节点(ECU A、ECU B)与至少一个另外的ECU节点(ECU C)之间确定机动车辆中的车载以太网网络内的传感器网络的部件的方法，其中，至少一个ECU节点(ECU A、ECU B)仅在延迟时间后才用有效载荷(P2)对接收到的有效载荷(P1)做出响应，该延迟时间(t总线)满足条件：t总线≥tB+(tP+tC)n，其中，tB表示该ECU节点(A、B)的信标时间，其中，tC表示该另外的ECU节点(C)的提交时间，其中，tP表示具有最大长度的最大有效载荷，并且其中，n表示ECU节点(A、B、C)的数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定机动车辆中的车载以太网网络内的传感器网络的部件的方法、一种控制设备以及一种车载以太网网络。
背景技术
随着10Mbit/s(IEEE802.3ch)的出现，除了100Mbit/s、1000Mbit/s和正在进行的千兆比特标准化之外，另一种以太网标准将可用于汽车应用。
新标准与其他变体有很大不同，因为其目标是能够使以太网更具成本效益，从而也能寻址更简单的控制设备。这种标准不需要任何交换机(交换机IC)，而是被设计成类似于CAN的总线。这大约将所需的PHY(收发器)数量减半。因此，由于以太网能够大大降低系统成本，它正在成为CAN/CAN-FD和FlexRay的有力替代品。
图1比较了交换式以太网与“总线以太网”(称为MultiDrop(多点))的基本特征。在此最重要的区别是，资源(总线访问)在交换式以太网中是专用的，这意味着任何以太网节点(ECU)都能够在任何时候进行传输，而在这个过程中不会发生冲突。新的以太网总线实施方式使用共享介质，并且需要等到资源变得可用时才能进行总线访问。
PIEEE802.3cg标准使用了一种新定义的机制(PLCA、即物理层冲突避免)来避免在总线访问期间的冲突并允许公平访问。在这种情况下，恰好一个时间点都确切地只有一个PHY(收发器)能接收对总线的访问。这使得避免冲突成为可能。访问是基于所谓的轮询(round-robin)方法。总线上的每个ECU(节点)都有机会在定义的周期内进行传输。在这种情况下，所谓的头节点确定周期并且每个周期在总线上发送一个“信标”。因此，节点根据其先前分配的ID(这决定了它们被允许进行传输的顺序)启动定时器，并且在所述定时器到期后，这些节点被允许进行传输。
DE 19710971 A1描述了一种用于确定电报在总线系统中的两个参与者之间的传播时间的方法，其中，第一参与者向第二参与者发送电报，并且在发送该电报后启动时间测量装置，使得第二参与者在接收到该电报后立即向第一参与者发送响应电报，并且第一参与者在响应电报到达时停止时间测量装置并且由所测量的时间计算电报的传播时间。
DE 19947657 A1披露了一种用于多个参与者以灵活的时间控制的方式访问数据总线的操作方法，该操作方法具有以下特征：对这些参与者进行同步，总线电报由参与者按层级传输顺序发送并且至少部分地仅在需要时发送，开关元件位于参与者与数据总线之间，并且只要相应的参与者被允许进行传输，就能够仅为该参与者提供总线访问。
EP 1473864 A1披露了一种用于在至少两个无线电设备(A、B)与至少一个中继器(R)之间传输数据电报的方法，其中，至少一个无线电设备(A、B)仅在延迟时间后才用数据电报(响应电报)对接收到的数据电报(请求电报)做出响应。
与(如具有100/1000Mbit/s等的)交换式网络相比，使用如所描述的10Mbit/s使得不能立即访问总线，而是需要等待相应的时间点。仅头节点(控制总线的主节点)知道整个总线和连接的节点(ECU和传感器)。各个节点本身不知道有多少节点连接到总线。换句话说，相应节点(并且这适用于所有节点)不知道最大延迟将持续多久，直到该节点或其他节点被允许(再次)进行传输。该信息是有用的，这是因为该技术目前也正被计划用于如ADAS等关键领域。
以太网MAC和上面的软件层没有任何关于可能的和未来的传输窗口的信息。这导致在已经非常复杂的车载电气系统通信的ECU设计和规划方面的成本增加。
在动态使用软件的可能性方面，现代方法还没有被充分优化。通信(例如传感器数据流)的规划对于高精度地执行基于传感器数据的行动是至关重要的。如果未指定传输延迟或总线访问时间，则这就会导致这种系统的规划成本增加——对其他平台的再使用也会受到很大限制，这进而会进一步增加实施成本。
在部分自动化以及高度自动化驾驶中，对车辆的要求越来越多，这需要传输网络和协议提供硬性实时支持(就像目前飞行器或工业自动化中已经出现的情况一样)。时间同步在这方面发挥了重要作用。时间越准确，如传感器融合等相关功能就越好。未来的车载电气系统也将比现在灵活得多。在操作期间，当不需要节点时就停用这些节点(这也称为子网络运行或部分联网)。这进而意味着，车载电气系统在运行时将在很大程度上动态改变。这些功能已经实施并于2020年进入批量生产。
发明内容
本发明的目的是指定一种用于在机动车辆网络中处理参与通信的可变通信伙伴的解决方案。
有利地，该目的是通过一种具有权利要求1的特征的用于确定机动车辆中的车载以太网网络内的传感器网络的部件的方法以及根据权利要求4所述的控制设备、根据权利要求5所述的车载以太网网络、根据权利要求6所述的计算机程序产品、根据权利要求7所述的计算机可读介质以及根据权利要求8所述的车辆来实现的。
用于在至少两个ECU节点(ECU A、ECU B)与至少一个另外的ECU节点(ECU C)之间确定机动车辆中的车载以太网网络内的传感器网络的部件的方法的一个有利实施例的突出之处在于，车载以太网网络的ECU节点(ECU A、ECU B)借助于传输机会定时器(TOT)来计算其中不应发送有效载荷(P1、P2)的未使用周期(Z0)的时间长度，并且在计算通过在时间点tB处传输信标时间来确定的纯周期长度(TL)之后，通过ECU节点(ECU A、ECU B、ECU C)的传输窗口计算位于车载以太网网络中的节点数量n，在该方法的实施例中，至少一个ECU节点(ECU A、ECU B)仅在延迟时间后才用有效载荷(P2)对接收到的有效载荷(P1)做出响应，该延迟时间(t总线)满足条件：t总线≥tB+(tP+tC)n，其中，tB表示该ECU节点(A、B)的信标时间，其中，tC表示该另外的ECU节点(C)的提交时间，其中，tP表示具有最大长度的最大有效载荷，并且其中，n表示ECU节点(A、B、C)的数量。
根据本发明的方法的一个有利实施例的突出之处在于，识别新周期(Z0)的开始，搜索周期+1(Z1)的开始时间点，检查在该新周期(Z0)与周期(Z1)之间是否传输了有效载荷(P1、P2)，并且在传输的情况下，该周期(Z1)被设置为周期(Z0)，并且动态地计算该周期长度TL。
该方法的一个特别有利的实施例的突出之处在于，位于该车载以太网网络中的这些ECU节点(ECU A、ECU B)的节点数量n是通过该周期长度(TL)与该传输机会定时器(TOT)的值之比确定的，其中，需要事先查询该传输机会定时器(TOT)以确定该周期长度(TL)与该传输机会定时器(TOT)的值之比。
特别有利地，该目的是通过用于车载以太网网络的控制单元实现的，该控制单元作为第一ECU节点被设计为控制单元以向车载以太网网络的第二控制单元发送信号并从该第二控制单元接收该信号；确定该信号在到该第二控制单元的连接路径上的传播时间；基于该传播时间来确定该连接路径的最大速度；以及基于该最大速度来确定该连接路径的传输介质的类型，该控制单元至少包括微处理器、易失性存储器和非易失性存储器、至少两个通信接口、可同步定时器，非易失性存储器包含程序指令，这些程序指令在由该微处理器执行时，能够实施并且执行根据本发明的方法的至少一个实施例。
用于机动车辆的具有第一控制单元和第二控制单元的车载以太网网络的进一步有利的实施例的突出之处在于，这些控制单元经由至少一个连接路径彼此连接，并且至少该第一控制单元被设计为执行根据本发明的方法。
该车载以太网网络的进一步有利的实施例的突出之处在于，该车载以太网网络具有第三控制单元，该第三控制单元仅间接连接至该第一控制单元并通过第三连接路径直接连接至该第二控制单元，其中，该第三控制单元被设计为确定该第三连接路径上的第三信号的传播时间，其中，该第一控制单元被设计为通过到该第三控制单元的服务消息来触发对该第三信号传播时间的确定。
本发明可以有利地提高基于软件的应用(例如，自动驾驶、数据记录器、诊断、5G)的执行质量，特别是无需附加的财政支出。在汽车中使用新引入的以太网协议需要利用了简单的技术和给定的技术性质的机制，以便能够在无需昂贵的实施方式和另外的附加硬件的情况下实现。根据本发明的网络系统在成本和可靠性方面得到改进。使用基于软件的方法，大陆集团(Continental)由此能够充分利用其ECU或网络，并为客户提供更多功能。
有利地，本发明在成本和实施工作方面对以太网技术进行优化，以便在汽车行业中使用。
针对具体应用来确定更准确和可预测的延迟的优点改进了车辆中的通信的调度和执行。这意味着能够更好地使用现有的总线系统，并且能够避免跳转到昂贵的技术(带宽)。这还可以影响在其他方面需要的缓冲存储装置，于是该缓冲存储就可以省去(或缩小)。可以由此改进不同数据(例如相机+雷达)的融合，并且使之更加准确。此外，对数据的记录可以变得更加精确。
现在，应用程序都是针对OEM或确切的一个项目来出售、定制或调整的。本发明阐述的方法使得软件开发更加灵活并使底层系统得到最好的利用，而不必事先将其永久地编程到软件中。本发明允许软件开发人员和软件架构师提供可以更灵活且更精确地根据应用实例的要求定制的软件/应用程序。将所引用的方法并入软件中使得可以在每种情况下专门进行优化。这意味着可以更独立地实施软件平台。
在未来的架构中，特定的应用程序不再必需链接到具体控制设备，而是也可以由不同的控制设备执行。如果应用被移动，则也需要针对新的场景创建适当的环境，例如至少相同的时钟同步质量。
在汽车领域中，新技术是不可阻挡的。比如IP、AVB和TSN等协议具有数千页的规范和测试套件。这些新协议在汽车领域并不容易掌控。本发明的一个优点在于，不必改变平常的硬件，而是可以继续使用现有的硬件。新方法可以集成到现有网络中，而不会损坏现有设备。由于可以使用现有协议，因此不违反标准。
现代车辆网络是静态配置的，也就是说，数据通信(发射器、接收器和数据关系)最迟在生产线末端对车辆进行编程时就已经固定了。即将到来的架构和对面向服务的通信的期望与当前的方法相矛盾，并且需要新的概念。对于机动车辆网络之后的下一代，并不总是清楚数据的接收方是谁以及数据将如何传输。因此，每个接收方在数据传输方面可能具有不同的要求，例如外部ECU是在云解决方案中，或者其是不受保护的ECU。因此，必需动态地解决接收方的要求，并且潜在地调整数据传输机制。有利地，本发明确定，如果能够预测传输时间，则可以使用更精确的数据，从而提高传感器数据及其融合的质量。
附图说明
在附图中描绘了本发明的示例性实施例并且以下将对其进行更详细的描述。在附图中：
图1示出了以太网总线(10Mbit/s)与交换式网络(所有其他汽车变体，例如100Mbit/s)之间的差异的简化表示；
图2示出了用于动态计算传感器网络中的最大延迟的一般方法；
图3示出了对周期长度的计算；
图4示出了对总线上参与者的数量的计算。
具体实施方式
图1以简化的形式示出了以太网总线(10Mbit/s)与交换式网络之间的差异，这些差异发生在具有如100Mbit/s等所有其他汽车变体的机动车辆环境中，并且以符号表示ECU节点ECU-A、ECU-B、ECU-C。
图2表示上述问题的一般解决方案。在这种情况下，总线中的除头节点之外的节点(ECU)测量其中不允许发送有效载荷数据的未使用周期的时间长度。这可以以任意频率来重复和验证。在确定可以通过传输所谓的信标来识别的纯周期长度TL之后，ECU节点(ECUA、ECU B、ECU C)的传输窗口可以用于计算总线上有多少参与者。最后，由此能够动态地确定总线访问期间的最小延迟和最大延迟，而不需要预先配置。
本发明申请提出了一种用于确定最小总线访问时间和最大总线访问时间的方法。在发送信标之后，定时器启动并且仅在接收到其他数据的情况下才会中断。
如果在下一个信标之前未从其他ECU节点(ECU A、ECU B、ECU C)接收到数据、有效载荷，则可以计算周期长度。该机制可以并且应当被动态地重复，以识别网络或车载以太网网络中的动态变化或避免测量误差。
在接收到所谓的信标之后，第1个ECU节点(ID＝0)通常有20比特的时间来发送数据。如果该节点在该时间内没有发送，则允许具有下一个最高ID的ECU节点进行传输，以此类推。定时器在所有节点n处启动，以便使这些节点知道允许它们开始传输的最早时间。传输_机会(Transmit_Opportunity)的配置对所有节点都是相同的并且可以由ECU节点(网络堆栈)从应用软件在本地读取。使用周期长度TL，于是首先可以计算出有多少节点n(也就是说，ECU)连接到网络或车载以太网网络。换句话说，因此可以计算出有多少节点被允许在本节点之前传输以及有多少节点允许在本节点之后传输。
例如，如果假设周期长度为140比特并且传输_机会为20比特，则可以在每个节点上独立计算出恰好有7个节点连接到车载以太网网络或连接到总线。
有了所连接的ECU数量的知识，就可以根据ID(总线上的位置)再次确定性地计算出最小总线访问时间和最大总线访问时间。
最小总线访问时间是根据信标时间、提交时间和最大以太网有效载荷*具有较小ID的节点数计算得出。
下一个总线访问时间(从本节点传输的时间点开始，也就是说，当本节点可以再次传输时)是由节点总数*(最大有效载荷+提交时间)+信标时间计算出来的。
由于每个ECU节点都有定时器或能够识别发送信标的时间，因此ECU节点使用这种方法能够在任何时候首次计算出何时允许该节点再次进行发送。以同样的方式，可以确定何时也允许所有其他ECU节点再次进行发送，以及何时需要准备好接收数据的。
每个ECU节点(ECU A、ECU B、ECU C)都知道自己的ID，该ID也确定了该节点在总线上的位置，但没有节点知道在其之后有多少节点连接到总线。这种新发现在调度通信时(例如在设计缓冲存储器时)可能非常有用。此外，该信息有助于检查数据(传感器数据)是否仍然有效，或者例如在节点有机会再次进行传输之前是否已经有新的可用数据。
Claims (10)
1.一种用于在至少两个ECU节点(ECU A、ECU B)与至少一个另外的ECU节点(ECU C)之间确定机动车辆中的车载以太网网络内的传感器网络的部件的方法，其中，至少一个ECU节点(ECU A、ECU B)仅在延迟时间后才用有效载荷(P2)对接收到的有效载荷(P1)做出响应，该延迟时间(t总线)满足条件：t总线≥tB+(tP+tC)n，其中，tB表示该ECU节点(A、B)的信标时间，其中，tC表示该另外的ECU节点(C)的提交时间，其中，tP表示具有最大长度的最大有效载荷，其中，n表示ECU节点(A、B、C)的数量，
其特征在于，
该总线中的除头节点之外的节点(ECU)测量其中未发送有效载荷数据的未使用周期的时间长度，该过程以任意频率来重复和验证，在确定能够通过传输信标来识别的纯周期长度TL之后，通过ECU节点(ECU A、ECU B、ECU C)的传输窗口计算该总线上有多少参与者，最后，由此能够动态地确定总线访问的最小延迟和最大延迟，而不需要预先配置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
车载以太网网络的ECU节点(ECU A、ECU B)借助于传输机会定时器(TOT)来计算其中不应发送有效载荷(P1、P2)的未使用周期(Z0)的时间长度，随后计算通过在该时间点tB处传输信标时间来确定的纯周期长度(TL)，ECU节点(ECU A、ECU B、ECU C)的传输窗口用于计算位于该车载以太网网络中的节点的数量n。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-识别新周期(Z0)的开始，
-搜索周期+1(Z1)的开始时间点，
-检查在该新周期(Z0)与周期(Z1)之间是否传输了有效载荷(P1、P2)，并且在传输了有效载荷的情况下，周期(Z1)被设置为周期(Z0)，
-动态计算该周期长度TL。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，位于该车载以太网网络中的这些ECU节点(ECU A、ECU B)的节点数量n是通过该周期长度(TL)与该传输机会定时器(TOT)的值之比确定的，其中，需要事先查询该传输机会定时器(TOT)以确定该周期长度(TL)与该传输机会定时器(TOT)的值之比。
5.一种用于车载以太网网络的控制单元，该控制单元作为第一ECU节点被设计为，作为控制单元：
-向该车载以太网网络的第二控制单元发送信号并且从该第二控制单元接收该信号；
-确定该信号在到该第二控制单元的连接路径上的传播时间；
-基于该传播时间来确定该连接路径的最大速度；以及
-基于该最大速度来确定该连接路径的传输介质的类型，
该控制单元至少包括：
-微处理器，
-易失性存储器和非易失性存储器，
-至少两个通信接口，
-能同步的定时器，
该非易失性存储器包含程序指令，这些程序指令在由该微处理器执行时，
其特征在于，能够实施并且执行根据权利要求1至3所述的方法的至少一个实施例。
6.一种用于机动车辆的车载以太网网络，该车载以太网网络具有第一控制单元和第二控制单元，其中，这些控制单元经由至少一个连接路径彼此连接，该第一控制单元至少根据权利要求4所述地那样被设计。
7.根据权利要求6所述的车载以太网网络，其特征在于，
该车载以太网网络具有第三控制单元，该第三控制单元仅间接连接至该第一控制单元并通过第三连接路径直接连接至该第二控制单元，其中，该第三控制单元被设计为确定该第三连接路径上的第三信号的传播时间，其中，该第一控制单元被设计为通过到该第三控制单元的服务消息来触发对该第三信号的传播时间的确定。
8.一种包括命令的计算机程序产品，其当该程序由计算机执行时，这些命令使计算机执行根据权利要求1至3中的任一项或多项所述的方法。
9.一种计算机可读介质，在该可读介质上存储有根据权利要求7所述的计算机程序产品。
10.一种具有车载以太网网络的车辆，该车载以太网网络包括多个根据权利要求4所述的控制单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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