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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren von Zeitgebern von Teilnehmern eines Netzwerks, wobei das Verfahren bei einem zeitgesteuerten Netzwerk eingesetzt werden soll. Bei einem zeitgesteuerten Netzwerk gibt es zumindest einen Synchronisiervorgabeteilnehmer, der unter Einsatz seines eigenen Zeitgebers Synchronisiersignale aussendet. Solche Synchronisiersignale werden bei einem Synchronisieren von Zeitgebern von Synchronisierannahmeteilnehmern eingesetzt. Besonders bevorzugt wird das Verfahren in einem FlexRay®-Netzwerk eingesetzt, also einem Netzwerk, das Gebrauch vom FlexRay®-Protokoll macht. Bei einem FlexRay®-Netzwerk sind (zumindest) zwei Synchronisiervorgabeteilnehmer vorgesehen.
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Zeitgesteuerte Netzwerke sollen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden; die Teilnehmer des Netzwerkes sind dann Steuergeräte, die zumindest eine Funktionseinheit eines Fahrzeugs ansteuern. Die Erfindung betrifft auch ein solches Steuergerät sowie eine Vorrichtung mit einem zeitgesteuerten Netzwerk. Die Steuergeräte sind üblicherweise über einen Bus miteinander verbunden, wobei mehrere Teilbusse über ein Gateway miteinander gekoppelt sein können. Das Gateway ist hierbei häufig Synchronisiervorgabeteilnehmer des Netzwerks.
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Insbesondere FlexRay®-Netzwerke sollen zukünftig in Kraftfahrzeugen vermehrt eingesetzt werden. Es soll nun vermieden werden, dass auf Grund des Ausfalles eines bestimmten einzelnen Steuergeräts das gesamte Netzwerk ausfällt und damit kurzfristig das gesamte Kraftfahrzeug nicht mehr funktionsfähig ist. In einem denkbaren Fall sind ein Motor und ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe jeweils durch Steuergeräte angesteuert. Kommt es dann zu einem Ausfall eines bestimmten Steuergerätes und damit zum Ausfall der gesamten Synchronisierung, würde das Getriebe möglicherweise nicht mehr mit dem Motor synchron laufen. In einem besonders schlimmen denkbaren Fall würde dies genau in einer kritischen Fahrsituation, zum Beispiel beim Überholen, erfolgen.
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Eigenschaft eines zeitgesteuerten Netzwerkes wie insbesondere eines FlexRay®-Netzwerkes ist es, dass den einzelnen Netzwerkteilnehmern so genannten Slots, Zeitintervalle, zugeordnet sind. Dann können alle diese Netzwerkteilnehmer in den ihnen zugeordneten Slots Signale aussenden. Signalkollisionen werden bei entsprechender Konfiguration vermieden. Voraussetzung ist eben die Synchronisierung der einzelnen Zeitgeber der Netzwerkteilnehmer. Die Zeitgeber umfassen hierbei einen Taktgeber, der mit einer im Verhältnis zum Rhythmus der Signalabgabe hohen Frequenz taktet. Bei der Zuordnung von Zeit zu Signalen, insbesondere beim Aussenden von Signalen, verwenden die Zeitgeber die von dem Taktgeber bereitgestellten Informationen. Soll zum Beispiel die Zeitdauer von Signalen, die von einem Netzwerkteilnehmer abgegeben werden, abgeglichen sein, so kann der Zeitgeber anhand des eingehenden Synchronisiersignals feststellen, wie viele Takte des Taktgebers abgezählt werden müssen, damit die gewünschte Zeitdauer erzielt wird. Schwachstelle bei dieser Synchronisierung ist der jeweilige Synchronisiervorgabeteilnehmer, bei einem FlexRay®-Netzwerk die zumindest beiden Synchronisiervorgabeteilnehmer.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Synchronisieren von Zeitgebern von Teilnehmern eines Netzwerkes bereitzustellen, das besonders zuverlässig funktioniert. Zur Aufgabe gehört es, eine Vorrichtung bereitzustellen, in der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird auch ein Steuergerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 5 bereitgestellt. Zur Lösung der Aufgabe gehört auch das Bereitstellen einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überwacht zumindest ein vorbestimmter Synchronisierannahmeteilnehmer ständig (insbesondere anhand des Empfangs oder Nichtempfangs von Signalen), ob zu dem zumindest einen Synchronisiervorgabeteilnehmer (bei einem FlexRay®-Protokoll die zumindest zwei Synchronisiervorgabeteilnehmer) die Fähigkeit zum Empfang von Synchronisiersignalen gegeben ist, die selbiger aussendet. Es geht also um die Verfügbarkeit des Synchronisiervorgabeteilnehmers aus Sicht des vorbestimmten Synchronisierannahmeteilnehmers. Eine Nichtverfügbarkeit kann gegeben sein, wenn das Netz unterbrochen ist. Im Regelfall ist die Fähigkeit zur Synchronisierung aufgrund von Synchronisiersignalen eines bestimmten Synchronisiervorgabeteilnehmers gegeben, wenn selbiger aktiv ist und nicht gegeben, wenn selbiger nicht aktiv ist. Der vorbestimmte Synchronisierannahmeteilnehmer übernimmt bei Feststellen des Nichtgegebenseins der Fähigkeit, insbesondere der Nichtaktivität eines Synchronisiervorgabeteilnehmers, selbst die Funktion eines solchen und sendet Synchronisiersignale aus. Beispielsweise kann der eine Synchronisierannahmeteilnehmer bei Feststellen des Fehlens eines Synchronisiersignals in einem bestimmten Slot beginnen, Synchronisiersignale in einem bestimmten ihm zugeordneten Slot auszusenden, in dem er dies vorher nicht tat.
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Das Überwachen kann darin bestehen zu prüfen, ob überhaupt ein Synchronisiersignal eingeht oder nicht. Alternativ oder zusätzlich können eingehende Signale, die zum Beispiel als Synchronisiersignale interpretiert werden, nach vorbestimmten Kriterien überprüft werden, gewissermaßen auf Plausibilität, ob es sich tatsächlich um ein Synchronisiersignal handelt. Die Feststellung der Nichtaktivität wird durch den vorbestimmten Synchronisierungsannahmeteilnehmer dann im Einklang mit dem Ergebnis des Überprüfens getroffen.
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Das Netzwerk ist gemäß der bevorzugten Anwendung ein Netzwerk, das ein zeitgesteuertes Kommunikationsprotokoll einsetzt, vorzugsweise das FlexRay®-Protokoll.
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Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Vorrichtung wie insbesondere einem Kraftfahrzeug bedarf es einer Anpassung im Steuergerät. Das Steuergerät weist in an sich bekannter Weise einen Busanschluss auf, einen Zeitgeber sowie Mittel zum Verarbeiten von über den Busanschluss empfangenen Signalen. Das Verarbeiten dient insbesondere dem Zweck einer Synchronisierung, nämlich des Steuergeräts bzw. seines Zeitgebers mit zumindest einem weiteren Steuergerät, insbesondere dessen Zeitgeber. Das Steuergerät weicht insofern zunächst nicht von einem herkömmlichen passiven Steuergerät ab, also einem, das selbst nicht Synchronisiergerät ist. Es wird nun erfindungsgemäß mit der Fähigkeit zum Auswerten vorbestimmter über den Busanschluss eingehender Signale auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Synchronisiersignale abgebenden Steuergeräts (Synchronisiergeräts) in betriebsfähigem Zustand versehen, und es weist hierzu geeignete Mittel auf. In vorteilhafter Weise überprüfen diese Mittel das Vorhandensein von Synchronisiersignalen, also solchen Signalen, bei deren Empfang eine Synchronisierung ermöglicht ist. Ferner weist das Steuergerät Mittel zum Aussenden von Synchronisiersignalen über den Busanschluss auf, so wie dies bei einem Synchronisiergerät der Fall ist. Diese Mittel zum Aussenden von Synchronisiersignalen über den Bus sind in Abhängigkeit von einem Auswerteergebnis der Mittel zum Auswerten aktivierbar.
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Das Steuergerät ist somit in einem Grundzustand ein passives Steuergerät, welches Synchronisiersignale empfängt. Es ist in der Lage, unabhängig von anderen Steuergeräten das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines betriebsfähigen Synchronisiergeräts festzustellen und bei Fehlen eines selbigen sich selbst in ein solches zu verwandeln.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Kraftfahrzeug) weist ein Busnetzwerk (also zumindest einen Bus) und daran angeschlossene Steuergeräte mit Zeitgebern auf. Zumindest ein Steuergerät ist als Synchronisiergerät vorgesehen, das dafür ausgelegt ist, stets unter Einsatz seines Zeitgebers erzeugte Synchronisierungssignale bereitzustellen. Bei einem FlexRay®-Bus sind zwei Synchronisiergeräte vorgesehen. Zumindest ein weiteres Steuergerät ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug dazu ausgelegt, die Funktionsfähigkeit des Synchronisiergeräts zu überprüfen und dessen Rolle als Synchronisiergerät zu übernehmen, falls ein Ausfall des Synchronisiergeräts festgestellt wird. Auch hier wird die Funktionsfähigkeit des Synchronisiergeräts anhand des Empfangs von Synchronisiersignalen festgestellt, ob also aus Sicht des Steuergeräts eine Synchronisierung anhand dieser Synchronisiersignale möglich ist.
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Das zumindest eine weitere Steuergerät ist bevorzugt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Weise (Patentanspruch 5) ausgelegt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist dafür gesorgt, dass auch bei dem Ausfall eines bestimmten Steuergerätes die Synchronität der einzelnen von Steuergeräten angesteuerten Funktionseinheiten gewährleistet ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug einen Motor und ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe aufweist, wobei Motor und Getriebe jeweils durch zumindest ein Steuergerät angesteuert werden. Diese Steuergeräte laufen somit auch dann synchron, wenn ein weiteres Steuergerät, das z. B. Synchronisiergerät ist, ausfallen sollte, denn an die Stelle dessen tritt dann ein weiteres Steuergerät, das die Funktion eines Synchronisiergeräts übernimmt.
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1 schematisch ein FlexRay®-Netzwerk zeigt, wie es im Einklang mit der Erfindung realisiert ist, und zwar in einem Zustand vor einem Ausfall eines Synchronisiergerätes und
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2 das Netzwerk aus 1 zeigt, aber in einem Zustand nach Ausfall eines Synchronisiergerätes.
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Ein in 1 gezeigtes und im Ganzen mit 10 bezeichnetes Netzwerk umfasst zwei Buszweige 12a und 12b, die über ein Gateway 14 miteinander gekoppelt sind. Es handelt sich hierbei um FlexRay®-Busse, es wird also das FlexRay®-Kommunikationsprotokoll verwendet. Das Gateway 14 ist Synchronisiergerät für beide Buszweige 12a und 12b. Der Buszweig 12a weist ein Synchronisiergerät 16 auf, der Buszweig 12b ein Synchronisiergerät 18. Im Buszweig 12a sind drei weitere Busgeräte vorgesehen, nämlich Busgeräte 20 und 22 sowie ein vorbestimmtes Busgerät 24, dessen Eigenschaften nachfolgend beschrieben werden. Im Buszweig 12b gibt es zwei weitere Busgeräte 26 sowie 28, wobei die Eigenschaften des Letzteren nachfolgend beschrieben werden.
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Die Synchronisiergeräte 14,16 und 18 geben Synchronisiersignale in bestimmten so genannten Slots ab, die insbesondere von den Busgeräten 20, 22, 24, 26 und 28 empfangen werden. Diese Busgeräte stimmen ihre Zeitgeber aufgrund der Synchronisierungssignale ab auf die Zeitgeber der Synchronisiergeräte 14, 16 und 18. Mit schräg verlaufenden durchgezogenen Linien sind somit in 1 die jeweiligen Synchronisiergeräte gezeigt. Die Busgeräte 20, 22 und 26 sind herkömmliche passive Busgeräte.
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Eine Besonderheit bei dem Netzwerk 10 sind die Busgeräte 24 und 28. Wie durch gestrichelte schräg verlaufende Linien angedeutet, haben diese gleichzeitig die Eigenschaft eines passiven Busgerätes, wie auch die eines aktiven Synchronisiergerätes.
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So kann das Busgerät 24 ständig anhand des Empfangs oder Nichtempfangs von Synchronisiersignalen in den jeweiligen Slots feststellen, ob das Gateway 14 und die Synchronisiergeräte 16 oder 18 voll betriebsfähig sind. Fehlt nun ein Synchronisiersignal, wird das Busgerät 24 automatisch selbst zum Synchronisiergerät. Diese Situation ist beispielhaft für den Ausfall des Gateways 14 in 2 gezeigt: Aus der gestrichelten Linie beim Busgerät 24 ist nunmehr eine durchgezogene Linie geworden. Wie durch den Pfeil 30 angezeigt, werden keine Synchronisiersignale vom Gateway 14 mehr empfangen. Dies kann auf einen Defekt in der Leitung zurückzuführen sein, oder auf einen Defekt des Gateways 14 selbst. Es fehlt nun an dem zweiten Synchronisiergerät, das bei einem FlexRay®-Kommunikationsprotokoll eingesetzt werden muss. Damit der zweite Zweig 12a für sich gesehen weiter zueinander synchronisierte Busgeräte aufweist, wird das Busgerät 24 nunmehr zum Synchronisiergerät.
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Gleiches geschieht im Zweig 12b mit dem Synchronisiergerät 28.
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Die Synchronisiergeräte 24 und 28 senden nun in dem ihnen zugeordneten Slots Synchronisiersignale aus. Für die Busgeräte 20 und 22 bzw. 26 ist dann die selbe Situation wie zuvor gegeben.
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Das Netzwerk 10 kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt sein, bei dem die einzelnen Busgeräte Steuergeräte sind, die Funktionseinheiten des Kraftfahrzeugs ansteuern. Beispielsweise kann das Steuergerät 20 den Motor des Kraftfahrzeugs ansteuern, das Steuergerät 22 zur Ansteuerung eines Getriebes dienen. Bei einem herkömmlichen Netzwerk würde bei Ausfall des Gateways 14 das Getriebe dann nicht mehr synchron mit dem Motor angesteuert werden, und es könnte zu einer gefährlichen Situation kommen. Vorliegend ist wegen der Fähigkeit des Steuergeräts 24, sich in ein Synchronisiergerät umzuwandeln, auch bei einem Ausfall des Gateways 14 eine Synchronisierung der Steuergeräte 20 und 22 gegeben, so dass das Getriebe weiterhin auf den Motor zeitlich abgestimmt arbeitet.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Kraftfahrzeugen beschränkt. Vielmehr können FlexRay®-Netzwerke in unterschiedlichsten Vorrichtungen wie z. B. anderen Transportmitteln (Flugzeugen, Schiffen, etc.) oder Maschinen eingesetzt sein. Auch hier kann die Erfindung verwirklicht werden.
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Bei dem Netzwerk 10 aus 1 ist es auch denkbar, dass das Busgerät 16 ausfällt. In diesem Falle wird das Busgerät 24 ebenfalls zum Synchronisiergerät, nun aber zusammen mit dem nicht ausgefallenen Gateway 14. Genauso kann auch das Busgerät 28 das Synchronisiergerät 18 ersetzen.
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In Abweichung von der Darstellung gemäß der Figur kann ein Gateway passiv sein, muss also nicht Synchronisiersignale abgeben. Bei einem Ausfall eines aktiven wie eines passiven Gateways würden Synchronisiersignale von einem der Zweige nicht zu einem anderen der Zweige geraten. Auch in diesem Fall ist die Erfindung verwirklichbar. In diesem Falle würde ein Busgerät, das auf das Vorhandensein von Synchronisiersignalen prüft, den Wegfall von Synchronisiersignalen eines Synchronisiergeräts aus dem anderen Buszweig feststellen, auch wenn dieses andere Synchronisiergerät gar nicht ausgefallen ist, sondern lediglich das Gateway ausgefallen ist. Die Situation ist dann aber analog: Das den Ausfall von Synchronisiersignalen feststellende Busgerät wird selbst zum Synchronisiergerät.
