DE102013204891A1

DE102013204891A1 - Verfahren zur Rekonstruktion von Messdaten

Info

Publication number: DE102013204891A1
Application number: DE102013204891.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Brochhaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: CN104065450A; DE102013204891B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rekonstruktion von Messdaten, die in Form von Messdaten-Telegrammen oder Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) auf einem Kommunikationsdatenbus (17) von Sendern (18, 20, 22) an einen Empfänger (16) übermittelt werden. In einem ersten Verfahrensschritt werden Messwerte in als Sender dienenden Sensorsteuergeräten (18, 20, 22) erfasst und in Messdaten-Telegramm oder Messdaten-Frames, insbesondere CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) verpackt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) zu einem als Empfänger dienenden Hauptsteuergerätes (16) über den Kommunikationsdatenbus (17) übertragen. Schließlich generieren die als Sender dienenden Sensorsteuergeräte (18, 20, 22) ein Paritäts-Frame (42, 42a, 42b) mittels einer Logikverknüpfung (40) über alle CAN-Messdaten-Telegramme oder Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74).

Description

Stand der Technik
DE 1 933 398 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur digitalen Datenübertragung von einem Sensor zu einem Steuergerät. Sensorwerte des Sensors werden für die Datenübertragung mit verschiedenen Auflösungen aufgeteilt. Die Sensorwerte bilden einen ersten Wertebereich mit aufeinanderfolgenden Sensorwerten, wobei die Aufteilung des ersten Wertebereichs für die Datenübertragung in Abhängigkeit von einer für das Steuergerät relevanten Größe erfolgt.
DE 10 2004 001 293 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Datenübertragung mit reduzierter Datenmenge. Die Datenrate bei der Übertragung von Multimediadaten soll reduziert werden. Hierzu wird vorgeschlagen, dass geeignete Datenblöcke durch eine Auswahleinrichtung von dem Eingangsdatenstrom ausgewählt und diese Datenblöcke von dem Bitstrom eines Encoders ausgeschnitten werden. Empfangsseitig wird der Bitstrom in einem Decoder dekodiert. Die fehlenden Datenblöcke werden durch eine Extrapolationseinrichtung geschätzt und das Ausgangssignal dementsprechend ergänzt.
In Fahrzeugen werden Kommunikationsdatenbusse eingesetzt, welche in der Regel als CAN-Busse ausgebildet sind. CAN (Control Area Network) ist ein asynchrones serielles Bussystem und läßt sich unter der Klasse der Feldbusse subsummieren. Die maximale Teilnehmeranzahl auf physikalischer Ebene hängt von den verwendeten Bustreiberbausteinen ab. Mit gängigen Bausteinen sind 32, 64 oder bis zu 110 Teilnehmer pro Leitung möglich. Ein CAN-Netzwerk ist im allgemeinen als Linienstruktur ausgebildet. Ein sternförmiger Bus, z. B. bei der Zentralverriegelung im Kraftfahrzeug ist ebenfalls möglich.
Der Buszugriff wird verlustfrei mittels einer bitweisen Arbitrierung auf Basis von Identifiern der zu sendenden Nachrichten aufgelöst. Dazu überwacht jeder Sender den Bus, während er gerade den Identifier sendet. Senden zwei Teilnehmer gleichzeitig, so überschreibt ein erstes dominantes Bit das entsprechende rezessive Bit des anderen, was dieser erkennt und seinen Übertragungsversuch beendet. Die Kommunikation auf den CAN-Bus erfolgt in Telegrammen. Innerhalb eines Telegramms gibt es Steuerbits und Nutzbits. Der genormte Aufbau eines derartigen Telegrammrahmens wird als Frame bezeichnet. Es lassen sich 4 Arten von Frames unterscheiden. Datenframes dienen dem Transport von bis zu 8 Byte an Daten. Remote-Frames dienen der Anforderung eines Daten-Frames von einem anderen Teilnehmer. Error-Frames signalisieren allen Teilnehmern eine erkannte Fehlerbedingung in der Übertragung. Overload Frames dienen als Zwangspause zwischen Daten- und Remote-Frames.
Batteriemanagementsysteme für Hybridfahrzeuge umfassen eine Vielzahl von Steuergeräten, auf denen individuelle Softwarefunktionalitäten laufen. Abhängig von der Anzahl der Zellen, der Anzahl der Sensoren und der Verteilung von Batteriemodulen auf verschiedene Bauräume im Automobil, ergibt sich eine Steuergerätetopologie mit einem Hauptsteuergerät und mehreren untergeordneten Sensorsteuergeräten für die Erfassung der Messdaten, wie z.B. Spannungen, Temperaturen und Strömen etc. direkt an den einzelnen Batteriemodulen. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten über einen Kommunikationsbus, zum Beispiel über einen CAN-Bus ausgetauscht.
Bei der Kommunikation der Messdaten von den Sensorsteuergeräten zum Hauptsteuergerät ist die Verwendung eines Kommunikationsbusses, wie z.B. dem CAN-Bus sehr weit verbreitet. Der CAN-Bus bringt systembedingt gewisse Möglichkeiten zur Fehlerkorrektur bei Störungen auf dem Bus mit. Wenn eine Korrektur nicht mehr möglich ist, beispielsweise aufgrund einer schweren Störung, so wird die gesendete Botschaft in ihrer Gesamtheit verworfen.
Bei der Kommunikation der Messdaten werden mehrere CAN-Botschaften, die als CAN-Frames standardisiert sind, verschickt. Die gesamten gemessenen Daten, wie beispielsweise Batteriezellenspannungen, Batteriemodulspannungen und Temperatur werden auf eine bestimmte Anzahl von Frames verteilt. Fällt einer dieser Frames störungsbedingt aus, so fehlen die in diesem Frame enthaltenen Messdaten. Dies kann dazu führen, dass das Hauptsteuergerät die gesamte Messung verwirft, da sie nicht vollständig ist. Zur vollen Funktionalität des Batteriemanagementsystems ist die synchrone Messung aller Werte und deren vollständige Kommunikation erforderlich.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Rekonstruktion von verloren gegangenen Messdaten vorgeschlagen, bei dem Steuergeräte, insbesondere Sensorsteuergeräte eines Batteriepacks, Paritäts-Frames erzeugen. Gemessene Batteriezellenspannungen, Batteriemodulspannungen und Temperaturen werden in den Sensorsteuergeräten über Sensoren erfasst. Die gemessenen Werte werden in CAN-Messdaten-Frames verpackt und über den Kommunikationsdatenbus, insbesondere einem CAN Datenbus, an ein Hauptsteuergerät verschickt. Das Hauptsteuergerät empfängt alle CAN-Messdaten-Frames von den Sensorsteuergeräten, wobei diese CAN-Messdaten-Frames die zuvor von den Sensoren erfassten Werte enthalten. Damit verfügt das Hauptsteuergerät über die gesamten Messdaten einzelner Sensorsteuergeräte. Für den Fall, dass ein CAN-Messdaten-Frame störungsbedingt entfällt und eine Untermenge gemessener Werte fehlt, kann die Funktionalität des Hauptsteuergerätes dadurch sichergestellt werden, dass die Sensorsteuergeräte jeweils ein Paritäts-Frame erstellen, welches durch eine bitweise XOR-Verknüpfung über alle CAN-Messdaten Frames des jeweiligen Sensorsteuergerätes erzeugt wird. XOR stellt die Logikverknüpfung „exclusiv or“, „exklusives oder“, „entweder oder“ dar. Dabei handelt es sich um eine logische Verknüpfung, bei der ein Gatter mehrere Eingänge und einen Ausgang aufweist. Der Ausgang ist genau dann logisch 1 wenn an einer ungeraden Anzahl von Eingängen „1“ anliegt, und an den restlichen „0“.
Das Paritäts-Frame, welches aus der bitweisen XOR-Berechnung über alle CAN-Messdaten-Frames eines Sensorsteuergerätes erhalten wird, kann auf verschiedene Arten realisiert werden.
Es besteht die Möglichkeit, das Paritäts-Frame in jedem Messzyklus zusätzlich zu den Messwerten, die in den verschiedenen CAN-Frames enthalten sind, zu übertragen. Hierdurch ergibt sich im Bezug auf die Buslast des Kommunikationsdatenbusses eine geringe Erhöhung, da ein zusätzliches Frame, eben jenes Paritäts-Frame, mit übertragen wird.
Andererseits besteht auch die Möglichkeit, das Paritäts-Frame nur bei Bedarf zu übertragen. Wird festgestellt, dass ein CAN-Messdaten-Frame als fehlerhaft verworfen wurde, oder nicht empfangen wurde, fordert das Hauptsteuergerät das Paritäts-Frame vom betroffenen Sensorsteuergerät an. Erst auf die explizite Anfrage durch das Hauptsteuergerät verschickt das Sensorsteuergerät das bereits berechnete und vorgehaltene Paritäts-Frame.
Da das Paritäts-Frame eine bitweise „XOR“ Logikverknüpfung über alle CAN-Messdaten-Frames durchführt, lässt sich das fehlende oder verworfene Frame mithilfe der vorhandenen Messdatenframes und des Paritäts-Frames fehlerfrei rekonstruieren.
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist die Rekonstruktion der Messdaten eines verworfenen oder störungsbedingt nicht durch das Hauptsteuergerät empfangenen CAN-Messdaten-Frames möglich. Bei einer hohen Störungsdichte können durchaus auch mehrere CAN-Frames störungsbedingt ausfallen. Das Paritäts-Frame hilft in diesem Fall nicht bei fehlerfreien Rekonstruktion der Messwerte. Bei einer hohen Störungsdichte ergibt die dauerhafte Rekonstruktion von fehlenden Frames keinen Sinn mehr, da in diesen Fällen die Ursache für die Störung gefunden und beseitigt werden muss, man denke nur an die elektromagnetische Verträglichkeit.
In Weiterentwicklung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann durch Verwendung mehrerer Paritäts-Frames die Robustheit des Verfahrens erheblich erhöht werden. So können zwei oder mehr Paritäts-Frames über jeweils einen Teil der CAN-Messdaten-Frames berechnet werden und bei Bedarf vom jeweiligen Sensorsteuergerät übermittelt werden. Dies erhöht einerseits den Aufwand des Verfahrens, da mehr Aufwand zum Vorhalten der Paritäts-Frames und zum Beheben von Mehrfachfehlern geleistet werden muß, bietet andererseits jedoch auch einen erhöhten Schutz gegen verloren gegangene Daten. So können beispielsweise bei fünf CAN-Messdaten-Frames drei bzw. zwei CAN-Messdaten-Frames über jeweils ein Paritäts-Frame abgesichert werden. Mehrfachfehler können mit dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens in eingeschränktem Maße behoben werden. Je ein Paritäts-Frame kann einen Einfach-Fehler absichern.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann die Funktionalität beispielsweise eines Batteriemanagementsystems erheblich verbessert werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren bewirkt eine deutliche Erhöhung der Robustheit der Datenübertragung gegenüber Störungen auf dem Kommunikationsdatenbus des Fahrzeugs. Falls Messdaten aufgrund eines fehlenden CAN-Messdaten-Frames nicht übertragen werden, so lassen sich die fehlenden Messdaten rekonstruieren, so dass vermieden werden kann, dass die gesamte Messsung vom Hauptsteuergerät des Batteriemanagementsystems verworfen wird. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist eine zusätzliche Absicherung des CAN-Protokolls realisierbar, die Fehlerrobustheit des CAN-Protokolls wird durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erhöht. Im Normalbetrieb hingegen ist keine zusätzliche Bandbreite in Bezug auf den Kommunikationsdatenbus erforderlich, der im allgemeinen als CAN-Bus gestaltet ist. Nur im Fehlerfall wird ein zusätzliches CAN-Messdaten-Frame eben jenes besagte Paritäts-Frame erzeugt, welches zur Rekonstruktion der verloren gegangenen Messdaten dient. Im Falle einer fehlerfreien Kommunikation auf dem Kommunikationsdatenbus wird somit keine zusätzliche Bandbreite benötigt. Hinsichtlich einer Behandlung von Mehrfachfehlern besteht eine beliebige Erweiterbarkeit. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht die Rekonstruktion von einem ausgefallenen CAN-Messdaten-Frame pro Messzyklus. Durch komplexere Absicherungsfunktionen können auch Mehrfachfehler korrigiert werden.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann einerseits derart implementiert werden, dass das Paritäts-Frame in jedem Messzyklus zusätzlich zu den Messdatenframes übertragen wird. Hierdurch ergibt sich in Bezug auf die Buslast eine geringe Erhöhung der ein zusätzliches Frame übertragen wird.
Andererseits besteht auch die Möglichkeit, das Paritäts-Frame nur bei Bedarf d.h. auf Anfrage zu übertragen. Wird durch das Hauptsteuergerät festgestellt, dass ein CAN-Messdaten-Frame als fehlerhaft verworfen wurde, fordert das Hauptsteuergerät das Paritäts-Frame von dem betroffenen Sensorsteuergerät an. Erst auf dessen Anfrage übermittelt das Sensorsteuergerät das bereits berechnete und dort vorgehaltene Paritäts-Frame.
Der Vorteil dieser beiden Alternativen ist darin zu erblicken, dass nach dem Versenden der CAN-Messdaten-Frames diese nicht dauerhaft vorgehalten werden müssen, um ein eventuell später sich als fehlerhaft erweisendes Frame erneut zu übertragen. Nach dem Verschicken der Messdaten zum Hauptsteuergerät durch die einzelnen die Batteriemodule überwachenden Sensorsteuergeräte, kann der Puffer in den Sensorsteuergeräten gelöscht werden und mit neuen Messwerten angefüllt werden, um eine hochfrequente Messung und Übertragung zu gewährleisten. Somit ist durch die Sensorsteuergeräte lediglich das Paritäts-Frame vorzuhalten, was den Speicherbedarf an den Sensorsteuergeräten des Batteriemanagementsystems reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine Darstellung eines Batteriepacks,
2 den schematischen Aufbau eines Batteriemanagementsystems,
3 das Erzeugen von Paritäts-Frames aus drei CAN-Messdaten-Frames durch bitweise „XOR“-Verknüpfung,
4 einen Kommunikationsfluss zwischen den Sensorsteuergeräten und dem Hauptsteuergerät während zweier Messungen,
5 den Kommunikationsfluss bei Auftreten eines Fehlers bei einem verworfenen CAN-Messdaten-Frame,
6 eine Ausführungsvariante des Verfahrens mit Übertragung des Paritäts-Frames nur auf Anfrage durch das Hauptsteuergerät und
7 die Darstellung von fünf CAN-Messdaten-Frames, bei dem drei bzw. zwei CAN-Messdaten-Frames über je ein Paritäts-Frame abgesichert werden.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß 1 ist ein teilweise aufgeschnittenes Batteriepack zu entnehmen.
Ein Batteriepack 10 umfasst eine Anzahl von miteinander elektrisch verschalteten Batteriemodulen 14, die in einem Gehäuse 12 untergebracht sind. Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass das Gehäuse 12 teilweise aufgeschnitten ist.
2 zeigt in schematischer Weise die Komponenten eines Batteriemanagementsystems.
Das in 2 dargestellte Batteriemanagementsystem umfasst ein Hauptsteuergerät 16. Das Hauptsteuergerät 16 ist über einen Kommunikationsdatenbus 17 mit einer Anzahl von Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 verbunden. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit sind von einer Vielzahl von Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 in der Darstellung gemäß 2 nur einige dargestellt. Ein jedes der Sensorsteuergeräte 18, 20 bzw. 22 ist mit einem Batteriemodul 24, 26, 28 verbunden. Die Batteriemodule 24, 26, 28 gemäß der schematischen Wiedergabe in 2 ihrerseits werden dadurch Verbünde von Batteriezellen gebildet, die zu besagten Batteriemodulen 24, 26, 28 elektrisch verschaltet sind.
Aufgabe des Batteriemanagementsystems gemäß der schematischen Darstellung in 2 ist es, die Funktionssicherheit und einen sicheren Betrieb des Batteriepacks 10 bzw. der Komponenten 18, 20, 22 bzw. 24, 26, 28 zu gewährleisten. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, sind die einzelnen Batteriepacks 10 bzw. die in diesem enthaltenen Batteriemodule 14 zu überwachen. Die Überwachung erfolgt durch kontinuierliches zyklisches Messen von Größen wie beispielsweise Batteriezellenspannungen, Batteriemodulspannungen und Temperaturen oder auch durch Isolationswiderstandsmessung. Diese Größen werden über jeweilige Sensoren erfasst und an das jeweilige Sensorsteuergerät 18, 20 bzw. 22 übermittelt. Die Messwerte werden in Bus-Telegrammen, die im folgenden als CAN-Messdaten-Frames bezeichnet werden, verpackt, vgl. Darstellung gemäß 3.
Einzelne CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38, jeweils 8 Bytes 30, 32 bzw. 44 umfassend, werden über den Kommunikationsdatenbus 17, der insbesondere als CAN-Datenbus ausgebildet ist, an das Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems verschickt. Das Hauptsteuergerät 16 seinerseits empfängt alle Werte von den jeweiligen Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 in Form von CAN-Messdaten-Frames, wie sie in 3 durch Bezugszeichen 34, 36 und 38 angedeutet sind. Das Hauptsteuergerät 16 verfügt somit über die gesamten Messdaten aller im Batteriemanagementsystem eingebundenen Sensorsteuergeräte 18, 20, 22. Sollte einer der CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 störungsbedingt ausfallen und die auf diesen gespeicherten Daten verloren gehen, fehlt eine Teilmenge, der in einem Messzyklus ermittelten Messwerte. Unter Umständen verwirft das Hauptsteuergerät 16 in diesem Falle die komplette Messung, da relevante Messwerte fehlen, die in dem verloren gegangenen bzw. dem verworfenen CAN-Messdaten-Frame enthalten waren. Dadurch wiederum kann eine signifikante Einschränkung der Funktionalität des Batteriemanagementsystems auftreten.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht eine Möglichkeit einer Umsetzung der Fehlerabsicherung näher hervor.
Der Darstellung gemäß 3 ist zu entnehmen, dass die Messwerte in die einzelnen CAN-Messdaten-Frames 34, 36 bzw. 38 verpackt werden. Die einzelnen CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 umfassen 8 Bytes, hier durch die Bezugszeichen 30, 32 bzw. 44 angedeutet. Ein jedes Byte enthält 8 Einzelbits, identifiziert durch Position 46 in der Darstellung gemäß 3. Innerhalb der Sensorsteuergeräte 18, 20, 22 des Batteriemanagementsystems gemäß 2 werden die über die Sensoren 52, 54, 56 erhaltenen Messwerte in entsprechende CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 einem bestimmten Standardmuster folgend, verpackt, bevor sie auf den Kommunikationsdatenbus 17 gelegt und zum Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems übertragen werden. Wie aus 3 hervorgeht, wird in den einzelnen Sensorsteuergeräten aus den auf den Datenbus 17 zu legenden CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 durch eine bitweise „XOR“-Verknüpfung 40 ein Paritäts-Frame 42 generiert. Unter einer „XOR“-Verknüpfung 40 ist eine “exclusive or“-, ein “exklusives oder“- eine „entweder oder“- Logikoperation zu verstehen mit mehreren Eingängen und einem Ausgang, bei welcher der Ausgang genau dann logisch „1“ ist, wenn an einer ungeraden Anzahl von Eingängen „1“ anliegt und an den restlichen Eingängen „0“. Die „XOR“-Logikverknüpfung 40 wird auch als Anti- oder Kontravalenz bezeichnet.
Das ermittelte Paritäts-Frame 42 enthält die bitweise „XOR“-Logikverknüpfung 40 über alle vorliegenden CAN-Messdaten-Frames – im Beispiel gemäß 3 über alle drei CAN-Messdaten-Frames 34, 36 und 38.
Es besteht nun die Möglichkeit, dass errechnete Paritäts-Frame 42 in einem jedem Messzyklus zusätzlich zu den Messwerten, die in den CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 übertragen werden, mit zu übertragen. Hierdurch ergibt sich in Bezug auf die Buslast des Kommunikationsdatenbusses 17 eine geringfügige Erhöhung, da zusätzlich zu den CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 das Paritäts-Frame 42 zu übertragen ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass errechnete Partitäts-Frame 42 nur bei Bedarf zu übertragen. Dies bedeutet, dass auf Veranlassung des Hauptsteuergerätes 16 bei Fehlen oder Verwerfen eines CAN-Messdaten-Frames 64, das Hauptsteuergerät 16 das jeweilige Paritäts-Frame 42 des betroffenen Sensorsteuergerätes 18, 20, 22 anfordert. Erst auf Anfrage übermittelt das jeweilig betroffene Sensorsteuergerät 18, 20 bzw. 22 das bereits berechnete und somit vorliegende und am jeweiligen Sensorsteuergerät 18, 20, 22 gespeicherte Paritäts-Frame 42. Dies wiederum ermöglicht eine signifikante Reduktion des Speicherbedarfes an den jeweiligen Sensorsteuergeräten 18, 20 bzw. 22.
Im Hauptsteuergerät wird nach Vorliegen des Paritäts-Frames 42 das verworfene Frame 64 rekonstruiert. Da das Paritäts-Frame 42 eine bitweise „XOR“-Logikverknüpfung über alle CAN-Messdaten-Frames darstellt, lässt sich das fehlende Messdaten-Frame 64 mithilfe der vorhandenen der Messdaten-Frames 36, 38 des jeweiligen Steuergerätes gemäß der Darstellung in 3 fehlerfrei rekonstruieren.
Nachfolgend sei ein Beispiel für eine derartige Rekonstruktion gegeben. Der Einfachheit halber umfasst das Beispiel nur drei CAN-Messdaten-Frames mit Messwerten. In einem Batteriemanagementsystem gemäß der Realität liegen deutlich mehr CAN-Messdaten-Frames mit Messdaten zur Kommunikation über den Kommunikationsdatenbus 17 vor:

1. CAN-Einzelbit-Muster im ersten CAN-Messdaten-Frame 34: 0011011001
2. CAN-Messdaten-Frame 36: 0110100110
3. CAN-Messdaten-Frame 38: 0011011001
Paritäts-Frame 42: 0110100110

Wird bei einer Übertragung festgestellt, dass das zweite CAN-Messdaten-Frame 36 nicht übertragen wurde, bzw. als fehlerhaft verworfen wurde, kann dies mit Hilfe des Paritäts-Frames 42 rekonstruiert werden:

1. CAN-Frame 34: 0011011001
3. CAN-Messdaten-Frame 38: 0011011001
Paritäts-Frame 42: 0110100110

Eine bitweise „XOR“-Logikverknüpfung über den ersten CAN-Messdaten-Frame 34 und den dritten CAN-Messdaten-Frame 38 ergibt den rekonstruierten zweiten CAN-Messdaten-Frame 36 zu: 0110100110
Aus der Darstellung gemäß 4 geht der Normalbetrieb eines Batteriemanagementsystems näher hervor.
Ein Normalbetrieb des Batteriemanagementsystems gemäß der Darstellung in 2 ist in 4 durch Bezugszeichen 58 angedeutet. Über den hier nicht näher dargestellten Kommunikationsdatenbus 17, bei dem es sich vorzugsweise um einen CAN-Datenbus eines Fahrzeugs handelt, stehen das Hauptsteuergerät 16 und die Sensoren 52, 54, 56 mit den Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 gemäß 2 miteinander in Verbindung. Im Normalbetrieb 58 des Batteriemanagementsystems erfolgt während einer ersten Messung 48 die Übertragung der CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 in diesem Falle mit dem zusätzlich übertragenen Paritäts-Frame 42 auf den Kommunikationsdatenbus 17. Eine derartige erste Messung 48 läuft zyklisch in den Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 zeitlich gestaffelt nacheinander ab. Dies bedeutet, dass nacheinander durch die Sensoren 52, 54, 56 mit den Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 deren jeweilige CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 auf den Kommunikationsdatenbus 17 gelegt werden, jeweils zusammen mit dem zusätzlich auf den Kommunikationsdatenbus 17 transferierten Paritäts-Frame 42.
Während einer durch Bezugszeichen 50 angedeuteten zweiten Messung verhält es sich ebenso. Es erfolgt ein zyklisches Übertragen der Messwerte, verpackt in CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 durch die jeweiligen Sensoren 52, 54, 56 mit Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 in sequenzieller Abfolge auf den Kommunikationsdatenbus 17 und die Übertragung der in den CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 verpackten Messwerte an das Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems.
Im in 4 dargestellten Normalbetrieb 58 übermitteln die Sensoren 52, 54, 56 bzw. die Sensorsteuergeräte 18, 20, 22 nach jeder Messung besagte 3 CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 auf den Kommunikationsdatenbus 17 sowie ebenfalls zyklisch das jeweilige Paritäts-Frame 42.
Der Darstellung gemäß 5 ist ein Fehlerfall zu entnehmen, bei dem in einem Messzyklus ein Messdaten-Frame fehlt oder verworfen wird.
5 zeigt einen Fehlerfall, bei dem in einem Messzyklus ein Messdaten-Frame fehlt, bzw. wegen Unvollständigkeit verworfen wird. Während das erste CAN-Messdaten-Frame 34 und das dritte CAN-Messdaten-Frame 38 des ersten Sensors 52 vollständig sind, enthält der vom ersten Sensor 52 aufgenommenen Messzyklus ein fehlerhaftes Messdaten-Frame 64, beschädigt oder ohne Messdaten. Da der erste Sensor 52 bzw. das ihm zugeordnete erste Sensorsteuergerät 18 das Paritäts-Frame 42 berechnet und auf den Kommunikationsdatenbus 17 gelegt hat, kann im Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems der fehlende oder verworfene Messdaten-Frame 64 rekonstruiert werden. Dies bedeutet, dass durch das Paritäts-Frame 42 bei dessen zyklischer Übertragung auf den Kommunikationsdatenbus 17 genau ein Messdatensatz d.h. in diesem Falle das zweite CAN-Messdaten-Frame 36 – obwohl verworfen – im Hauptsteuergerät 16 rekonstruiert werden kann, so dass in diesem ein vollständiger Messdatensatz vorliegt und eine Auswertung desselben im Hauptsteuergerät 16 erfolgen kann.
Aus der Darstellung gemäß 5 ergibt sich des Weiteren, dass der zweite Sensor 54 einen korrekten Messdaten-Satz in Gestalt der CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 liefert, sowie ebenfalls in der ersten Messung 48 das Paritäts-Frame 42 auf den Kommunikationsdatenbus 17 liegt. Gleiches gilt für den dritten Sensor 56, der mit dem n-ten Sensorsteuergerät 22 gemäß 2 zusammenwirkt. Dessen Messdaten, die während der ersten Messung 58 aufgenommen sind, sind im Vergleich zu den Messdaten des ersten Sensors 52 vollständig, d.h. der dritte Sensor 56 liefert das erste CAN-Messdaten-Frame 34, das zweite CAN-Messdaten-Frame 36 sowie das dritte CAN-Messdaten-Frame 38 zusammen mit dem entsprechenden Paritäts-Frame 42 während der ersten Messung 48.
In 5 ist des weiteren angedeutet, dass der erste Sensor 52, der durch das erste Sensorsteuergerät 18 gesteuert wird, während der sich anschließenden zweiten Messung 50 einen vollständigen Messzyklus liefert, umfassend das erste CAN-Messdaten-Frame 34, das in der zweiten Messung 50 vollständige fehlerfreie zweite Messdaten-Frame 36 sowie das dritte CAN-Messdaten-Frame 38, zusammen mit dem Paritäts-Frame 42. Die genannten Frames 34, 36, 38, 42 werden auf den Kommunikationsdatenbus 17 gelegt und stehen somit am Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.
Der Darstellung gemäß 6 ist eine Erweiterung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zu entnehmen, bei dem eine Übertragung des Paritäts-Frames an das Steuergerät nur auf dessen Anfrage hin erfolgt.
6 zeigt, dass analog zur Darstellung gemäß 5 bei Auftreten des Fehlerfalles 62 das Hauptsteuergerät reagiert. Analog zur Darstellung gemäß 5 wird zwar das Paritäts-Frame 42 berechnet, jedoch nicht auf den Kommunikationsdatenbus 17 gelegt. Im Vergleich zu 5 fehlen in dieser Ausführungsvariante die von den jeweilig erzeugten Paritäts-Frames 42 zum Kommunikationsdatenbus 17 weisenden Pfeile. Nur im Fehlerfall 62 wird das Paritäts-Frame 42 vom Hauptsteuergerät 16 angefordert und übertragen, wie nachfolgend beschrieben wird.
Wie 6 zeigt, ist bei der Aufnahme des ersten Messzyklus‘ innerhalb der ersten Messung 48 der zweite CAN-Messdaten-Frame 36 verloren gegangen, angedeutet durch Bezugszeichen 64, 62 das für einen fehlenden bzw. verworfenen Messdaten-Frame steht. Dieser Fehlerfall 62 wird vom Hauptsteuergerät 16 erkannt. Das Hauptsteuergerät 16 initiert eine Anforderung 68 des Paritäts-Frames 42. Diese Anforderung 68 gelangt über den Kommunikationsdatenbus 17 an das erste Sensorsteuergerät 52, in dem für den ersten Messzyklus das Paritäts-Frame 42 vorliegt. Dieses durch das erste Sensorsteuergerät 18 ermittelte Paritäts-Frame 42 wird über den Kommunikationsdatenbus 17 als Frame-Übermittlung 70 an das Hauptsteuergerät 16 übertragen, in welchem die Rekonstruktion 66 des fehlenden, verworfenen Messdaten-Frames 64 unter Benutzung des Paritäts-Frames 42 erfolgt. Der Vorteil in dieser Erweiterung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens liegt darin, dass nicht alle CAN-Messdaten-Frames 34, 36 und 38 aufgenommen von den jeweiligen Sensoren 52, 54, 56 an den Steuergeräten 18, 20, 22 vorgehalten werden müssen, um auf Anfrage erneut gesendet zu werden. Die Sensorsteuergeräte 18, 20, 22 halten lediglich den für den jeweiligen Messzyklus ermittelten Paritäts-Frame 42 vor. Dadurch kann der Speicherbedarf an den Steuergeräten 18, 20, 22, wie in 2 angedeutet, reduziert werden.
Im Vergleich zum ersten Sensor 52, sind die durch den zweiten Sensor 54 bzw. durch den dritten Sensor 56 während der ersten Messung 58 erzeugten CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 allesamt vollständig. Die jeweiligen Sensorsteuergeräte 20, bzw. 22 die dem zweiten Sensor 54 bzw. dem dritten Sensor 56 zugeordnet sind, ermitteln für die jeweiligen CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 das jeweilige Paritäts-Frame 42 und halten dieses vor. Nach Überstellung der CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 die während der ersten Messung 48 aufgenommen sind, auf den Kommunikationsdatenbus 17 werden die entsprechenden Speicher gelöscht und mit neuen Messwerten versehen, die während der zweiten Messung 50 aufgenommen werden.
Wie ebenfalls in 6 dargestellt, ist der Datensatz, der während der zweiten Messung 50 durch den ersten Sensor 52 aufgenommen wird, vollständig, d.h. es liegen verwertbare Messdaten im Rahmen eines ersten CAN-Messdaten-Frames 34, eines zweiten CAN-Messdaten-Frames 36 und eines dritten CAN-Messdaten-Frames 38 vor. Das Paritäts-Frame 42 ist ebenfalls im ersten Sensorsteuergerät 18 gespeichert, welchem der erste Sensor 52 zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Rekonstruktion im Falle von einem einzigen verworfenen CAN-Messdaten-Frame 64. Bei einer höheren Störungsdichte können durchaus mehrere CAN-Messdaten-Frames ausfallen, verloren gehen bzw. nicht vorliegen. Die Bestimmung eines Paritäts-Frames 42 kann in diesem Falle nicht zur fehlerfreien Rekonstruktion der verlorengegangenen Messwerte herangezogen werden. Bei auftretenden hohen Störungsdichten ergibt die dauerhafte Rekonstruktion fehlender Messdaten-Frames keinen Sinn mehr, da in diesem Falle die Ursache für die hohe Störungsdichte gefunden und beseitigt werden muß.
In der Darstellung gemäß 7 ist die Verwendung mehrerer Paritäts-Frames im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens angedeutet.
In Erweiterung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann durch Verwendung mehrerer Paritäts-Frames 42a, 42b die Robustheit des Verfahrens erhöht werden. So können zwei oder drei oder auch mehrere Paritäts-Frames 42a, 42b über jeweils einen Teil der vorliegenden CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 berechnet werden und bei Bedarf von den jeweiligen Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 an das Hauptsteuergerät 16 über den Kommunikationsdatenbus 17 übertragen werden. Dies erhöht jedoch den Aufwand des Verfahrens, da ein erhöhter Aufwand zum Vorhalten der Paritäts-Frames 42a, 42b an den jeweiligen Sensorsteuergeräten 18, 20 und 22 geleistet werden muß. Ferner ergibt sich eine Erhöhung des Aufwandes beispielsweise dadurch, dass Mehrfachfehler auftreten und diese über Datenkonstruktion via Paritäts-Frames 42a, 42b behoben werden, soweit möglich. Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass bei einer Messung von beispielsweise fünf Messdaten-Frames 34, 36, 38 unter Hinzuziehung eines vierten CAN-Messdaten-Frames 72 sowie eines fünften CAN-Messdaten-Frames 74 drei dieser CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 sowie zwei CAN-Messdaten-Frames 72, 74 über je ein Paritäts-Frame 42a, 42b abgesichert werden. Diese Absicherungsmöglichkeit unter Verwendung der Gruppenbildung in Bezug auf die CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38, und 72, 74 erlaubt eine eingeschränkte Behandlung von möglicherweise auftretenden Mehrfachfehlern. Je ein Paritäts-Frame 42a, 42b sichert einen Einfachfehler ab. Werden beispielsweise das zweite CAN-Messdaten-Frame 36 sowie das dritte CAN-Messdaten-Frame 38 verworfen, kann die Kommunikation über das einzelne Paritäts-Frame 42a nicht mehr rekonstruiert werden. Falls jedoch das zweite CAN-Messdaten-Frame 36 und das fünfte CAN-Messdaten-Frame 74 verloren gehen sollte, kann mithilfe beider Paritäts-Frames 42a, 42b die fehlende Kommunikation rekonstruiert werden.
Aus der schematischen Ansicht gemäß 7 geht die Erweiterung vgl. Darstellung gemäß 3 hervor. Während in der Darstellung gemäß 3 die Paritäts-Frames 42 entsprechend der vorliegenden Anzahl von Bytes 30, 32, 44 über die bitweise „XOR“-Logikverknüpfung 50 der Einzelbit 46 über alle Messdaten erfolgt, geschieht dies bei der Erweiterung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der Darstellung in 7 gruppenweise.
7 zeigt, dass die ersten drei CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 zu einer Dreiergruppe zusammengefasst werden, während das vierte und das fünfte CAN-Messdaten-Frame 72, 74 zu einer Zweiergruppe zusammengefasst sind. In beiden Gruppen von CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 bzw. 72 und 74 erfolgt eine Verknüpfung der Einzelbits 46 pro Byte 30, 32 bzw. 44 mit der „XOR“-Logikverknüpfung 40. Es ergeben sich die jeweiligen Paritäts-Frames 42a, 42b, wie in 7 ebenfalls dargestellt.
Auch bei der in 7 dargestellten Verknüpfung von fünf CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38, 72, 74 und deren gruppenweise Bearbeitung hinsichtlich der Erzeugung von Paritäts-Frames 42a, 42b, besteht die Möglichkeit, die jeweiligen gruppenweise ermittelten Paritäts-Frames 42a, 42b automatisch auf den Kommunikationsdatenbus 17 zu legen, was einen Normalbetrieb 58 entspräche oder wie in 6 angedeutet, die jeweils gruppenweise ermittelten Paritäts-Frames 42a, 42b erst auf Anforderung durch das Hauptsteuergerät 16 auf den Kommunikationsdatenbus 17 zu legen. Im letztgenannten Falle wäre die Belastung des Kommunikationsdatenbusses 17 durch das auf Anforderung, weitestgehend automatisch erfolgenden Übertragen der Paritäts-Frames 42a, 42b gemäß der zweiten Variante buskapazitätsschonender.
Wie bereits im Zusammenhang mit 7 ausgeführt, ist eine Behebung von auftretenden Mehrfachfehlern über gruppenweise Ermittlung von Paritäts-Frames 42a, 42b über ausgewählte Gruppen von CAN-Messdaten-Frames 34, 36, 38 bzw. 72 und 74 nur eingeschränkt zu leisten. Bei Auftreten von Mehrfachfehlern ist der tieferen Ursache auf den Grund zu gehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1933398 A1 [0001]
DE 102004001293 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Rekonstruktion von Messdaten, die in Form von Messdaten oder Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) auf einem Kommunikationsdatenbus von Sendern (18, 20, 22) an einen Empfänger (16) übermittelt werden mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Messwerte werden in als Sender dienenden Sensorsteuergeräten (18, 20, 22) erfasst, in Messdatentelegramme, insbesondere CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) verpackt. b) die CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) gemäß Verfahrensschritt a) werden zu einem als Empfänger (16) dienenden Hauptsteuergerät (16) über den Kommunikationsdatenbus (17) übertragen, wo die Messwerte weiter verarbeitet werden und c) die als Sensor dienenden Sensorsteuergeräte (18, 20, 22) generieren ein Paritäts-Frame (42, 42a, 42b) mittels einer Logikverknüpfung (40) über alle CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) einer Messung (48, 50) jeweils eines Sensorsteuergerätes (18, 20, 22).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikverknüpfung (40) gemäß Verfahrensschritt c) durch eine bitweise „XOR“-Verknüpfung von Einzelbits (46) dargestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Versand der CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) durch die Sensorsteuergeräte (18, 20, 22) dort lediglich das Paritäts-Frame (42, 42a, 42b) gespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Paritäts-Frame (42, 42a, 42b) zusätzlich pro Messzyklus mit den CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) über den Kommunikationsdatenbus (17) an das Hauptsteuergerät (16) übertragen wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Paritäts-Frame (42, 42a, 42b) auf Anforderung (68) des Hauptsteuergerätes (16) an dieses übermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Gruppen von CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38; 72, 74) gebildet werden und jede Gruppe von CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) durch separate Paritäts-Frames (42, 42a, 42b) abgesichert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Übermittlung des Paritäts-Frames (42, 42a, 42b) an das Hauptsteuergerät (16) eine Rekonstruktion (66) eines fehlenden CAN-Messdaten-Frames (64) durch bitweise „XOR“-Verknüpfung (40) der Einzelbits (46) aus dem vorhandenen CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) vorgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Byte (32, 34, 44) der CAN-Messdaten-Frames (34, 36, 38, 72, 74) über „XOR“-Verknüpfung (40) der Einzelbits (46) ein Paritäts-Frame (42, 42a, 42b) generiert wird.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Rekonstruktion von Messdaten, wie Spannungen, Ströme, Temperaturen, Isolationswiderstände für ein Batteriemanagementsystem zum Betreiben eines Batteriepacks (10).