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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kommunikationsnetzwerks insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein elektronisches Speichermedium zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist, gemäß den Oberbegriffen der entsprechenden unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Der Daten- bzw. Informationsaustausch zwischen Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs erfolgt in an sich bekannter Weise mittels Kommunikationsnetzwerken, welche heutzutage meist durch Bussysteme wie z.B. CAN (=Controller Area Network) oder FlexRay realisiert werden. Die einzelnen Steuergeräte stellen dabei Knoten des jeweiligen Netzwerks dar und fungieren als Sender und Empfänger solcher Daten. Bei einem Datenaustausch werden die entsprechenden auszutauschenden Signale, z.B. physikalische Mess- oder Stellgrößen, zu sogenannten Botschaften zusammengefasst.
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Die Kommunikationsbeziehungen zwischen den einzelnen Steuergeräten, welche insbesondere Informationen über die seitens der jeweiligen Sender und der jeweiligen Empfänger verwendeten Datenformate sowie Informationen über die zu übertragenden Botschaften an sich umfassen, werden heutzutage bereits vor der Entwicklung von Steuerprogrammen für hier betroffene Steuergeräte detailliert festgelegt. So umfasst das genannte, zur Vernetzung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen häufig eingesetzte serielle Bussystem CAN einen „Objekt- Identifier“, mittels dessen die Inhalte einer zu übertragenden Nachricht, jedoch nicht Informationen über das empfangende Steuergerät, charakterisiert werden. Der Empfänger einer solchen Nachricht entscheidet anhand dieses Identifiers lediglich, ob die empfangene Nachricht für ihn relevant ist oder nicht. Der Identifier umfasst Informationen über die jeweiligen Sendetypen und Sendezyklen der Botschaften sowie über die Datenstruktur der Botschaften, einschließlich der verwendeten Skalierung der darin enthaltenen Daten. Die Konfiguration des Datenaustausches zwischen den Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs erfolgt heutzutage somit statisch innerhalb der Steuerprogramme der einzelnen Steuergeräte.
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Kommt es nun zu einer nachträglichen Änderung einer oder mehrerer dieser Kommunikationsbeziehungen, sind sowohl senderseitig als auch empfängerseitig programmtechnische Änderungen eines oder mehrerer Steuerprogramme eines hier betroffenen Steuergeräts erforderlich, welche z.B. die Datenformate der zu sendenden sowie der zu empfangenden Daten betreffen, damit die zwischen Sender und Empfänger übertragenen Daten richtig interpretiert werden können. Eine Änderung bzw. Erweiterung der Kommunikationsbeziehungen erfordert daher eine Anpassung jedes der Steuerprogramme der betroffenen Steuergeräte, z.B. in Form eines Software-Updates bzw. einer Reprogrammierung.
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Bei einer zeitgesteuerten Kommunikation, wie sie z.B. in einem genannten Flex- Ray-Bussystem erfolgt, ist es zusätzlich erforderlich, einen zeitlich genauen Kommunikationsfahrplan zu erstellen. Dabei können bereits an einzelnen Steuergeräten vorgenommene kleinere Änderungen einer genannten Kommunikationsbeziehung dazu führen, dass der gesamte, für alle Steuergeräte gültige Kommunikationsfahrplan überarbeitet werden muss, wobei jedes Steuergerät entsprechend rekonfiguriert bzw. umkonfiguriert werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem genannten Kommunikationsnetzwerk insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels dessen wenigstens zwei Steuergeräte kommunikationstechnisch miteinander verbunden sind, wobei die wenigstens zwei Steuergeräte an jeweiligen Knoten des Kommunikationsnetzwerks angeordnet sind.
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Bei einem solchen Kommunikationsnetzwerk schlägt die Erfindung vor, für jedes zwischen solchen Steuergeräten auszutauschende Signal eine globale, d.h. insbesondere für das jeweilige Kommunikationsnetzwerk allgemeingültige Kennung zu vergeben, mittels der die jeweiligen Signale, insbesondere die jeweiligen Daten- bzw. Informationstypen, eindeutig feststellbar bzw. eindeutig oder eineindeutig identifizierbar sind. Eine solche globale Kennung ermöglicht jedem mit dem Kommunikationsnetzwerk verbundenen Steuergerät daher eine Abfrage der für einen Datenaustausch bzw. Datentransfer bereitgestellten und/oder benötigten Informationen. Insbesondere ist zusätzlich vorgesehen, dass mittels der genannten globalen Kennung auch solche Informationen abgefragt werden können, welche eine automatische Berechnung bzw. Umrechnung und Konfiguration der genannten Kommunikationsbeziehungen ermöglichen.
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Die genannte automatische Berechnung bzw. Umrechnung sowie Konfiguration der Kommunikationsbeziehungen kann entweder on-board, und zwar durch Umsetzung und Konvertierung in einem oder mehreren Knoten des Kommunikationsnetzwerks, oder off-board, z.B. mittels eines an sich bekannten externen Diagnosetesters, erfolgen, so dass hierdurch unterschiedliche Varianten ermöglicht werden.
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Die Erfindung ermöglicht, insbesondere in Fällen einer genannten nachträglichen Änderung, eine automatische bzw. dynamische Konfiguration von genannten Kommunikationsbeziehungen zwischen über ein hier betroffenes Kommunikationsnetzwerk verbundenen Steuergeräten, insbesondere zwischen Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs, und damit eine erhebliche Vereinfachung bei der Konfiguration bzw. Rekonfiguration der genannten Kommunikationsbeziehungen sowie bei der Umsetzung in den einzelnen Steuergeräten.
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Insbesondere besteht nicht mehr die Notwendigkeit, die Kommunikationsbeziehungen bereits vor der Entwicklung von Steuerprogrammen für hier betroffene Steuergeräte festlegen zu müssen, sowie bei einer genannten Änderung wenigstens einer Kommunikationsbeziehung oder der Erstellung einer neuen Kommunikationsbeziehung eine entsprechende Änderung der Steuerprogramme der an den jeweiligen Knoten des Kommunikationsnetzwerks angeordneten, einzelnen Steuergeräte vornehmen zu müssen.
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Die Informationen, mittels derer die automatische Konfiguration von Kommunikationsbeziehungen des Kommunikationsnetzwerks ermöglicht wird, kann knotenabhängige Datentypen umfassen. Dadurch wird eine knotenunabhängige und damit alle Knoten umfassende Konfiguration der Steuergeräte ermöglicht.
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Für die Steuergeräte relevante Kommunikationsbeziehungen können anhand der globalen Kennung dadurch automatisch berechnet werden, dass jedes Steuergerät mittels einer Abfrage basierend auf solchen Kennungen Informationen bereitstellt, welche Signale es im Netzwerk zur Verfügung stellt und welche Signale es im Netzwerk empfangen muss.
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Auf der Grundlage von Eigenschaften der Empfangs- und Sendegrößen, insbesondere welcher Knoten welches Signal bereitstellt und welcher Knoten welches Signal empfangen muss sowie dem jeweils verwendeten Bussystem, können entsprechende, möglichst optimale Kommunikationsbeziehungen zwischen den wenigstens zwei Steuergeräten ermittelt werden und aus den ermittelten optimalen Kommunikationsbeziehungen eine Kommunikationsmatrix erzeugt werden. Eine solche Matrix ermöglicht eine besonders einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Erfindung kann insbesondere bei Steuergeräten von Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen. Bei der genannten Offboard-Variante der Erfindung kann die Berechnung der Kommunikationsmatrix anhand der Eigenschaften der Empfangs- und Sendegrößen der Signale und dem jeweils verwendeten Bussystem in Offboard-Werkzeugen, z.B. einem Diagnose- bzw. Werkstatttester, umgesetzt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine im Stand der Technik bekannte Netzwerktopologie eines Kommunikationsnetzwerks eines Kraftfahrzeugs.
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2 zeigt eine der 1 entsprechende Netzwerktopologie, bei der eine erfindungsgemäße Kennung von Sende- und Empfangsinformationen in den jeweiligen Endknoten verwendet wird.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Illustration von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die in 1 gezeigte, beispielhafte Netzwerktopologie ermöglicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der nachfolgend beschriebenen zweiten Variante, d.h. mittels eines externen Diagnosetesters 100. Das Kommunikationsnetzwerk selbst ist, wie durch die gestrichelte Begrenzungslinie 105 angedeutet werden soll, in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
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Der Diagnosetester 100 ist mit dem Netzwerk über einen Protokollumsetzer bzw. ein Vermittlungsgerät („Gateway“) 110 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind fünf Steuergeräte 115, 120, 125, 130, 135 über ein Bussystem mit dem Gateway 110 verbunden. Über einen mit dem Gateway 110 ebenfalls verbundenen Umschalter bzw. Verteiler („Switch“) 140 sind vorliegend drei weitere Steuergeräte 145, 150, 155 verbunden.
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Die 2 zeigt die bereits in 1 dargestellte Netzwerktopologie, wobei die Netzwerkkomponenten 110–155 mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Bei einigen der Steuergeräte sind jedoch zusätzlich erfindungsgemäße Kennungen 160, 165, 170, 175, 180, 185 eingezeichnet, die die auszutauschenden Signale, die ein Teilnehmer sendet oder empfängt, darstellen. Die Eindeutigkeit der Kennung ermöglicht die eindeutige Zuordnung eines Informationstyps zu einer Information. Beispielsweise können in allen Knoten des Kommunikationsnetzwerks ein Drehzahlsignal durch die Kennung „ID1“ und die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Kennung „ID2“ repräsentiert sein.
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Die an die jeweilige Kennziffer angehängte Endung „-a...z“ kennzeichnet zudem eine Repräsentation des jeweiligen Knotens, d.h. Eigenschaften des Signals an dem jeweiligen Knoten, wie z.B. die Sende- oder Empfangseigenschaft, den Datentyp und die erforderliche Umrechnung.
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Zwei mögliche Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatisierten bzw. dynamischen Konfiguration von Kommunikationsbeziehungen in einem Kommunikationsnetzwerk eines Kraftfahrzeugs werden nachfolgend anhand der 3 beschrieben. Beide Varianten beruhen auf einer zunächst durchgeführten, nachfolgend noch im Detail beschriebenen Ermittlung 300 der relevanten Kommunikationsbeziehungen und einer daran anschließenden, ebenfalls nachfolgend beschriebenen Berechnung 305 der Kommunikationsbeziehungen, und zwar auf der Grundlage eines geeigneten Algorithmus’ bzw. aus der Verknüpfung von mehreren geeigneten Algorithmen, wie z.B. dem „First-fit decreasing“ Algorithmus und/oder dem „Fisher's scoring“- Algorithmus.
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Die genannte Ermittlung 300 der relevanten Kommunikationsbeziehungen erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie folgt. Dabei werden zunächst von allen Knoten sämtliche globalen Kennungen der zu empfangenden Signale abgefragt 310. Anhand der ermittelten Signal-Kennungen wird bei allen Knoten abgefragt, welcher Knoten welches zu empfangende Signal bereitstellen kann. Von mehreren Knoten zu empfangende Signale werden dabei bevorzugt nur einmalig abgefragt 315.
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Zusammen mit den genannten Kennungen können weitere, zur Berechnung und Bereitstellung der Kommunikationsmatrix notwendige Eigenschaften, z.B. die Umrechnungsformel in den einzelnen Netzwerkteilnehmern (d.h. die physikalische Repäsentierung metrisch oder Zoll) der zu übertragenden Daten, das zur Übertragung der Daten vorgesehene zeitliche Sende- und Empfangsraster und/oder die Anforderungen an die Übertragung der Daten, z.B. die auftretende Reaktions- bzw. Verzögerungszeit („Latenz“), übermittelt werden 320.
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Gemäß den genannten Varianten kann das Abfragen der Kennungen mittels eines Triggers, z.B. einen Testereingriff, einen Applikationsschalter oder eine erfolgte Updateprogrammierung, ausgelöst bzw. initiiert werden.
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Das genannte Verfahren zur Berechnung 305 der Kommunikationsbeziehungen erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Generierung 330 einer Kommunikationsmatrix, wobei auf der Grundlage von Eigenschaften der Empfangs- und Sendegrößen und dem jeweils verwendeten Bussystem entsprechende, möglichst optimale Kommunikationsbeziehungen anhand eines geeigneten Algorithmus’ bzw. aus der Verknüpfung von mehreren geeigneten Algorithmen, wie z.B. dem „First-fit decreasing“-Algorithmus und/oder dem „Fisher's scoring“- Algorithmus ermittelt werden 325.
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Neben der Ermittlung der Kommunikationsbeziehungen können zusätzlich, und zwar basierend auf den Eigenschaften der Signale in den einzelnen Knoten, Umrechungsformeln ermittelt werden, mittels derer die Repräsentation (d.h. Datentyp und Umrechnung) einer Sendegröße auf die beim Empfänger erwartete Repräsentation dieser Größe umgerechnet werden kann. Beispielsweise kann im Knoten
115 das Signal mit der Kennung „ID3“ als Variante „-a“ mit einer internen Repräsentierung von Datentyp und physikalischer zu interner Darstellung die Information bereitstellen, der Knoten
150 als Empfänger der Kennung „ID3“ hat eine interne Repräsentierung „–b“. Die erforderliche Umrechnung von „-a“ nach „-b“ kann z.B. durch eine Umrechnungsformel der Form
erfolgen, wobei die Größen B, C, E und F Konstanten darstellen, welche im Vorhinein, z.B. empirisch, ermittelt werden.
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Gemäß einer ersten, „on-board“ durchgeführten Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren von einem zentralen Knoten, und zwar ein mit der Funktionalität eines an sich bekannten Gateways ausgestattetes Steuergerät, ausgeführt. Das Gateway übernimmt als intelligenter Knoten das Abfragen der relevanten Kommunikationsbeziehungen, sowie die Berechnung der für die Datenübertragung notwendigen Kommunikationsbeziehungen und die Bereitstellung entsprechender Umrechnungsformeln.
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Das Einbringen der berechneten Konfigurationsbeziehungen erfolgt in dem Ausführungsbeispiel durch ein nachträgliches Update 335 des für die Kommunikationsbeziehungen relevanten Programmcodes bzw. entsprechender Konfigurationstabellen, z.B. bei einer auf „Autosar“ basierten Software der Anpassung der entsprechend Hardware-, Schnittstellen- (bzw. Hardware Interface-) und Routing-Tabellenkonfiguration, und zwar durch Speicherung 340 des Updates in einen nichtflüchtigen Speicher.
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Gemäß einer zweiten, „off-board“ durchgeführten Variante erfolgt die Ausführung des Verfahrens, d.h. die Konfiguration der Knoten, mittels eines externen Diagnose-Testers. Der Tester ermittelt 320 mittels an sich bekannter Diagnosedienste alle notwendigen Informationen zur Berechnung der Kommunikationsbeziehungen. Die entsprechende Abfrage beruht auf an sich bekannten Diensten wie z.B. ‘ReadDynamicallyDefinedIdentifier‘, ‘ReadDataByIdentifier‘ und ‘ReadScalingInformation‘, welche standardisiert sind (z.B. ISO14229 und ISO14230) und daher auf alle Steuergeräte eines Kraftfahrzeugs anwendbar sind.
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Die Kommunikationsbeziehungen und notwendigen Umrechnungsformeln werden offline im externen Diagnose-Tester berechnet. Die jeweils neu berechnete Konfiguration wird durch den Diagnose-Tester für jedes Steuergerät einzeln im Wege eines Steuerprogramm-Updates in einem speziellen, für die Konfigurationsdaten im jeweiligen Steuergerät festgelegten Datenbereich, ebenfalls via an sich bekannter standardisierter Dienste wie „RequestDownload“, „TransferData“ und „RequestTransferExit“ vorgenommen bzw. programmiert. Andere Knoten des Kommunikationsnetzwerks, z.B. Switche, welche ebenfalls in an sich bekannter Weise Vermittlungsfunktionen übernehmen, können in der beschriebenen Weise ebenfalls neu konfiguriert werden.
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Eine Erweiterung des Verfahrens ist die bereits genannte automatische Umrechnung bzw. Umquantifizierung der Signale für die entsprechende Repräsentierung in den jeweiligen Knoten, bevorzugt anhand einer Konvertierungsformel z.B. der bereits genannten Form
welche entweder in einem genannten Switch, in einem genannten Gateway oder auf Empfängerseite erfolgt. Im ersten Fall, d.h. in einem geswitchten Netzwerk, übernimmt der Switch die Umrechnung der genannten Ein- und Ausgangsgrößen. Die Umrechnung in einem Switch ist deshalb möglich, da jedes Steuergerät Punkt-zu-Punkt („point-to-point“) an den Switch angeschlossen ist. Die für die Umrechnung erforderliche Logik befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem in dem Switch vorgesehenen Microcontroller (µC).
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Im zweiten Fall, d.h. der Umrechnung in einem Gateway, erfolgt die automatische Umrechnung von Daten, die über das Gateway zwischen mindestens zwei Netzwerken geroutet werden, ebenfalls in der vorbeschriebenen Weise im Switch.
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Im dritten Fall der Umrechnung auf Empfängerseite werden die in den empfangenen Daten bzw. Botschaften enthaltenen Größen entweder durch ein nachträgliches Update oder durch eine im Empfänger berechnete Konfiguration für eine Verwendung im jeweiligen Knoten umgerechnet.
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Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO14229 [0032]
- ISO14230 [0032]
