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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Fahrzeugkommunikationsnetzwerk und insbesondere auf ein hybrides Fahrzeugkommunikationsnetzwerk, das eine Kombination von kabelgebundenen und drahtlosen elektronischen Steuereinheiten (Englisch electronic control units, ECUs) und kabelgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten enthält, die über Stromleitungen kommunizieren.
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Erörterung des Standes der Technik
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Moderne Fahrzeuge verwenden viele Sensoren, Aktuatoren, Steuereinheiten, Untersysteme, Busse usw., die eine elektrische Verkabelung erfordern. Mit steigender Anzahl von Fahrzeugsystemen steigt auch die Verkabelung, die zum Unterstützen dieser Systeme erforderlich ist. Das Versehen eines Fahrzeugs mit Kabeln ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, insbesondere bei vielen Kabeln. Beispielsweise hat der elektrische Leiter der Kabel, z. B. Kupfer, ein signifikantes Gewicht. Mit zunehmendem Gewicht eines Fahrzeugs nimmt die Treibstoffeffizienz ab. Darüber hinaus ist die Verkabelung in einem Fahrzeug schadensanfällig, wodurch die Garantiekosten für das Fahrzeug erhöht werden. Außerdem verringert eine Verkabelung im gesamten Fahrzeug die Flexibilität beim Design und bei der Herstellung des Fahrzeugs. Darüber hinaus muss zumindest ein Teil der Verkabelung häufig periodisch gewartet werden. Außerdem führt die Verkabelung zu zusätzlichen signifikanten Ausgaben und Kosten. Darüber hinaus verursacht das Zusammenfügen von Kabelsträngen bei der Herstellung des Fahrzeugs zu Problemen, die auf ein Brechen oder Verbiegen von Anschlussstiften zurückzuführen sind. Aus diesem Grund wäre es wünschenswert die Verkabelung in einem Fahrzeug zu umgehen oder zu verringern.
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Auf dem Gebiet ist die Verwendung von drahtloser Technologie in einem Fahrzeug zu Kommunikationszwecken zumindest unter eingeschränkten Umständen bekannt. Das Übertragen von drahtlosen Signalen ist jedoch auch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, z. B. Störung von anderen Signalen anderer Fahrzeuge, potentielle Störung von Signalen von Geräten, die von ihrem Nutzer in das Fahrzeug gebracht werden, unnötige Strahlung innerhalb des Insassenraums des Fahrzeugs und Schwundprobleme, die zu Signalverlust führen, wodurch eine höhere übertragene Energie und ein höherer Energieverbrauch erforderlich sind. US 2014 / 0 172 188 A1 beschreibt eine Sicherheitsfunktion für ein drahtloses ECU-Fahrzeugsystem.
JP 2009-248 711 A offenbart ein Fahrzeug-Kommunikationssystem. US 2011 / 0 064 126 A1 beschreibt eine Kommunikationsvorrichtung, ein Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren. US 2012 / 0 265 359 A1 offenbart eine rekonfigurierbare, schnittstellenbasierte elektrische Architektur. US 2005 / 0 030 969 A1 beschreibt eine Anordnung in einem verteilen Steuersystem zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Daten- und/oder Steuerbefehlen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Offenbarung beschreibt ein hybrides Fahrzeugkommunikationsnetzwerk, das eine Kombination von kabelgebundenen und drahtlosen ECUs und kabelgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten enthält. Ein Kommunikations-Backbone, ein CAN-Bus oder eine Stromleitung, das mit jeder der ECUs elektrisch verbunden ist. Die drahtlosen Peripheriegeräte stellen drahtlose Signale an alle drahtlosen ECUs bereit und jede drahtlose ECU stellt Datennachrichten am Backbone auf Basis der Signale bereit, die von den drahtlosen Peripheriegeräten empfangen wird, um von einer Ziel-ECU empfangen zu werden. Außerdem stellen eine oder mehrere ECUs Nachrichten auf dem Backbone bereit, die es drahtlos von allen drahtlosen ECUs zu übertragen gilt, um von einem drahtlosen Peripheriegerät empfangen zu werden.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der vorliegenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht ein Fahrzeug, das eine Kombination von kabelgebundenen und drahtlosen ECUs und kabelgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten enthält.
- 2 ist ein Blockschaubild eines Fahrzeugkommunikationsnetzwerks, das eine Kombination von kabelgebundenen und drahtlosen ECUs und kabelgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten enthält.
- 3 veranschaulicht ein Nachrichtenformat und Signale für ein CAN-Protokoll, wobei ein Arbitrierungsprozess veranschaulicht ist; und
- 4 ist ein Ablaufplan, der ein Protokoll für eine hybride drahtlose/kabelgebundene Kommunikation zwischen einem Peripheriegerät und einer Ziel-ECU durch mehrere ECUs mit Drahtlosfunktion zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Fahrzeugkommunikationssystem gerichtet ist, das eine Kombination von kabelgebundenen und drahtlosen ECUs und kabelgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten enthält, lediglich beispielhaft und soll die Erfindung oder deren Anwendungen oder Verwendungen in keinster Weise einschränken.
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine hybride Fahrzeugkommunikationsarchitektur oder ein hybrides Fahrzeugkommunikationsnetzwerk bereit, die bzw. das drahtlose und kabelgebundene Kommunikationstechnologien unter mehreren Peripheriegeräten und elektronischen Steuereinheiten (ECUs) kombiniert. Einige Gründe für die Verwendung einer hybriden Architektur umfassen eine erhöhte Robustheit, Zuverlässigkeit und geringere Latenz bei gleichzeitiger Erhaltung von sowohl drahtlosen als auch kabelgebundenen Ressourcen.
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1 ist eine Veranschaulichung eines Fahrzeugs 10 von oben, die eine vereinfachte Darstellung einer Kommunikationsarchitektur des Fahrzeugs 10 ist. Insbesondere enthält das Fahrzeug 10 einen CAN-Bus 12, mit dem eine Reihe von ECUs verbunden ist, wobei manche davon ECUs 14 sind, die nicht mit einer Drahtlostechnologie versehen sind, und manche davon drahtlose ECUs (Englisch wireless ECUS, WECUs) 16 und 18 sind, wobei jede der WECUs 16 und 18 eine Drahtlostechnologie enthält, die im Allgemeinen durch 20 ausgewiesen ist. Das Fahrzeug 10 enthält außerdem eine Reihe von Peripheriegeräten, z. B. Sensoren, Schalter, Aktuatoren usw., wobei manche davon fest verkabelte Peripheriegeräte 22 sind und manche davon drahtlose Peripheriegeräte 24 sind, die eine Antenne 26 enthalten. Die Kommunikationsarchitektur soll eine Darstellung einer oder mehrerer der Kommunikationsarchitekturen sein, die bei einem Fahrzeug eines beliebigen Typs vorhanden sein können, wobei mehrere ECUs, die jeweils eine gewisse Funktion ausführen, im Allgemeinen elektrisch mit einem Controller-Area-Network-(CAN-)Bus für ein gewisses Fahrzeugsystem verbunden sind, z. B. Fahrzeugkarosserie, Motor, Fahrgestell usw. Wie aus der nachstehenden Erörterung ersichtlich sein wird, kann eine beliebige Konfiguration von einigen fest verkabelten und einigen drahtlosen ECUs und einigen fest verkabelten und einigen drahtlosen Peripheriegeräten verwendet werden.
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Bei einer Ausführungsform sind die Drahtloskanäle jener Peripheriegeräte und ECUs, die als drahtlos ausgewählt sind, voneinander unabhängig (soweit möglich), was heißt, dass sie in Bezug auf andere Fahrzeugkomponenten an Positionen des Fahrzeugs angeordnet sind, an denen die von dem Peripheriegerät oder der WECU übertragenen oder empfangenen drahtlosen Signale weniger wahrscheinlich an Schwundproblemen leiden, die gleichzeitig eine Signalverfälschung verursachen und die Empfangsqualität signifikant verringern würden. Darüber hinaus sind die WCEUs so angeordnet, dass sie die gesamte Umgebung des Fahrzeugs mit einem hohen durchschnittlichen Signal-Rausch-Verhältnis abdecken. Um die Schwundprobleme weiter zu umgehen, schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung von Signaldiversität vor, wie nachstehend ausführlich erörtert.
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2 ist ein schematisches Blockschaubild eines vereinfachten Fahrzeugkommunikationsnetzwerks 30 des oben erörterten Typs für ein gewisses Fahrzeugsystem, jedoch aus dem Fahrzeug 10 entfernt. Das Netzwerk 30 enthält einen CAN-Bus 32 und mehrere ECUs 36, die über eine Leitung 38 elektrisch mit dem CAN-Bus 32 verbunden ist, um separate Teile des bestimmten Fahrzeugsystems zu steuern, wobei die ECUs 36 Datennachrichten auf dem Bus 32 bereitstellen, die für einen Empfang durch alle anderen ECUs 36 zur Verfügung stehen, die mit dem Bus 32 verbunden sind, und wobei alle ECUs 36 Steuer- und Befehlsnachrichten vom Bus 32 empfangen. Einige der ECUs 36 sind fest verkabelte ECUs, die durch ECU 40 dargestellt sind, und einige der ECUs 36 sind drahtlose ECUs, die durch die WECU 42 dargestellt sind, die eine Antenne 44 enthält.
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Wie oben, enthält das Kommunikationsnetzwerk 30 auch eine Reihe von Peripheriegeräten, die mit einer oder mehreren der ECUs 36 in Kommunikation stehen, die Befehle empfangen können, um einen gewissen Vorgang auszuführen, z. B. eine Türverriegelung, oder um gewissen Sensordaten wie Druck, Temperatur usw. bereitzustellen. Einige der Peripheriegeräte können fest verkabelte Peripheriegeräte sein, z. B. das Peripheriegerät 46, das über ein Kabel 48 mit der ECU 40 fest verkabelt ist, und einige der Peripheriegeräte können drahtlose Peripheriegeräte sein, z. B. das Peripheriegerät 50, das eine Antenne 52 enthält, das über eine Leitung 54 ebenfalls mit einer ECU 36 fest verkabelt sein kann.
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Auf dem Gebiet ist bekannt, eine Powerline Communications (PLC, Kommunikation über die Stromleitung) bereitzustellen, wobei eine Stromleitung, die diversen ECUs des Fahrzeugs mit Energie versorgt, z. B. aus einer Fahrzeugbatterie, auch als elektrischer Leiter verwendet wird, um Kommunikationssignale bereitzustellen, z. B. digitale Datenbits, die auf ein hochfrequentes Trägersignal moduliert sind. Das CAN-Protokoll wird auf der physischen Schicht der PLC verwendet. Die vorliegende Erfindung schlägt außerdem einen Hybrid von kabelgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten und ECUs bereit, die wie hier erörtert unter Verwendung der Stromleitungen miteinander kommunizieren, die die ECUs 36 mit Energie versorgen.
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Um diese Ausführungsform zu veranschaulichen, enthält das Kommunikationsnetzwerk 30 auch eine Stromleitung 56, die elektrisch mit einer Energiequelle 58, z. B. einer Fahrzeugbatterie, verbunden ist. Alle ECUs 36 im Netzwerk 30 sind auf Leitungen 60 mit der Stromleitung 56 verbunden, von denen sie Energie empfangen. Auf die gleiche Weise wie hier erörtert, werden somit diese Signale auf den CAN-Bus 32 moduliert, um an andere ECUs 36 im Netzwerk 30 gesendet zu werden, wobei diese gleichen Nachrichten auch auf die Stromleitung 50 moduliert werden können, um an die ECUs 36 gesendet zu werden. Gewisse Kommunikationsarchitekturen können sowohl eine Kommunikation über einen CAN-Bus als auch über eine Stromleitung verwenden. In der Theorie können alle Peripheriegeräte, die Energie aus der Fahrzeugbatterie erhalten, mit allen ECUs des Fahrzeugs in elektrischer Kommunikation stehen, die ebenfalls mit der Fahrzeugsbatterie verbunden sind. Es ist hinlänglich bekannt, dass PLCs und CAN-Busse in ihrer Bandbreite eingeschränkt sind, d. h. Bits pro Sekunde, wodurch die Datenmenge, die von den Peripheriegeräten an die ECUs 36 gesendet werden kann, und Befehle, die von den ECUs 36 an die Peripheriegeräte gesendet werden können, eingeschränkt werden. Da CAN-Busse in ihrer Bandbreite eingeschränkt sind, ist für gewöhnlich eine Reihe von CAN-Bussen für unterschiedliche Fahrzeuge beim Fahrzeug erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung schlägt das Bereitstellen eine Kombination von fest verkabelten und drahtlosen ECUs und fest verkabelten und drahtlosen Peripheriegeräten in Verbindung mit einer PLC und/oder CAN-Bussen, hier manchmal auch Allgemein als Backbone bezeichnet, bereit, wobei ein Großteil der Daten drahtlos übertragen werden kann und die fest verkabelten Verbindungen für kritischere Datenflüsse reserviert werden können. Eine solche Kombination von drahtloser Technologie und der PLC kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems erhöhen. Das hybride kabelgebundene und drahtlose Kommunikationsnetzwerk, das hier erörtert wird, wurde sorgfältig so konzipiert, dass die Anzahl von für das Netzwerk erforderlichen Kabeln gegenüber herkömmlichen Fahrzeugkommunikationsnetzwerken verringert ist. Es wird angemerkt, dass sich die nachstehende Erörterung auf das Bereitstellen von Nachrichten auf dem CAN-Bus 32 bezieht, bei der Erörterung kann der CAN-Bus 32 jedoch auch durch die Stromleitung 56 als Backbone ersetzt werden.
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Für gewöhnlich steuert jede ECU 36 mehrere Peripheriegeräte, wobei eine solche ECU hier als Ziel-ECU für diese Peripheriegeräte bezeichnet wird. Wie erörtert werden wird, können eine oder mehrere dieser Peripheriegeräte ein drahtloses Peripheriegerät sein und kann die Ziel-ECU eine fest verkabelte oder eine drahtlose ECU sein. Die Ziel-ECU kann auf die WECUs 42 im Netzwerk 30 zurückgreifen, um mit den drahtlosen Peripheriegeräten 50 zu kommunizieren. Alle WECUs 42, die die drahtlosen Signale von den drahtlosen Peripheriegeräten 50 empfangen, stellen diese Nachricht auf dem CAN-Bus 32 bereit, und durch entsprechende digitale Signalcodierung extrahiert die Ziel-ECU Daten nach Bedarf aus dem CAN-Bus 32. Wenn die Ziel-ECU ein Signal an das drahtlose Peripheriegerät 50 senden will, stellt es gleichermaßen ein codiertes Signal auf dem CAN-Bus 32 bereit, der von allen WECUs 42 entschlüsselt wird, die mit dem Bus 32 verbunden sind, und all diese WECUs 42 übertragen die bestimmte Nachricht an das Peripheriegerät 50 drahtlos. Es wird angemerkt, dass viele Peripheriegeräte mit einer einzelnen ECU kommunizieren können oder viele Peripheriegeräte mit vielen ECUs kommunizieren können. Es wird ebenfalls angemerkt, dass bei einem unterschiedlichen Schema eine oder mehrere der WECUs 42 als einfache Relais (Verstärken und Weiterleiten) arbeiten, wobei aus dem CAN-Bus 32 ausgewählte Bits über die drahtlosen Medium übertragen werden und umgekehrt. Auf diese Weise ist der Vorgang sehr einfach und die Latenz gering. Eine Datenverkehrsauslagerung zur Erhöhung der allgemeinen Systembandbreite ist jedoch nicht möglich.
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Wie erörtert, können mehrere WECUs über den CAN-Bus 32 zusammenwirken, um ein drahtloses Peripheriegerät bei der Übermittlung seiner Daten an seine Ziel-ECU zu unterstützen. Bei diesem Szenario wird eine Übertragung eines drahtlosen Peripheriegeräts von mehreren WECUs empfangen. Da der Drahtloskanal unzuverlässig ist und unter Schwund leiden kann, empfängt die Ziel-ECU die Nachricht ggf. nicht ohne Fehler. Darüber hinaus hat die Ziel-ECU ggf. überhaupt keine Drahtlosfunktion und hängt von der kabelgebundenen Kommunikation der WECUs ab, dass diese die Peripheriegerätinformationen an diese weiterleiten.
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CAN-Busse sind äußerst schwer belastet und daher ist das Weiterleiten der Nachricht eines Peripheriegeräts durch mehrere WECUs unter Zeitteilung ggf. zu kostspielig. Andererseits kann das Zurückgreifen auf nur eine einzelne willkürliche WECU aufgrund der zeitlichen Wirkungen des Drahtloskanals zu einer geringen Zuverlässigkeit führen. Ein integrierter Arbitrierungsmechanismus für den CAN-Bus kann verwendet werden, um die Last auf dem CAN-BUS 32 zu verringern und eine bessere Zuverlässigkeit und Leistung zu erzielen.
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Der CAN-Bus 32 verwendet Open-Collector-Sendeempfänger, was bedeutet, dass null Bits dominant sind, während ein Bit rezessiv ist. Insbesondere wenn es zu einer Kollision kommt und zwei Knoten entgegengesetzte Bits gleichzeitig übertragen, ist das empfangene Bit null (dieser Kanal wird häufig als der AND-Kanal bezeichnet). Der CAN-Standard verwendet diese Eigenschaft zur Arbitrierung. Die CAN-Nachrichten-ID bestimmt deren Priorität, wobei gilt: je niedriger der Wert, desto höher die Priorität. Bei dieser Arbitrierungsstufe können mehrere Knoten ihre Nachrichten-IDs gleichzeitig übertragen, am Ende obsiegt jedoch aufgrund des AND-Kanalbetriebs nur die ID mit dem niedrigsten Wert. Alle anderen Knoten bleiben für den Rest der Übertragung still, wodurch eine staufreie Übertragung der Nachricht mit der höchsten Priorität ermöglicht wird.
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Bei einer ersten Aufführungsform wählt der CAN-Arbitrierungsprozess die beste WECU zur Übertragung seiner empfangenen Informationen aus, hier als Verfahren der maximalen Auswahl bezeichnet. Beim Verfahren der maximalen Auswahl überträgt nur die WECU 42 mit der höchsten empfangenen Qualität (signal-to-noise-ration, SNR-, cyclic redundancy check, CRC- oder log-likelihood ratio, LLR-Messwerte) ihre Nachricht auf dem CAN-Bus 32. Die WECUs 42 übersetzen ihre empfangene Qualität in eine Nachrichten-ID, wobei gilt: je höher die Qualität, desto geringer der Wert. Der CAN-Arbitrierungsprozess gewährleistet, dass nur die WECU 42 mit der höchsten Nachrichtenqualität ihre Daten an die Ziel-ECU sendet.
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Eine zweite Ausführungsform wiederholt die erste Ausführungsform iterativ, wobei die WECU mit der besten Qualität, wobei die Qualität auf deren empfangenen drahtlosen Signal und den empfangenen Daten von anderen WECUs aus den bisherigen Iterationen basiert, bei jeder Iteration unter Verwendung des gleichen Arbitrierungsprozesses ausgewählt wird.
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Bei einer dritten Ausführungsform übertragen alle WECUs ihre empfangenen Bits gleichzeitig, was hier als drahtlose CAN-Erweiterung (WiCAN) bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform agieren alle WECUs 42 als einfache Relais, wobei, wenn ein dominantes Bit über das kabelgebundene CAN empfangen wird, es auch als dominantes Bit über die drahtlose Verbindung übertragen wird und umgekehrt.
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Die On-off-Keying-(OOK-)Modulation ist ein natürliches Modulationsverfahren für die Drahtlostechnologie, wobei „on“ das dominante Bit ist. Darüber hinaus kann das Kommunikationsprotokoll eine drahtlose Kommunikation in den ISM-Frequenzbändern und insbesondere in den Frequenzbändern von 902 bis 928 MHz und 433,05 bis 434,79 MHz verwenden. Die WECUs 42 können vordefiniertes oder dynamisch ausgewähltes Beamforming verwenden, um mit inem beliebigen Peripheriegerät zu kommunizieren, das das Verwenden einer kohärenten Modulation und das Einstellen der übertragenen Signalphase jedes WECU beinhaltet, um eine konstruktive Kombination am Peripheriegerätempfänger zu erzielen. Die WECUs 42 können eine nicht-kohärente Modulation verwenden und an alle Peripheriegeräte gleichzeitig übertragen, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Die Übertragungsleistung der WECUs 42 kann größer als die Übertragungsleistung der Peripheriegeräte sein und kann mit steigender Anzahl der drahtlosen Peripheriegeräte erhöht werden. Darüber hinaus können CAN-Inter-WECU-Nachrichten drahtlos ausgelagert werden, um die CAN-Bus-Last zu verringern und die Robustheit und die Widerstandsfähigkeit gegen CAN-Bus-Fehlerfälle zu erhöhen. Fehlerkorrigierende Codes werden erfindungsgemäß neben dem CAN-Protokoll auf die Daten angewandt, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, wobei die fehlerkorrigierenden Codes ratenlose Codes sind mit Garantien einer minimalen Latenz, einschließlich Differenziallatenz-Garantien, die für neuere Pakete höher und für ältere Pakete niedriger sind.
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Wie oben erörtert, kann ein bestimmtes drahtloses Peripheriegerät seine Nachricht an mehrere WECUs senden, wobei jede WECU 42 diese Nachricht mit unterschiedlichen Höhen der Wiedergabetreue, Qualität und Datenverfälschung empfangen kann. Gemäß der Erfindung codiert jede der WECUs 42, die ein Signal von einem drahtlosen Peripheriegerät empfängt, ihre Empfangsqualität dieses Signals in die Nachricht, die sie auf dem Bus 32 bereitstellt. Bei dieser Situation schlägt die vorliegende Erfindung einen Arbitrierungsprozess, wie oben erörtert, vor, um auszuwählen, welche der mehreren Nachrichten mit unterschiedlicher Qualitätshöhe auf den CAN-Bus 32 übertragen werden wird.
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3 ist eine Veranschaulichung 70, die einen Arbitrierungsprozess für ein bekanntes CAN-Protokoll zeigt, um zu ermitteln, welche Nachricht von einer bestimmten WECU, hier manchmal als Knoten bezeichnet, zu einem bestimmten Zeitpunkt auf Basis der Nachrichtenqualität auf dem CAN-Bus 32 übertragen werden wird, wobei das CAN-Protokoll einem 0-Bit gegenüber einem 1-Bit Priorität gibt. Die Veranschaulichung 70 zeigt eine Nachricht 72 mit einem bekannten Bit-Format für einen Bitdatenstrom und enthält ein Start-of-frame-Bit 74, Identifikator-Bits 76, ein RTR-Bit 78, Steuerfeld-Bits 80 und wobei die Daten in einem Datenbitfeld 82 ausgesendet werden. Die Identifikator-Bits 76 führen die Arbitrierung durch, wobei die Priorität der Nachricht einer bestimmten WECU dahingehend bestimmt wird, ob die Nachricht auf den Bus 32 übertragen wird, wo der Wert der Identifikator-Bits auf Basis einer Übertragung mit höherer Priorität niedrig ist. Die Identifikator-Bits 76 umfassen 11 Bits, 0 bis 10, wobei bei diesem Beispiel die Bits 6 bis 10 feste ID-Bits sind und die Bits 0 bis 5 Qualitäts-Bits sind, die die Qualität der Datenfeld-Bits 82 identifizieren. Insbesondere werden die Identifikator-Bits 0 bis 5 verwendet, um die Qualität der Nachricht zu identifizieren, z. B. Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), zyklische Redundanzprüfung (CRC) usw., die die WECU 42 auf dem Bus 32 bereitstellt. Anders ausgedrückt gibt die WECU 42 die Qualität der Nachricht, die sie vom Peripheriegerät 50 empfangen hat, in den Identifikator-Bits 76 mit einer gewissen Priorität an, d. h. einer Anzahl von niedrigen Bits, und zwar auf Basis dessen, wie hoch die Qualität der Nachricht ist, die sie vom drahtlosen Peripheriegerät 50 empfangen hat.
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Bei diesem nicht-einschränkenden Beispiel versuchen die drei WECUs, die als Knoten bezeichnet werden, die gleiche Nachricht auf dem CAN-Bus 32 bereitzustellen, wobei die Nachrichten unterschiedliche Qualitätshöhen aufweisen können. Ein erster Knoten versucht, eine Nachricht mit einem Bitstrom 84 auf den CAN-Bus 32 zu übertragen, ein zweiter Knoten versucht, eine Nachricht mit einem Bitstrom 86 auf den CAN-Bus 32 zu übertragen, und ein dritter Knoten versucht, eine Nachricht mit einem Bitstrom 88 auf den CAN-Bus 32 zu übertragen, wobei allesamt das Format der Nachricht 72 und unterschiedliche Höhen der Nachrichtenqualität haben. Die Identifikator-Bits 6 bis 10 in der Nachricht von den Knoten sind die gleichen, da die Nachricht für die Ziel-ECU vorgesehen ist.
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Bei Identifikator-Bit 5 ist das Bit im Datenstrom 86 vom zweiten Knoten hoch, was indiziert, dass er eine geringere Qualität als die Nachrichten von dem ersten und dem dritten Knoten aufweist. Bei Bit 2 wird das Identifikator-Bit in der Nachricht 88 des dritten Knotens niedrig, während das Identifikator-Bit 2 in der Nachricht 84 des ersten Knotens hoch bleibt, was indiziert, dass die Nachricht 88 von dem dritten Knoten eine höhere Priorität (Qualität) als die Nachricht 84 von dem ersten Knoten hat. Auf Basis dieses Arbitrierungsprozesses wird die Nachricht 88 von dem dritten Knoten auf den Bus 32 übertragen, nachdem der Identifikatorabschnitt die Arbitrierung erfüllt hat. Wenn ein bestimmter Knoten erkennt, dass ein anderer Knoten ein Bit mit einer höheren Priorität im Identifikatorabschnitt der Nachricht aufweist, wird dieser Knoten die Übertragung seiner Nachricht stoppen. Somit übernimmt die Nachricht 88 des dritten Knotens den Bus, um die Nachricht zu übertragen, die die Daten 82 enthält. Anders ausgedrückt hat durch den hier erörterten Arbitrierungsprozess der Bitstrom 88 aus dem dritten Knoten die höchste Qualität und ist ein Bitstrom 90, der auf den Bus 32 übertragen wird. Durch selektives Identifizieren der Qualität der Übertragung auf Basis der Arbitrierungs-Bits in den Identifikator-Bits 76 auf diese Weise kann das CAN-Protokoll nur einer der Nachrichten, die von dem bestimmten Peripheriegerät an allen WECUs 42 empfangen wird, ermöglichen, auf dem Bus am bestimmten Nachrichten-Slot bereitgestellt zu werden. Die WECUs 42, die die Arbitrierung verloren haben, empfangen die Nachricht von der WECU mit der höchsten Qualität und schätzen ihr empfangenes Bit und den allgemeinen Qualitätsmesswert erneut. Ein Maximum Ratio Combining (MRC) kann z. B. für diesen Zweck verwendet werden. Der Prozess wiederholt sich (ohne die WECUs, die ihre Nachrichten bereits über den CAN-Bus übertragen haben), bis die CRC erfüllt ist.
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Die vorliegende Erörterung umfasst Uplink-Signalübertragungen, wobei die Peripheriegeräte 50 Nachrichten drahtlos übertragen, die von allen WECUs 42 als erster Übertragungs-Hop zu empfangen sind, und wobei alle dieses WECUs 42 sodann diese Nachricht auf dem CAN-Bus 32 als zweiter Übertragungs-Hop bereitstellen. Bei Downlink-Signalübertragungen empfangen gleichermaßen alle WECUs 42 eine Nachricht, die es vom CAN-Bus 32 als erster Übertragungs-Hop zu übertragen gilt, und übertragen die Nachricht danach drahtlos als zweiter Übertragungs-Hop. Wenn von den CAN-Protokollen synchronisiert, übertragen die WECUs die Nachricht gleichzeitig über die Drahtloskanäle unter Verwendung einer nicht-kohärenten Modulation, um ein Simulcast-Schema zu bilden. Ein stärker integriertes Schema kann auf ein spezifisches Peripheriegerät abzielen und ein verteiltes Beamforming auf die WECUs 42 anwenden, wie dem Fachmann hinlänglich bekannt.
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4 ist ein Ablaufplan 100, der einen WECU-Verarbeitungsalgorithmus zeigt, der den Arbitrierungsprozess für den CAN-Bus gemäß der Qualität der empfangenen drahtlosen Signale für die Uplink-Übertragungen bereitstellt, wie oben erörtert. Im Kästchen 102 empfängt die bestimmte WECU die drahtlose Nachricht vom bestimmten Peripheriegerät. An der Entscheidungsraute 104 wird eine CRC an der Nachricht durchgeführt und wenn sie diese besteht, hat die Nachricht die höchste Qualität und wird im Kästchen 106 übertragen, und der Algorithmus endet mit dem Kästchen 108. Die CRC ermittelt, ob die Bits verfälscht sind oder von der WECU 42 korrekt empfangen wurden.
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Wenn die Nachricht die CRC an der Entscheidungsraute 104 nicht besteht, beginnt der Algorithmus im Kästchen 110 mit einem interativen Prozess, der das Festlegen der Anzahl von Iterationen auf Iter = 1 umfasst. Der Algorithmus berechnet die Wiedergabetreue der Nachricht im Kästchen 112. An der Entscheidungsraute 114 prüft die WECU 42, ob die Anzahl von Iterationen eine maximale Iteration erreicht hat, oder ob die Nachricht durch Arbitrierung aufgelöst wurde, und ist dies der Fall, endet der Algorithmus mit dem Kästchen 108. Wenn die Anzahl von Iterationen nicht das Maximum erreicht hat oder die Nachricht an der Entscheidungsraute 114 durch Arbitrierung nicht aufgelöst wurde, ermittelt der Algorithmus an der Entscheidungsraute 116, ob die berechnete Wiedergabetreue die höchstmögliche Wiedergabetreue ist. Wenn die berechnete Wiedergabetreue an der Entscheidungsraute 116 die höchstmögliche Wiedergabetreue ist, überträgt die WECU 42 die Nachricht im Kästchen 118 mit gewissen Modifikationen und berechnet die Wiedergabetreue im Kästchen 112 erneut. Wenn die berechnete Wiedergabetreue an der Entscheidungsraute 116 nicht die höchstmögliche Wiedergabetreue ist, überträgt für gewöhnlich eine weitere WECU 42 mit einer höheren Wiedergabetreue ihre Nachricht auf dem CAN-Bus 32 und diese Nachricht kann verwendet werden, um die Wiedergabetreue an der bestimmten WECU 42 im Kästchen 120 zu erhöhen. Insbesondere entschlüsselt die bestimmte WECU 42 die Nachricht mit einer höheren Wiedergabetreue, die von einer anderen WECU empfangen wurde, auf dem CAN-Bus 32 und verwendet diese Nachricht, um verfälschte Bits in der Nachricht zu korrigieren, die die bestimmte WECU 42 empfangen hat, um deren Nachrichtenwiedergabetreue zu erhöhen. Der Algorithmus erhöht sodann die Iterationsanzahl um 1 im Kästchen 122 und kehrt zum Kästchen 112 zurück, um die Wiedergabetreue der Nachricht erneut zu berechnen.
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Das CAN-Protokoll kann eine CAN-Verbindung mit flexibler Datenrate verwenden, die sehr schnelle Datenübertragungen ermöglicht. Wenn dieses Protokoll verwendet wird, kann der gleiche iterative Prozess herangezogen werden.
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Während der Downlink-Übertragung sendet jede WECU, die eine Nachricht von einer bestimmten ECU empfängt, die es an ein bestimmtes Peripheriegerät zu senden gilt, diese Nachricht drahtlos. Jede WECU führt einen Beamforming-Prozess durch, der dem Fachmann hinlänglich bekannt ist, so dass die Signale phasenabgeglichen werden, wenn sie vom Peripheriegerät 50 empfangen werden, so dass das Peripheriegerät 50 alle drahtlosen Nachrichten von allen WECUs 42 kohärent empfängt. Darüber hinaus werden die ECUs 36, die mit dem Bus 32 verbunden sind, mit dem gleichen Taktsignal synchronisiert, so dass die Übertragungen von den WECUs 42 über Simulcast-Techniken übertragen werden können, um von dem drahtlosen Peripheriegerät 50 nicht-kohärent empfangen zu werden.
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Beim oben beschriebenen Verfahren sind zwei Hops erforderlich. Beim ersten Hop wird das gesamte Paket auf einem Medium (CAN-Bus oder das drahtlose Medium) decodiert, bevor es erneut auf dem anderen Medium übertragen wird. Dies führt zu einer zusätzlichen Latenz zumindest einer Paketübertragungszeit. Alternativ können die WECUs 42 als einfache Relais verwendet werden, die auf Bit-für-Bit-Weise arbeiten, wobei jedes dominante Bit auf einem Medium zum anderen verstärkt und weitergeleitet wird. In diesem Fall befolgen die WECUs 42 das CAN-Protokoll nicht (wenn ihr Betrieb auf der Bit-Ebene erfolgt) und mehrere WECUs übertragen gleichzeitig auf dem CAN-Bus 32, wobei ein Konsens für alle Bits des CAN-Frames (und nicht nur das Arbitrierungsfeld) erzielt wird, ohne dass fehlerhafte Frames übertragen werden. Die Latenz eines solchen Schemas ist nicht größer als die Weiterleitungsverzögerung, die vom CAN-Protokoll zugelassen wird. Unter Verwendung eines intelligenten Schwellenwerts in den Uplink- und Zusammenwirkungsschemata (z. B. Simulcast) auf dem Downlink kann eine hohe Zuverlässigkeit der End-to-End-Kommunikation erzielt werden. Natürlich kann ein solches Schema nicht verwendet werden, um die CAN-Bus-Kapazität zu erhöhen, es kann jedoch als drahtlose Erweiterung und zur Erhöhung der Robustheit bei getrennter Verbindung zum CAN-Bus 32 dienen. In einem solchen Fall halten die WECUs 42 die Anbindung zwischen den getrennten CAN-Bus-Netzwerken aufrecht.
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Wie der Fachmann hinlänglich verstehen wird, können sich die mehreren und diversen Schritte und Prozesse, die hier erörtert wurden, um die Erfindung zu beschreiben, auf Vorgänge beziehen, die von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Rechenvorrichtung durchgeführt werden, die Daten unter Verwendung des elektrischen Phänomens manipulieren und/oder transformieren. Diese Computer und elektronischen Vorrichtungen können diverse flüchtige und/oder permanente Speicher verwenden, einschließlich eines nicht-flüchtigen computerlesbaren Mediums mit einem darauf gespeicherten ausführbaren Programm, enthaltend diverse Codes oder ausführbare Anweisungen, die vom Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Typen von Speicher und anderen computerlesbaren Medien umfassen können.
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Die vorstehende Erörterung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird anhand der Erörterung und der beiliegenden Zeichnungen und Ansprüche schnell erkennen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne sich vom Geist und Umfang der Erfindung, wie in den nachstehenden Ansprüchen definiert, zu entfernen.
