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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk und genauer gesagt ein hybrides Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk, das eine Kombination von drahtgebundenen und drahtlosen elektronischen Steuereinheiten (Englisch electronic control units, ECUs) und drahtgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten umfasst, wobei das Netzwerk einen Arbitrierungsprozess ausführt, bei dem eine Nachricht, die von einer der drahtlosen ECUs bereitgestellt wird, basierend auf einer Qualität des Sendesignals von einem der drahtlosen Peripheriegeräte auf einen Kommunikations-Backbone gesetzt wird.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Moderne Fahrzeuge verwenden zahlreiche Sensoren, Aktoren, Controller, Teilsysteme, Busse usw., die eine elektrische Verdrahtung benötigen. In dem Maße wie die Anzahl von Fahrzeuganlagen zunimmt, nimmt auch die Verdrahtung zu, die notwendig ist, um diese Anlagen zu unterstützen. Es gibt jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen beim Bereitstellen von Drähten in einem Fahrzeug, insbesondere von vielen Drähten. Beispielsweise weist der elektrische Leiter der Drähte, wie etwa Kupfer, ein erhebliches Gewicht auf. In dem Maße wie das Gewicht eines Fahrzeugs zunimmt, verringert sich die Kraftstoffeffizienz. Ferner ist die Verdrahtung in einem Fahrzeug für Schäden anfällig, was die Garantiekosten des Fahrzeugs erhöht. Auch reduziert eine Verdrahtung in dem gesamten Fahrzeug die Flexibilität bei Konstruktion und Herstellung des Fahrzeugs. Ferner erfordert mindestens ein Teil der Verdrahtung in einem Fahrzeug häufig eine regelmäßige Wartung. Auch kommen durch die Verdrahtung erhebliche Ausgaben und Kosten hinzu. Ferner verursacht während der Herstellung des Fahrzeugs das Zusammenbauen der Kabelbäume häufig Probleme durch Brechen oder Verbiegen von Steckerstiften. Daher wäre es wünschenswert, die Verdrahtung in einem Fahrzeug zu eliminieren oder zu reduzieren.
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In der Technik ist es bekannt, in einem Fahrzeug zumindest unter bestimmten Bedingungen eine drahtlose Technologie zu Kommunikationszwecken zu verwenden. Des Weiteren leidet die Übertragung von drahtlosen Signalen auch unter einer gewissen Anzahl von Nachteilen, wozu die Interferenz mit Signalen von anderen Fahrzeugen, eine eventuelle Interferenz mit Signalen von Geräten, die von ihrem Nutzer in das Fahrzeug gebracht werden, unnötige Strahlung im Innern des Fahrgastraums des Fahrzeugs und Fading-Probleme gehören, die zu Signalverlust führen, eine größere übertragene Energie und größeren Energieverbrauch erfordern.
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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.
US 2003 / 0 114 980 A1 offenbart ein autonomes Fahrzeugnavigationssystem und ein Diagnosesystem.
US 7 046 638 B1 beschreibt einen drahtlosen Zugriff auf geschlossene eingebettete Netzwerke.
US 2011 / 0 255 411 A1 offenbart einen Umwandler/Multiplexer für einen seriellen Bus.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die nachstehende Offenbarung beschreibt ein Verfahren zum Kommunizieren unter Verwendung eines hybriden Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerks, das eine Kombination von drahtgebundenen und drahtlosen elektronischen Steuereinheiten (ECUs) und drahtgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten umfasst. Das Netzwerk umfasst eine Vielzahl von ECUs, die jeweils einen Kommunikationsalgorithmus betätigen und vordefinierte Funktionen ausführen, wobei die Vielzahl von ECUs eine Vielzahl von drahtlosen ECUs umfasst. Das Netzwerk umfasst auch eine Vielzahl von Peripheriegeräten, wobei ein oder mehrere der Peripheriegeräte Befehle von einer oder mehreren der ECUs empfangen, und ein oder mehrere der Peripheriegeräte Signale für die ECU bereitstellen, und wobei die Vielzahl von Peripheriegeräten mindestens ein drahtloses Peripheriegerät umfasst. Drahtlose Übertragungssignale, die von einem der drahtlosen Peripheriegeräte gesendet werden, werden von allen drahtlosen ECUs empfangen. Das Verfahren führt einen Arbitrierungsprozess aus, bei dem eine Nachricht von einer der drahtlosen ECUs basierend auf einer Qualität des empfangenen Signals von dem drahtlosen Peripheriegerät auf einen Kommunikations-Backbone gesetzt wird. Dabei werden CAN-Nachrichten zwischen den drahtlosen ECUs drahtlos ausgelagert, um die Belastung eines CAN-Busses zu reduzieren und die Robustheit und Anpassungsfähigkeit an CAN-Busfehler zu erhöhen.
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Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen hervorgehen, die zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen sind.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine Abbildung eines Fahrzeugs, das ein Kommunikationsnetzwerk umfasst, das eine Kombination von drahtgebundenen und drahtlosen ECUs und drahtgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten aufweist;
- 2 ein Blockdiagramm eines Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerks, das eine Kombination von drahtgebundenen und drahtlosen ECUs und drahtgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten umfasst;
- 3 eine Abbildung eines Nachrichtenformats und von Signalen für ein CAN-Protokoll, die einen Arbitrierungsprozess abbildet; und
- 4 ein Ablaufschema, das ein Protokoll für hybride drahtlose/drahtgebundene Kommunikationen zwischen einem Peripheriegerät und einer Ziel-ECU über mehrere ECUs mit drahtloser Fähigkeit zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung über ein Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerk, das eine Kombination von drahtgebundenen und drahtlosen ECUs und drahtgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten umfasst, ist rein beispielhafter Art und keineswegs dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken.
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine hybride Fahrzeug-Kommunikationsarchitektur bzw. ein Netzwerk vor, die bzw. das drahtlose und drahtgebundene Kommunikationstechnologien unter mehreren Peripheriegeräten und elektronischen Steuereinheiten (ECUs) kombiniert. Zu den Gründen, eine hybride Architektur zu übernehmen, gehören eine größere Robustheit, Zuverlässigkeit und geringere Latenz, wobei sowohl drahtlose als auch drahtgebundene Ressourcen bewahrt werden.
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1 ist eine Abbildung in Draufsicht eines Fahrzeugs 10, die eine vereinfachte Darstellung einer Kommunikationsarchitektur in dem Fahrzeug 10 zeigt. Insbesondere umfasst das Fahrzeug 10 einen CAN-Bus 12, an den eine gewisse Anzahl von ECUs angeschlossen ist, von denen einige ECUs 14 sind, die nicht mit drahtloser Technologie ausgestattet sind, und von denen einige drahtlose ECUs (Englisch wireless ECUs, WECUs) 16 und 18 sind, wobei jede der WECUs 16 und 18 eine drahtlose Technologie umfasst, die im Allgemeinen mit 20 dargestellt wird. Das Fahrzeug 10 umfasst auch eine gewisse Anzahl von Peripheriegeräten, wie etwa Sensoren, Schalter, Aktoren usw., von denen einige verkabelte Peripheriegeräte 22 sind, und von denen einige drahtlose Peripheriegeräte 24 sind, die eine Antenne 26 umfassen. Die Kommunikationsarchitektur ist dazu gedacht, eine Darstellung von einer oder mehreren der Kommunikationsarchitekturen zu sein, die in einem Fahrzeug beliebiger Art bestehen können, wobei mehrere ECUs, die jeweils eine gewisse Funktion ausführen, im Allgemeinen elektrisch mit einem Steuergerätenetz- (CAN) Bus für eine bestimmte Fahrzeuganlage, wie etwa eine Fahrzeugkarosserie, einen Motor, ein Fahrgestell usw., gekoppelt ist. Wie es aus der nachstehenden Diskussion hervorgehen wird, kann eine beliebige geeignete Konfiguration von einigen verkabelten und einigen drahtlosen ECUs und einigen verkabelten und einigen drahtlosen Peripheriegeräten verwendet werden.
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Bei einer Ausführungsform sind die drahtlosen Kanäle der Peripheriegeräte und ECUs, die ausgewählt werden, um drahtlos zu sein, voneinander (möglichst) unabhängig, was bedeutet, dass sie sich mit Bezug auf andere Fahrzeugkomponenten an Stellen in dem Fahrzeug befinden, an denen die drahtlosen Signale, die von dem Peripheriegerät oder der WECU gesendet oder empfangen werden, gleichzeitig weniger unter Fading-Problemen leiden, die Signalverfälschung verursachen und die Empfangsqualität erheblich reduzieren würden. Ferner befinden sich die WECUs so, dass sie die gesamte Fahrzeugnähe mit einem hohen durchschnittlichen Signal/Rausch-Verhältnis abdecken. Um Fading-Probleme weiter zu beheben, schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Signaldiversität zu verwenden, wie es nachstehend ausführlich besprochen wird.
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2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines vereinfachten Kommunikationsnetzwerks 30 der zuvor besprochenen Art für eine bestimmte Fahrzeuganlage, jedoch aus dem Fahrzeug 10 entnommen. Das Netzwerk 30 umfasst einen CAN-Bus 32 und mehrere ECUs 36, die über eine Leitung 38 mit dem CAN-Bus 32 elektrisch gekoppelt sind, um getrennte Teile der bestimmten Fahrzeuganlage zu steuern, wobei die ECUs 36 Datennachrichten auf dem Bus 32 bereitstellen, die verfügbar sind, um von allen anderen ECUs 36 empfangen zu werden, die mit dem Bus 32 gekoppelt sind, und wobei alle ECUs 36 Steuer- und Befehlsnachrichten von dem Bus 32 empfangen. Einige der ECUs 36 sind verkabelte ECUs, die durch die ECU 40 dargestellt werden, und einige der ECUs 36 sind drahtlose ECUs, die durch die WECU 32 dargestellt werden, die eine Antenne 44 umfasst.
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Wie zuvor umfasst das Kommunikationsnetzwerk 30 auch eine gewisse Anzahl von Peripheriegeräten, die in Kommunikation mit einer oder mehreren der ECUs 36 stehen, die Befehle empfangen können, um einen gewissen Vorgang auszuführen, wie etwa ein Türschließen, oder die gewisse Sensordaten bereitstellen, wie etwa Druck, Temperatur usw. Einige der Peripheriegeräte können verkabelte Peripheriegeräte sein, wie etwa das Peripheriegerät 46, das über einen Draht 48 mit der ECU 40 verkabelt ist, und einige der Peripheriegeräte können drahtlose Peripheriegeräte sein, wie etwa ein Peripheriegerät 50, das eine Antenne 52 umfasst, die über die Leitung 54 ebenfalls mit einer ECU 36 verkabelt sein können.
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Es ist in der Technik bekannt, Stromleitungskommunikationen (PLC) bereitzustellen, wenn eine Stromleitung, welche die diversen ECUs in einem Fahrzeug beispielsweise aus der Fahrzeugbatterie mit Strom versorgt, auch als elektrischer Leiter verwendet wird, um Kommunikationssignale bereitzustellen, wie etwa digitale Datenbits, die auf ein Hochfrequenz-Trägersignal moduliert werden. Das CAN-Protokoll wird auf der Bitübertragungsschicht der PLC verwendet. Die vorliegende Erfindung schlägt auch eine hybride Version von drahtgebundenen und drahtlosen Peripheriegeräten und ECUs vor, die, wie hier besprochen, unter Verwendung der Stromleitungen, welche die ECUs 36 mit Strom versorgen, miteinander kommunizieren.
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Um diese Ausführungsform zu erläutern, umfasst das Kommunikationsnetzwerk 30 auch eine Stromleitung 56, die mit einer Stromquelle 58, wie etwa einer Fahrzeugbatterie, elektrisch gekoppelt ist. Alle ECUs 36 in dem Netzwerk 30 sind mit der Stromleitung 56 auf den Leitungen 60 gekoppelt, von denen sie Strom empfangen. Ebenso wie hier besprochen wird, dass Signale auf den CAN-Bus 32 moduliert werden, um an andere ECUs 36 in dem Netzwerk 30 gesendet zu werden, können somit eben diese Nachrichten auch auf die Stromleitung 50 moduliert werden, um an die ECUs 36 gesendet zu werden. Gewisse Kommunikationsarchitekturen können sowohl Kommunikationen über einen CAN-Bus als auch über eine Stromleitung verwenden. Theoretisch können alle Peripheriegeräte, die Strom von der Fahrzeugbatterie empfangen, in elektrischer Kommunikation mit allen ECUs in dem Fahrzeug stehen, die ebenfalls mit der Fahrzeugbatterie gekoppelt sind. Es ist wohlbekannt, dass die PLC und die CAN-Busse bezüglich der Bandbreite, d.h. der Bits pro Sekunde, eingeschränkt sind, was die Datenmenge, die von den Peripheriegeräten an die ECUs 36 gesendet werden kann, und die Befehle, die von den ECUs 36 an die Peripheriegeräte gesendet werden können, einschränkt. Da die CAN-Busse bezüglich ihrer Bandbreite eingeschränkt sind, ist typischerweise eine gewisse Anzahl von CAN-Bussen für verschiedene Fahrzeuganlagen in dem Fahrzeug notwendig.
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Die vorliegende Erfindung schlägt das Bereitstellen einer gewissen Kombination von verkabelten und drahtlosen ECUs und verkabelten und drahtlosen Peripheriegeräten in Verbindung mit einer PLC und/oder CAN-Bussen, die hier manchmal allgemein als Backbone bezeichnet wird bzw. werden, wobei ein Großteil der Daten drahtlos gesendet werden kann und die verkabelten Verbindungen für kritischeren Datenfluss reserviert sein können. Eine derartige Kombination von drahtloser Technologie und der PLC kann Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems erhöhen. Das hier besprochene drahtgebundene und drahtlose Kommunikationsnetzwerk ist sorgfältig ausgelegt, so dass die Anzahl von Drähten, die für das Netzwerk benötigt wird, gegenüber herkömmlichen Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerken reduziert ist. Es sei zu beachten, dass sich die nachstehende Diskussion auf das Stellen von Nachrichten auf den CAN-Bus 32 bezieht, dass in dieser Diskussion jedoch der CAN-Bus 32 durch die Stromleitung 56 als Backbone ersetzt werden kann.
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Typischerweise steuert jede ECU 36 mehrere Peripheriegeräte, wobei eine derartige ECU hier als Ziel-ECU für diese Peripheriegeräte bezeichnet wird. Wie es besprochen wird, kann bzw. können ein oder mehrere dieser Peripheriegeräte ein drahtloses Peripheriegerät sein, und die Ziel-ECU kann eine verkabelte oder eine drahtlose ECU sein. Die Ziel-ECU kann auf die WECUs 42 in dem Netzwerk 30 angewiesen sein, um mit den drahtlosen Peripheriegeräten 50 zu kommunizieren. Alle WECUs 42, welche die drahtlosen Signale von den drahtlosen Peripheriegeräten 50 empfangen, setzen diese Nachricht auf den CAN-Bus 32, und durch geeignete digitale Signalcodierung entnimmt die Ziel-ECU je nach Bedarf Daten aus dem CAN-Bus 32. Falls die Ziel-ECU ein Signal an das drahtlose Peripheriegerät 50 senden möchte, stellt sie ebenso ein codiertes Signal auf dem CAN-Bus 32 bereit, das von allen WECUs 42 entziffert wird, die mit dem Bus 32 elektrisch gekoppelt sind, und alle diese WECUs 42 übertragen die bestimmte Nachricht an das Peripheriegerät 50 drahtlos. Es sei zu beachten, dass viele Peripheriegeräte mit einer einzigen ECU kommunizieren können oder viele Peripheriegeräte mit vielen ECUs kommunizieren können. Es sei ebenfalls zu beachten, dass bei einer anderen Methode eine oder mehrere der WECUs 42 als einfache Relais (Verstärken und Weiterleiten) funktioniert bzw. funktionieren, wobei Bits, die aus dem CAN-Bus 32 ausgewählt werden, über die drahtlosen Medien gesendet werden, und umgekehrt. Somit ist die Funktionsweise sehr einfach und die Latenz ist gering. Das Auslagern von Datenverkehr, um die gesamte Systembandbreite zu erhöhen, ist jedoch nicht möglich.
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Wie besprochen, können mehrere WECUs über den CAN-Bus 32 zusammenwirken, um einem drahtlosen Peripheriegerät zu helfen, seine Daten an seine Ziel-ECU zu übermitteln. In dieser Situation wird die Übertragung eines drahtlosen Peripheriegeräts von mehreren WECUs empfangen. Da der drahtlose Kanal unzuverlässig ist und unter Fading leiden kann, kann es sein, dass die Ziel-ECU die Nachricht nicht fehlerlos empfängt. Ferner verfügt die Ziel-ECU vielleicht gar nicht über drahtlose Fähigkeiten und ist von drahtgebundenen Kommunikationen von den WECUs abhängig, um die Informationen der Peripheriegeräte an sie weiterzugeben.
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Die CAN-Busse sind extrem belastet, und deshalb kann das Weitergeben der Nachricht des Peripheriegeräts durch mehrere WECUs im Zeitmultiplex zu kostspielig sein. Andererseits kann das Zurückgreifen auf nur eine einzige willkürliche WECU auf Grund der zeitlichen Effekte des drahtlosen Kanals zu geringer Zuverlässigkeit führen. Ein eingebauter Arbitrierungsmechanismus für den CAN-Bus kann verwendet werden, um die Belastung auf dem CAN-Bus 32 zu reduzieren und eine bessere Zuverlässigkeit und Leistung zu erreichen.
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Der CAN-Bus 32 verwendet Open-Collector-Transceiver, was bedeutet, dass Null-Bits dominant sind, während Eins-Bits rezessiv sind. Insbesondere wenn es zu einer Kollision kommt und zwei Knoten gleichzeitig entgegengesetzte Bits übertragen, dann wäre das empfangene Bit eine Null (dieser Kanal wird häufig als UND-Kanal bezeichnet). Der CAN-Standard verwendet diese Eigenschaft zur Arbitrierung. Die CAN-Nachrichten-ID bestimmt ihre Priorität, wobei je niedriger der Wert desto höher die Priorität. Auf dieser Arbitrierungsstufe können mehrere Knoten ihre Nachrichten-IDs gleichzeitig übertragen, am Ende setzt sich jedoch auf Grund des UND-Kanalbetriebs nur die ID mit dem niedrigsten Wert durch. Alle anderen Knoten bleiben während der restlichen Übertragung stumm und erlauben eine konfliktfreie Übertragung der Nachricht mit der höchsten Priorität.
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Bei einer ersten Ausführungsform wählt der CAN-Arbitrierungsprozess die beste WECU aus, um seine empfangenen Informationen zu übertragen, was hier als maximales Auswahlverfahren bezeichnet wird. Bei dem maximalen Auswahlverfahren überträgt nur die WECU 42 mit der höchsten empfangenen Qualität (signal-to-noise-ratio, SNR-, cyclic redundancy check, CRC- oder log-likelihood ratio, LLR-Messungen) ihre Nachricht auf dem CAN-Bus 32. Die WECUs 42 übersetzen ihre empfangene Qualität in eine Nachrichten-ID, wobei je höher die Qualität desto niedriger 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 bei jeder Iteration, die WECU mit der besten Qualität, und wobei die Qualität auf ihrem empfangenen drahtlosen Signal und den empfangenen Daten der vorhergehenden Iterationen von anderen WECUs basiert, unter Verwendung des gleichen Arbitrierungsprozesses ausgewählt wird.
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Bei einer dritten Ausführungsform senden alle WECUs ihre empfangenen Bits gleichzeitig, was hier als drahtlose CAN-Erweiterung (WiCAN) bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform dienen alle WECUs 42 als einfache Relais, wobei, wenn ein dominantes Bit über das drahtgebundene CAN empfangen wird, es auch als dominantes Bit über die drahtlose Verbindung übertragen wird, und umgekehrt.
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Die Ein-Aus-Umtastungs- (Englisch on-off-keying, OOK) Modulation ist ein natürliches Modulationsverfahren für die drahtlose Technologie, wobei „Ein“ das dominante Bit ist. Ferner kann das Kommunikationsprotokoll drahtlose Kommunikationen in den ISM-Frequenzbändern, und insbesondere in den Frequenzbändern 902 bis 928 MHz und 433,05 bis 434,79 MHz, verwenden. Die WECUs 42 können vordefinierte oder dynamisch ausgewählte Strahlbündelung verwenden, um mit einem beliebigen Peripheriegerät zu kommunizieren, wozu das Verwenden einer kohärenten Modulation und das Anpassen der übertragenen Signalphase jeder WECU gehören, um am Peripherieempfänger eine konstruktive Kombination zu erreichen. Die WECUs 42 können eine nicht kohärente Modulation verwenden und gleichzeitig an alle Peripheriegeräte übertragen, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Die Übertragungsleistung der WECUs 42 kann größer als die Übertragungsleistung der Peripheriegeräte sein und kann in dem Maße erhöht werden, wie die Anzahl von drahtlosen Peripheriegeräten zunimmt. Dabei werden erfindungsgemäß CAN-Nachrichten zwischen den WECUs drahtlos ausgelagert, um die Belastung des CAN-Busses zu reduzieren und die Robustheit und Anpassungsfähigkeit an CAN-Busfehler zu erhöhen. Fehlerkorrekturcodes können an den Daten zusätzlich zu dem CAN-Protokoll verwendet werden, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, wobei die Fehlerkorrekturcodes ratenlose Codes mit minimalen Latenzgarantien sind, wozu Differentiallatenzgarantien gehören, die für neuere Pakete höher und für ältere Pakete niedriger sind.
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Wie zuvor besprochen, kann ein bestimmtes drahtloses Peripheriegerät seine Nachricht an mehrere WECUs senden, wobei jede WECU 42 diese Nachricht mit unterschiedlichen Stufen von 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 den Bus 32 stellt. Für diese Situation schlägt die vorliegende Erfindung einen Arbitrierungsprozess vor, wie zuvor besprochen, um auszuwählen, welche der mehreren Nachrichten mit einem unterschiedlichen Qualitätsniveau auf den CAN-Bus 32 übertragen werden wird.
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3 ist eine , die einen Arbitrierungsprozess für ein bekanntes CAN-Protokoll abbildet, um zu bestimmen, welche Nachricht von einer bestimmten WECU, die hier manchmal als Knoten bezeichnet wird, auf dem CAN-Bus 32 zu einem bestimmten Zeitpunkt basierend auf der Nachrichtenqualität übertragen wird, wobei das CAN-Protokoll einem Null-Bit die Priorität gegenüber einem Eins-Bit gibt. Die zeigt eine Nachricht 72, die ein bekanntes Bitformat für einen Bitdatenstrom aufweist und ein Rahmenstartbit 74, Kennungsbits 76, ein RTR-Bit 78, Steuerfeldbits 80 umfasst, und wobei die Daten in einem Datenbitfeld 82 rundgesendet werden. Die Kennungsbits 76 führen die Arbitrierung aus, wobei die Priorität der Nachricht von einer bestimmten WECU mit Bezug darauf bestimmt wird, ob diese Nachricht auf dem Bus 32 übertragen wird, wobei der Wert der Kennungsbits basierend auf einer Übertragung höherer Priorität niedrig ist. Die Kennungsbits 76 umfassen 11 Bits, 0 bis 10, wobei bei diesem Beispiel die Bits 6 bis 10 festgelegte Kennungsbits sind und die Bits 0 bis 5 Qualitätsbits sind, welche die Qualität der Datenfeldbits 82 identifizieren. Genauer gesagt werden die Kennungsbits 0 bis 5 verwendet, um die Qualität, wie etwa das Signal/RauschVerhältnis (SNR), die zyklische Redundanzprüfung (CRC) usw., der Nachricht, welche die WECU 42 auf den Bus 32 stellt, zu identifizieren. Mit anderen Worten stellt die WECU 42 die Qualität der Nachricht, die sie von dem Peripheriegerät 50 empfangen hat, in den Kennungsbits 76 mit einer gewissen Priorität ein, d.h. einer Anzahl von niedrigen Bits, basierend darauf, wie hoch die Qualität der Nachricht ist, die sie von dem drahtlosen Peripheriegerät 50 empfangen hat.
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Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel versuchen drei WECUs, die als Knoten bezeichnet werden, die gleiche Nachricht auf den CAN-Bus 32 zu stellen, wobei die Nachrichten unterschiedliche Qualitätsniveaus aufweisen können. Ein erster Knoten versucht, eine Nachricht, die einen Bitstrom 84 aufweist, auf den CAN-Bus 32 zu übertragen, ein zweiter Knoten versucht, eine Nachricht, die den Bitstrom 86 aufweist, auf den CAN-Bus 32 zu übertragen, und ein dritter Knoten versucht, eine Nachricht, die den Bitstrom 88 aufweist, auf den CAN-Bus 32 zu übertragen, wobei alle das Format der Nachricht 72 aufweisen und unterschiedliche Niveaus von Nachrichtenqualität aufweisen. Die Kennungsbits 6 bis 10 in der Nachricht von den Knoten sind die gleichen, weil die Nachricht für die Ziel-ECU gedacht ist.
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Am Kennungsbit 5 ist das Bit in dem Datenstrom 86 von dem zweiten Knoten High, was angibt, das es eine geringere Qualität als die Nachrichten von den ersten und dritten Knoten aufweist. Bei Bit 2 geht das Kennungsbit in der dritten Knotennachricht 88 auf Low, während das Kennungsbit 2 in der Nachricht 84 des ersten Knotens auf High bleibt, was angibt, dass die Nachricht 88 von dem dritten Knoten eine höhere Priorität (Qualität) als die Nachricht 84 von dem ersten Knoten aufweist. Basierend auf diesem Arbitrierungsprozess wird die Nachricht 88 von dem dritten Knoten auf dem Bus 32 übertragen, nachdem der Kennungsabschnitt die Arbitrierung erfüllt hat. Wenn ein bestimmter Knoten erkennt, dass ein anderer Knoten ein Bit mit einer höheren Priorität in dem Kennungsabschnitt der Nachricht aufweist, unterbricht dieser Knoten das Übertragen seiner Nachricht. Somit übernimmt die Nachricht 88 des dritten Knotens den Bus zum Übertragen der Nachricht, welche die Daten 82 umfasst. Mit anderen Worten weist der Bitstrom 88 von dem dritten Knoten durch den hier besprochenen Arbitrierungsprozess die höchste Qualität auf und ist ein Bitstrom 90, der auf dem Bus 32 übertragen wird. Durch derartiges selektives Identifizieren der Qualität der Übertragung basierend auf den Arbitrierungsbits in den Kennungsbits 76 kann das CAN-Protokoll zulassen, dass nur eine der Nachrichten, die von dem bestimmten Peripheriegerät an allen WECUs 42 empfangen werden, an dem bestimmten Nachrichtenplatz auf den Bus gestellt wird. Die WECUs 42, welche die Arbitrierung verloren haben, empfangen die Nachricht von der WECU mit der höchsten Qualität und schätzen ihr empfangenes Bit und ihre gesamte Qualitätsmessung neu ein. Dazu kann man beispielsweise das „Maximum Ratio Combining“ (MRC) verwenden. Der Prozess wiederholt sich dann (ohne die WECUs, die ihre Nachrichten bereits über den CAN-Bus übertragen haben), bis die CRC erfüllt ist.
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Die vorliegende Diskussion umfasst Aufwärtsstrecken-Signalübertragungen, bei denen die Peripheriegeräte 50 Nachrichten drahtlos übertragen, die von allen WECUs 42 als erste Übertragungsteilstrecke zu empfangen sind, und wobei alle diese WECUs 42 dann diese Nachricht als zweite Übertragungsteilstrecke auf den CAN-Bus 32 stellen. Ebenso empfangen für Abwärtsstrecken-Signalübertragungen alle WECUs 42 eine Nachricht, die von dem CAN-Bus 32 zu übertragen ist, als eine erste Übertragungsteilstrecke und senden dann die Nachricht drahtlos als zweite Übertragungsteilstrecke. Wenn sie durch CAN-Protokolle synchronisiert werden, übertragen die WECUs die Nachricht gleichzeitig über den drahtlosen Kanal unter Verwendung einer nicht kohärenten Modulation, um eine gleichzeitige Sendemethode zu bilden. Eine aufwendigere Methode kann auf ein spezifisches Peripheriegerät abzielen und verteilte Strahlbündelung über die WECUs 42 ausführen, wie es dem Fachmann wohlbekannt ist.
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4 ist ein Ablaufschema 100, das einen WECU-Verarbeitungsalgorithmus abbildet, der den Arbitrierungsprozess für den CAN-Bus gemäß der Qualität der drahtlosen empfangenen Signale für die Aufwärtsstrecken-Übertragungen bereitstellt, wie zuvor besprochen. In dem Kästchen 102 empfängt die bestimmte WECU die drahtlose Nachricht von dem bestimmten Peripheriegerät. An der Entscheidungsraute 104 wird eine CRC an der Nachricht ausgeführt, und wenn sie durchkommt, weist die Nachricht die höchste Qualität auf und wird in dem Kästchen 106 übertragen, und der Algorithmus endet in dem Kästchen 108. Die CRC bestimmt, ob die Bits verfälscht sind oder von der WECU 42 richtig empfangen werden.
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Wenn die Nachricht an der Entscheidungsraute 104 nicht durch die CRC kommt, dann beginnt der Algorithmus in dem Kästchen 110 einen iterativen Arbeitsablauf, der das Einstellen der Anzahl von Iterationen auf iter = 1 umfasst. Der Algorithmus berechnet die Wiedergabetreue der Nachricht in dem Kästchen 112. An der Entscheidungsraute 114 überprüft die WECU 42, ob die Anzahl von Iterationen eine maximale Iteration erreicht hat oder ob die Nachricht durch Arbitrierung aufgelöst wurde, und wenn ja, dann endet der Algorithmus in dem Kästchen 108. Wenn die Anzahl der Iterationen das Maximum nicht erreicht hat oder die Nachricht an der Entscheidungsraute 114 durch Arbitrierung nicht aufgelöst wurde, dann bestimmt der Algorithmus an der Entscheidungsraute 116, ob die berechnete Wiedergabetreue die bestmögliche Wiedergabetreue ist. Wenn die berechnete Wiedergabetreue an der Entscheidungsraute 116 die bestmögliche Wiedergabetreue ist, dann überträgt die WECU 42 die Nachricht in dem Kästchen 118 mit gewissen Änderungen und berechnet die Wiedergabetreue erneut in dem Kästchen 112. Wenn die berechnete Wiedergabetreue an der Entscheidungsraute 116 nicht die bestmögliche Wiedergabetreue ist, dann überträgt typischerweise eine andere WECU 42 mit einer höheren Wiedergabetreue ihre Nachricht auf dem CAN-Bus 32, und diese Nachricht kann in dem Kästchen 128 verwendet werden, um die Wiedergabetreue an der bestimmten WECU 42 zu erhöhen. Insbesondere entziffert die bestimmte WECU 42 die Nachricht mit einer höheren Wiedergabetreue, die von einer anderen WECU auf dem CAN-Bus 32 empfangen wird, und verwendet diese Nachricht, um verfälschte Bits in der Nachricht zu korrigieren, welche die bestimmte WECU 42 empfangen hat, um ihre Nachrichtentreue zu erhöhen. Der Algorithmus erhöht dann in dem Kästchen 122 die Iterationsanzahl um eins und kehrt zu dem Kästchen 112 zurück, um die Wiedergabetreue der Nachricht neu 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 Arbeitsablauf angewendet werden.
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Während der Abwärtsstreckenübertragung sendet jede WECU, die eine Nachricht von einer bestimmten ECU empfängt, die an ein bestimmtes Peripheriegerät zu senden ist, diese Nachricht drahtlos. Jede WECU führt einen Strahlbündelungsprozess aus, der dem Fachmann wohlbekannt ist, so dass die Signale phasengleich sind, wenn sie von dem Peripheriegerät 50 empfangen werden, so dass das Peripheriegerät 50 alle drahtlosen Nachrichten von allen WECUs 42 kohärent empfängt. Ferner sind die ECUs 36, die mit dem Bus 32 gekoppelt sind, über das gleiche Taktsignal synchronisiert, so dass die Übertragungen von den WECUs 42 durch gleichzeitige Sendetechniken übertragen werden können, um von dem drahtlosen Peripheriegerät 50 nichtkohärent empfangen zu werden.
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Das zuvor beschriebene Verfahren erfordert zwei Teilstrecken. Auf der ersten Teilstrecke wird das gesamte Paket auf einem Medium (auf dem CAN-Bus oder dem drahtlosen Medium) decodiert, bevor es wieder auf dem anderen Medium übertragen wird. Dies führt eine zusätzliche Latenz von mindestens einer Paketübertragungszeit ein. Alternativ können die WECUs 42 als einfache Relais verwendet werden, die Bit für Bit funktionieren und eventuelle dominante Bits auf einem Medium verstärken und an das andere weiterleiten. In diesem Fall befolgen die WECUs 42 nicht das CAN-Protokoll (da ihre Funktionsweise auf Bitebene erfolgt), und mehrere WECUs können gleichzeitig auf dem CAN-Bus 32 übertragen und eine Übereinstimmung für alle Bist des CAN-Rahmens (und nicht nur des Arbitrierungsfeldes) erreichen, ohne die Übertragung von fehlerhaften Rahmen zu verursachen. Die Latenz einer derartigen Methode ist nicht größer als die Ausbreitungsverzögerung, die durch das CAN-Protokoll erlaubt ist. Unter Verwendung einer intelligenten Entscheidungsschwelle in den Aufwärtsstrecken- und Zusammenarbeitsmethoden (wie etwa beim gleichzeitigen Senden) auf der Abwärtsstrecke kann eine hohe Zuverlässigkeit der durchgehenden Kommunikation erreicht werden. Offensichtlich kann eine derartige Methode nicht verwendet werden, um die CAN-Buskapazität zu erhöhen, sie kann jedoch als eine drahtlose Erweiterung dienen und auch dazu, die Robustheit zu erhöhen, falls der CAN-Bus 32 abschaltet. In diesem Fall bewahren die WECUs 42 die Verbindungsfähigkeit zwischen den getrennten CAN-Busnetzwerken.
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Wie es der Fachmann sehr wohl verstehen wird, können sich die mehreren und diversen Schritte und Prozesse, die hier besprochen wurden, um die Erfindung zu beschreiben, auf Arbeitsabläufe beziehen, die von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Rechenvorrichtung ausgeführt werden und Daten unter Verwendung eines elektrischen Phänomens manipulieren und/oder umformen. Derartige Computer und elektronische Vorrichtungen können diverse flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher verwenden, wozu ein nicht vorübergehendes computerlesbares Medium gehört, auf dem ein ausführbares Programm gespeichert ist, das diversen Code oder ausführbare Anweisungen umfasst, der bzw. die von dem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten von Speichern und anderen computerlesbaren Medien umfassen kann bzw. können.
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Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird aus dieser Diskussion und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres erkennen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen definiert werden, zu verlassen.
