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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgeben einer auf Satellitensignale synchronisierten Zeit, ein Verfahren zum Senden von Fahrzeug-zu-X-Nachrichten, ein Verfahren zum Empfangen von Fahrzeug-zu-X-Nachrichten sowie ein zugehöriges elektronisches Steuerungsmodul.
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Fahrzeug-zu-X-Kommunikation, beispielsweise auf Basis von IEEE 802.11p, ITS-G5 oder IEEE 1609 ist Stand der Technik, standardisiert und bereits in Feldtests getestet. Diese Technologie ermöglicht insbesondere den Austausch von Nachrichten zwischen Fahrzeugen, wodurch Fahrer oder Fahrzeuge über mögliche Gefahrensituationen benachrichtigt werden können. Alle Nachrichten enthalten dabei einen Zeitstempel und eine Positionsangabe, um Botschaften zu filtern, zu plausibilisieren und in Applikationen weiterzuverarbeiten. Beispielsweise können veraltete Botschaften aussortiert und von einer Weiterverarbeitung ausgeschlossen werden.
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Es hat sich gezeigt, dass für die korrekte Funktion eines Fahrzeug-zu-X-Kommunikationssystems eine präzise Zeitquelle erforderlich ist.
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Satellitensignale sind heutzutage weithin verfügbar, insbesondere in Form von Satellitennavigationssignalen. Derartige Satellitensignale enthalten typischerweise auch Zeitangaben, welche nicht nur für Navigationszwecke, sondern auch für andere Aufgaben verwendet werden können. Somit steht grundsätzlich eine präzise Zeitquelle zur Verfügung.
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Allerdings stehen satellitenbasierte Zeitinformationen typischerweise nur in bestimmten Abständen zur Verfügung, beispielsweise in Abständen von einer Sekunde. Für Anwendungen wie die Fahrzeug-zu-X-Kommunikation ist dies zu ungenau.
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Eine mögliche Lösung wäre die Verwendung einer internen Zeitreferenz, welche eine höhere Zeitauflösung hat als die satellitenbasierten Zeitinformationen. Es wurde jedoch erkannt, dass derartige interne Zeitreferenzen in der Praxis zu große Schwankungen zeigen, um als eine zuverlässige Zeitquelle für die Fahrzeug-zu-X-Kommunikation zu dienen.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ausgeben einer auf Satellitensignale synchronisierten Zeit bereitzustellen, welches eine bessere Genauigkeit ermöglicht. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Senden von Fahrzeug-zu-X-Nachrichten und ein Verfahren zum Empfangen von Fahrzeug-zu-X-Nachrichten vorzusehen, welche ein entsprechendes Verfahren zum Ausgeben einer Zeit verwenden. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Steuerungsmodul zum Durchführen derartiger Verfahren vorzusehen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch Verfahren und ein elektronisches Steuerungsmodul gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgeben einer auf Satellitensignale synchronisierten Zeit mittels eines kontinuierlichen Zählers, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- - Empfangen eines ersten Referenzzeitpulses eines Satellitensignals, wobei der erste Referenzzeitpuls eine erste Referenzzeit anzeigt, darauf ansprechend Abspeichern eines momentanen ersten Zählerstands des Zählers in einem Register,
- - Empfangen eines zweiten Referenzzeitpulses eines Satellitensignals, wobei der zweite Referenzzeitpuls eine zweite Referenzzeit anzeigt, wobei der Zähler beim Empfang des zweiten Referenzzeitpulses einen momentanen zweiten Zählerstand aufweist,
- - Berechnen einer Zählerdifferenz zwischen dem zweiten Zählerstand und dem ersten Zählerstand,
- - Berechnen eines Korrekturfaktors basierend auf der Zählerdifferenz und einer Zeitdifferenz zwischen der zweiten Referenzzeit und der ersten Referenzzeit, und
- - Ausgeben der Zeit basierend auf einer Referenzzeit, einem aktuellen Zählerstand und dem Korrekturfaktor.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können wesentlich genauere Zeitauflösungen erreicht werden, als dies durch die reine Verwendung von Referenzzeitpulsen aus Satellitensignalen möglich wäre. Auch zwischen solchen Referenzzeitpulsen kann eine sehr genaue Zeitausgabe erreicht werden. Dabei wird automatisch kompensiert, dass der Zähler typischerweise Schwankungen in seiner Frequenz unterliegt, weil er häufig durch Schwingquarze oder andere Zeitgeber angetrieben wird, welche physikalischen Schwankungen unterliegen. Beispielsweise können derartige Zähler abhängig von Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftdruck oder auch dem Alter von bestimmten Bauelementen sein. Derartige Schwankungen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren kompensiert, indem der Korrekturfaktor laufend angepasst und bei der Berechnung einer jeweils auszugebenden Zeit berücksichtigt wird.
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Der Zählerstand beim zweiten Referenzzeitpuls kann insbesondere unmittelbar kopiert bzw. für weitere Berechnungen verwendet werden. Er kann auch in einem weiteren Register abgespeichert werden, um für spätere Berechnungen zur Verfügung zu stehen.
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Das Verfahren kann insbesondere in einer programmierbaren oder festverdrahteten Einheit durchgeführt werden, beispielsweise in einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor, einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) , einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPSS) oder einer anderen vergleichbaren Einheit. Insbesondere können dazu Prozessormittel und Speichermittel verwendet werden, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein entsprechendes Verfahren ausführen.
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Die Berechnung des Korrekturfaktors kann insbesondere laufend wiederholt, beispielsweise nach jedem Referenzzeitpuls, erfolgen. Dies ermöglicht eine ständige Aktualisierung des Korrekturfaktors.
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Die Zeitdifferenz kann insbesondere 1 s betragen. Auch andere Zeitdifferenzen können jedoch verwendet werden, beispielsweise von 0,5 s oder 2 s. Die Zeitdifferenz wird typischerweise durch die vorhandenen Satellitensignale bzw. durch die verwendeten Satellitensignale oder die verwendete Technologie vorgegeben.
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Die Zeitdifferenz kann insbesondere als Differenz zwischen der zweiten Referenzzeit und der ersten Referenzzeit berechnet werden. Dies entspricht einer einfachen und praktikablen Ausführung.
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Der Korrekturfaktor wird bevorzugt als Quotient aus der Zeitdifferenz geteilt durch die Zählerdifferenz berechnet. Hierdurch kann ein sinnvoller Wert ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Zeit basierend auf der zweiten Referenzzeit ausgegeben. Es können jedoch auch vorherige Referenzzeiten, beispielsweise die erste Referenzzeit oder auch noch weiter davor liegende Referenzzeiten verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Zeit zum Ausgeben als Summe der zweiten Referenzzeit und einer Zwischenzeit berechnet, wobei die Zwischenzeit als Differenz zwischen einem beim Ausgeben aktuellen dritten Zählerstand und dem zweiten Zählerstand, welcher mit dem Korrekturfaktor multipliziert wird, berechnet wird. Eine solche Vorgehensweise hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
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Das Abspeichern erfolgt bevorzugt in dem Register rein hardwarebasiert oder hardwareunterstützt. Dadurch kann ein besonders schnelles Abspeichern realisiert werden. Eine solche Hardwareunterstützung ist in typischerweise verwendeten Mikroprozessoren oder anderen Geräten realisiert.
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Der Zähler wird bevorzugt durch einen Quarzoszillator getrieben. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt. Außerdem sind Quarzoszillatoren weithin verfügbar und preiswert. Auch andere Oszillatoren oder andere Taktgeber können jedoch zum Treiben des Zählers verwendet werden.
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Bevorzugt zählt der Zähler genau oder mindestens 1000 Zählerstände pro Sekunde und/oder zwischen zwei Referenzzeiten durch. Dadurch kann beispielsweise eine Auflösung von mindestens 1 ms erreicht werden, welche sich für typische Anwendungen im Bereich der Fahrzeug-zu-X-Kommunikation als vorteilhaft erwiesen hat. Die Angabe kann sich auf bestimmte bzw. typische Umgebungsbedingungen beziehen, insbesondere hinsichtlich der Temperatur.
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Bevorzugt werden die erste Referenzzeit und/oder die zweite Referenzzeit mittels jeweiliger Satellitensignale festgelegt. Derartige Satellitensignale werden typischerweise zwischen den Referenzzeitpulsen gesendet und geben an, welche Zeit der nächste Referenzzeitpuls anzeigt. Beispielsweise können fünf solcher Signale in einem Satellitensystem gesendet werden, bevor der nächste Referenzzeitpuls gesendet wird.
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Allgemeiner ausgedrückt können die Referenzzeiten durch zwischen den Referenzzeitpulsen empfangene Referenzzeitwerte von Satellitensignalen festgelegt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die Satellitensignale Satellitennavigationssignale. Derartige Satellitennavigationssignale beinhalten typischerweise die hier verwendeten Zeitinformationen. Auch andere Satellitensignale wie beispielsweise Kommunikationssignale von Satelliten oder Satellitentelefonsignale können jedoch verwendet werden, sofern sie die entsprechenden Signale zur Zeitangabe haben. Grundsätzlich sei erwähnt, dass die hierin beschriebene Vorgehensweise ohne Einschränkung auch mit anderen Signalen als Satellitensignalen, insbesondere mit Signalen von terrestrischen oder mobilen Sendern, durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Senden von Fahrzeug-zu-X-Nachrichten, wobei jede Fahrzeug-zu-X-Nachricht mit einer Zeit versehen wird, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegeben wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Empfangen von Fahrzeug-zu-X-Nachrichten, wobei jede Fahrzeug-zu-X-Nachricht mit einer Zeit versehen ist, welche mit einer Systemzeit verglichen wird, wobei die Systemzeit mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegeben wurde. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei jeweils auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Mittels der eben beschriebenen Verfahren können die weiter oben beschriebenen Vorteile für eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation realisiert werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektronisches Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, auf welchem Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigt:
- 1: ein Kraftfahrzeug sowie Satelliten.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10. Es sei verstanden, dass es sich hierbei um eine rein schematische Darstellung handelt. Ebenfalls rein schematisch sind insgesamt vier Satelliten 20, 21, 22, 23 dargestellt, welche zu einem globalen Satellitennavigationssystem wie GPS gehören.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ein elektronisches Steuerungsmodul 30 auf, welches hier ebenfalls nur schematisch gezeigt ist und welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist. Insbesondere ist es zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel konfiguriert. Hierzu enthält es Prozessormittel und Speichermittel, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein solches Verfahren ausführen.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist eine Antenne 32 auf, welche mit dem Steuerungsmodul 30 verbunden ist und welche dazu ausgebildet ist, Satellitensignale von den Satelliten 20, 21, 22, 23 zu empfangen.
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Das Steuerungsmodul 30 weist ein Register 34 auf, welches dem Abspeichern von Werten zur späteren Verwendung dient.
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Die Satelliten 20, 21, 22, 23 senden gemäß der Spezifikation des Global Positioning System (GPS) zu jeder vollen Sekunde einen jeweiligen Referenzzeitpuls aus, welcher auch als 1PPS („ein Puls pro Sekunde“) bezeichnet wird. Damit wird der Übergang zu einer jeweiligen neuen Sekunde angezeigt. Zwischen diesen jeweiligen Referenzzeitpulsen werden je Sekunde fünf Referenzzeitwerte ausgesendet, welche die sekundengenaue Uhrzeit zum nächsten Referenzzeitpuls anzeigen. Somit kann durch Empfang der Satellitensignale von den Satelliten 20, 21, 22, 23 exakt ermittelt werden, welche Sekunde zum nächsten Referenzzeitpuls beginnt.
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Das Steuerungsmodul 30 weist einen internen Zähler 36 auf, welcher von einem Quarz 38 getrieben wird und unter normalen Bedingungen 1.000 Zählerstände pro Sekunde weiterzählt. Dies entspricht einer Auflösung von 1 ms. Der Quarz 38 unterliegt jedoch unvermeidlichen physikalischen Schwankungen, insbesondere in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur, welche beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs sehr unterschiedliche Werte annehmen kann.
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Zu jedem Referenzzeitpuls speichert das Steuerungsmodul 30 den jeweiligen Zählerstand des Zählers 36 in dem Register 34 ab. Wenn der jeweils nächste Referenzzeitpuls ankommt, was vorliegend nach exakt 1 s passiert, so wird der jeweilige Zählerstand ausgelesen und von dem abgespeicherten Wert subtrahiert. Somit ist bekannt, wie weit der Zähler während einer Sekunde weitergezählt hat. Das Steuerungsmodul berechnet dann einen jeweiligen Korrekturfaktor als Quotient aus der Zeitdifferenz von 1 s zwischen zwei Referenzzeitpulsen geteilt durch die eben erwähnte Zählerdifferenz. Dadurch können die weiter oben erwähnten physikalischen Schwankungen des den Zähler treibenden Quarzes korrigiert werden.
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Wird eine Zeit mit einer Auflösung < 1 s benötigt, so wird zunächst eine Zwischenzeit berechnet. Diese ergibt sich als Differenz zwischen einem beim Ausgeben aktuellen Zählerstand und dem Zählerstand beim letzten empfangenen Referenzzeitpuls, welche mit dem Korrekturfaktor multipliziert wird. Hierdurch wird eine sehr genaue Zeit mit einer Auflösung von etwa 1 ms erhalten, welche unabhängig von Schwankungen des Quarzes aufgrund unterschiedlicher Temperaturen oder anderer physikalischer Einflüsse ist. Derartige Zeiten werden insbesondere für eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation verwendet, und zwar sowohl, um zu sendende Nachrichten mit einem Zeitstempel zu versehen, als auch um empfangene Nachrichten mit einer Zeit zu vergleichen und damit ihre Relevanz zu beurteilen.
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Allgemein sei erwähnt, dass beispielsweise zunächst GNSS-Signale bei GPS Time Stream (aktuelle Zeit) und Pulse per Second (beispielsweise Hardwaresignal) eingelesen werden können, welche in einer Frequenz von 1 s verfügbar sind. Anschließend können Korrekturfaktoren basierend auf GNSS-Signalen ermittelt werden. Die Korrekturfaktoren kompensieren dabei einen internen Hardware-Counter, welcher physikalisch und konstruktiv bedingt über die Zeit driftet. Eine Systemzeit kann dann aus dem fortlaufenden Counter bzw. Zähler und dem Korrekturfaktor berechnet werden.
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Insgesamt kann durch das Vorgehen wie hierin beschriebene eine wesentlich genauere Zeitreferenz zur Verfügung gestellt werden, als dies bei Verwendung der reinen 1PPS-Signale von Satelliten möglich wäre. Diese würden nämlich lediglich eine Zeitauflösung von 1 s (im Fall von GPS) ermöglichen. Auch die reine Verwendung eines Zählers würde nicht zum Ziel führen, da dieser zu starken Schwankungen unterliegt. Erst durch die hierin beschriebenen Vorgehensweisen wird die Genauigkeit erreicht, welche für Anwendungen wie eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation erforderlich ist.
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Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahrzeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C2I (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Erfindung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
