DE102020113977A1

DE102020113977A1 - System zur datenübertragung in einem kraftfahrzeug, ver-fahren und kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020113977A1
Application number: DE102020113977.2A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kellermann; Florian Brummer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-11-25
Also published as: CN115315928A; US20230139148A1; WO2021239298A1

Abstract

Beispiele betreffen ein System (10) zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug. Das System (10) umfasst ein zentrales Steuergerät (11), in dem zumindest ein LIN-Master (1 1a) ausgebildet ist, und zumindest ein lokales Steuergerät (12), das mit dem zentralen Steuergerät (11) mittels einer ersten Datenverbindung (13) gekoppelt ist. Das lokale Steuergerät (12) ist ferner mit einem dem LIN-Master (11a) zugeordneten LIN-Bus (14) gekoppelt, an dem zumindest ein LIN-Slave (15a) angeschlossen ist. Eine Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung (13) zwischen dem zentralen Steuergerät (11) und dem lokalen Steuergerät (12) ist dabei höher als eine Datenübertragungsgeschwindigkeit des LIN-Busses (14). Weitere Beispiele betreffen ein Verfahren (30) zum Ansteuern eines an einen LIN-Bus (14) angeschlossenen LIN-Slaves (15a) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele betreffen ein System zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug. Das System umfasst ein zentrales Steuergerät und zumindest ein lokales Steuergerät. Das System ist zur Ansteuerung von Geräten über einen LIN-Bus ausgebildet. Weitere Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Ansteuern eines an einen LIN-Bus angeschlossenen LIN-Slaves sowie ein Kraftfahrzeug, das ein entsprechendes System aufweist oder zum Ausführen des offenbarten Verfahrens ausgebildet ist.
Hintergrund
In Kraftfahrzeugen werden verschiedene Geräte des Kraftfahrzeugs über Datenverbindungen oder BUS-Systeme angesteuert. Bekannte Busse, die in Kraftfahrzeugen Anwendung finden, sind beispielsweise LIN (Local Interconnect Network)-Busse, CAN (Controller Area Network)-Busse oder FlexRay-Busse, darüber hinaus können auch diskrete Signale im Kabelbaum durch das gesamte Fahrzeug übertragen werden. Die Busse sind in der Regel funktional gestaltet, d.h. es hängen Steuergeräte zusammen an einem Bus, die gemeinsame Funktionen abbilden.
Ein LIN-System setzt sich aus einem Master (LIN-Master) und einem oder mehreren Slaves (LIN-Slaves) zusammen. Der Master ist z.B. als Mikrocontroller ausgebildet, der beispielsweise als Bridge das LIN an einen CAN-Bus anbinden kann. Auf dem LIN bestimmt der Master die (z.B. fest konfigurierte) zeitliche Reihenfolge aller Nachrichten, indem er ihren Anfang aussendet, den sogenannten Header. Ein oder mehrere LIN-Slaves sind somit mit dem LIN-Master über einen LIN-Bus seriell verbunden. Das Übertragungsprotokoll sieht das Senden der Header vom LIN-Master an die LIN-Slaves vor. Der dabei angesprochene LIN-Slave sendet in Reaktion auf den Header innerhalb eines vorgesehenen Zeit-Slots (z.B. in einem 5 ms oder 10 ms Takt auf dem LIN-Bus) eine Response zurück an den LIN-Master. Header und Response werden als ein Frame zusammengefasst, das innerhalb der Zeitdauer des vorgesehenen Zeit-Slots gesendet wird.
Bei Steuergeräten zum Ansteuern einer Mehrzahl von Geräten oder Slaves unterschiedlicher Funktionen wird in Kraftfahrzeugen bei Verwendung von LIN-Bussen eine größer werdende Anzahl an LIN-Bussen benötigt, die als Übertragungskabel in einem Kabelstrang oder Kabelbaum im Fahrzeug verlegt sind. Durch die vielen LIN-Busse kann ein Umfang oder Querschnitt des Kabelbaums groß sein, sodass es schwierig sein kann, den Kabelbaum im begrenzten Raum des Kraftfahrzeugs unterzubringen.
Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, verbesserte Konzepte für die Übertragung von Signalen zur Ansteuerung von Slaves in einem lokalen Netzwerk beispielsweise in einem Fahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in Verbindung mit den Figuren beschrieben.
Entsprechend wird ein System zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das System umfasst ein zentrales Steuergerät, in dem zumindest ein LIN-Master ausgebildet ist. Ferner ist zumindest ein lokales Steuergerät vorgesehen, das mit dem zentralen Steuergerät mittels einer ersten Datenverbindung gekoppelt ist.
Das lokale Steuergerät ist ferner mit einem dem LIN-Master zugeordneten LIN-Bus gekoppelt, an dem zumindest ein LIN-Slave angeschlossen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere LIN-Slaves an dem LIN-Bus angeschlossen sind und mittels jeweils zugeordneter LIN-Master, die im zentralen Steuergerät angeordnet sind, gesteuert werden können. Dabei ist vorgesehen, dass eine Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung zwischen dem zentralen Steuergerät und dem lokalen Steuergerät höher ist als eine Datenübertragungsgeschwindigkeit des LIN-Busses. Eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit kann ermöglichen, eine gleiche Datenmenge in einer kürzeren Zeitdauer über die erste Datenverbindung zu übertragen als über den LIN-Bus.
Durch die höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung im Gegensatz zum LIN-Bus kann ermöglicht werden, eine Header-Information (z.B. zum Senden als Header über den LIN-Bus) und eine Response-Information (die z.B. als Response über den LIN-Bus gesendet wurde) schneller zwischen zentralem Steuergerät und lokalem Steuergerät auszutauschen. Beispielsweise können auf diese Weise mehrere Header-Informationen während eines vordefinierten Zeit-Slots des einen LIN-Busses über die erste Datenverbindung gesendet werden. Dies kann von Vorteil sein, wenn an das lokale Steuergerät mehrere LIN-Busse angeschlossen sind, die von jeweiligen LIN-Mastern des zentralen Steuergeräts angesteuert werden.
Das vorgeschlagene System ermöglicht es beispielsweise, eine Information des LIN-Masters, die über den LIN-Bus übertragen werden sollen, zunächst über eine schnellere Verbindung zum lokalen Steuergerät zu senden, von wo die Information weiter auf den langsameren LIN-Bus weitergeleitet wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen ist somit vorgesehen, den LIN-Master nicht direkt im lokalen Steuergerät, sondern in einem zentralen, separaten Steuergerät anzuordnen.
Durch die Verwendung der schnelleren ersten Datenverbindung kann im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen zwischen dem zentralen Steuergerät und dem lokalen Steuergerät beispielsweise auf eine Vielzahl von Übertragungskabeln einer Vielzahl von LIN-Bussen verzichtet werden, da Header-Informationen und Response-Informationen mehrerer LIN-Busse z.B. über ein gemeinsames Übertragungskabel der ersten Datenverbindung übertragen werden können. Dies kann z.B. erfolgen, ohne dabei eine Zeitverzögerung beim Ansteuern der jeweiligen Geräte an den verschiedenen LIN-Bussen zu verursachen. Beispielsweise kann durch die Verwendung der ersten Datenverbindung ein Kabelbaum zwischen zentralem Steuergerät und lokalem Steuergerät vorteilhaft verkleinert werden (z.B. geringerer Durchmesser oder geringere Querschnittsfläche des Kabelbaums).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der LIN-Master und/oder der LIN-Slave auf dafür eingesetzten Mikrocontrollern hardwareunterstützt ausgebildet ist. Im Allgemeinen lassen sich Funktionen auf Mikrocontrollern mittels Software oder unter Verwendung von vorgegebenen Hardwareblöcken umsetzen. Softwarelösungen können den Vorteil haben, dass sie flexibler geändert werden oder mehrere Funktionen ausführen können, wobei im Gegensatz dazu die einmal ausgeführten physischen Hardwareblöcke nur für die jeweils vorgesehene Funktion genutzt werden können. Dafür kann bei hardwareunterstützter Ausführung z.B. eine benötigte Ausführungsdauer genauer eingehalten werden (z.B. eine Prozessdauer besser geplant werden), da z.B. keine anderweitigen Prozesse eine Ausführung (wie z.B. bei Softwarelösungen) verzögern können.
Bei der Übertragung von LIN-Informationen (z.B. Frame; z.B. Header und Response) ist gemäß dem LIN Übertragungsstandard jeweils eine Toleranzzeit vorgesehen. Dabei kann eine tatsächlich benötigte Übertragungszeit (z.B. maximale Header-Übertragungsdauer) bis zu 40% größer einer nominalen Übertragungsdauer sein. Bei der vorgesehenen Verwendung von festen Zeit-Slots (z.B. 5 ms oder 10 ms Slots) bei der Übertragung über den LIN-Bus entsteht somit in einem Zeit-Slot eines Frames ein freies Zeitfenster, wenn die vorgehaltene Toleranzzeit durch wirksame Übertragungsmechanismen nicht benötigt wird. Bei der Verwendung von hardwareunterstützten Mikrocontrollern zur Ausführung von LIN-Master und/oder LIN-Slave kann erreicht werden, dass die nominalen Übertragungszeiten eingehalten werden oder zumindest nicht die gesamte vorgehaltene Toleranzzeit benötigt wird. Die nicht benötigte Toleranzzeit (z.B. das Zeitfenster) im Zeit-Slot des LIN-Busses kann somit anderweitig ausgenutzt werden.
Durch die hardwareunterstützten Mikrocontroller kann mit höherer Sicherheit erreicht werden, dass das vorgesehene Zeitfenster (Toleranzzeit) auf dem LIN-Bus nicht benötigt wird. In diesem Zeitfenster kann vorteilhafterweise eine Übertragung von Header-Information und/oder Response-Information vom oder an den LIN-Master über die erste Datenverbindung erfolgen, z.B. ohne dass der vorgesehene Takt auf dem LIN-Bus verzögert wird. Bei Umsetzung der LIN-Funktion auf einem modernen Mikrocontroller mit einer LIN-Stack Hardware Unterstützung werden z.B. die 40% Vorhalt oder der Toleranzzeitraum im Timing nicht benötigt oder nicht komplett benötigt. Diese Zeit kann z.B. zum Tunneln (z.B. von Header-Information und Response-Information über die erste Datenverbindung) verwendet werden. Das verfügbare, freie Zeitfenster hat z.B. eine Länge der Slot-Zeitdauer (d.h. nominale Übertragungszeit von Header und Response multipliziert mit Faktor 140%) minus der nominalen Übertragungszeit von Header und Response (z.B. maximale Toleranzzeit). Für das Übertragen der Header-Information und/oder Response-Information vom oder an den LIN-Master über die erste Datenverbindung kann jedoch z.B. abhängig von der Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung auch ein kürzeres Zeitfenster genügen (z.B. kürzer als die maximale Toleranzzeit).
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung hardwareunterstützter Mikrocontroller kann die Verfügbarkeit des freien Zeitfensters z.B. auch unter Verwendung von Softwarelösungen auf leistungsstarken Recheneinheiten oder exklusive für die Softwarelösung bereitgestellten Recheneinheiten besser gewährleistet werden.
Zum Beispiel kann unter Verwendung des vorgeschlagenen Systems ermöglicht werden, innerhalb des vorgesehenen Zeit-Slots des LIN-Busses auch Informationen über die erste Datenverbindung zu übertragen (z.B. vom oder an den LIN-Master, der dem LIN-Bus zugeordnet ist). Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das System ausgebildet ist, innerhalb einer Zeitdauer eines vordefinierten nominalen Zeit-Slots zur Datenübertragung eines Frames (d.h. über den LIN-Bus übertragenen Header und Response) über den LIN-Bus sowohl das Frame über den LIN-Bus als auch eine zu dem Frame korrespondierende Header-Information und Response-Information über die erste Datenverbindung zu übertragen.
Mit anderen Worten kann die nicht benötigte Toleranzzeit, die der LIN-Übertragungsstandard definiert, zum Übertragen (z.B. Tunneln) der Header-Information und/oder Response-Information über die erste Datenverbindung (die z.B. als Backbone-Bus bezeichnet werden kann) verwendet werden. Dies kann ermöglichen, dass eine jeweilige Header-Information und/oder Response-Information während der Zeitdauer des Zeitslots auf dem LIN-Bus auch vom oder zu dem im zentralen Steuergerät angeordneten LIN-Master übertragen werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das zentrale Steuergerät eine Mehrzahl an LIN-Mastern umfasst und das lokale Steuergerät mit einer Mehrzahl an LIN-Bussen gekoppelt ist. Wie bereits zuvor erwähnt, kann durch die schnellere erste Datenverbindung und/oder das Nutzen des freien Zeitfensters im Zeit-Slot z.B. erreicht werden, dass die Datenübertragung von Header-Information und/oder Response-Information zwischen den LIN-Mastern des zentralen Steuergerätes und den jeweiligen LIN-Bussen über die gemeinsame erste Datenverbindung erfolgen kann, sodass z.B. ein Kabelbedarf des Systems reduziert werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das System ferner zumindest ein zweites lokales Steuergerät umfasst, das mit dem zentralen Steuergerät ebenso wie das zuvor beschriebene (z.B. erste) lokale Steuergerät auch mittels der ersten Datenverbindung gekoppelt ist. Beispielsweise kann eine dezentralere Aufteilung der lokalen Steuergeräte eine bessere Kabelführung ermöglichen (z.B. kann eine kürzere benötigte Gesamtlänge an LIN-Bus-Kabeln erreicht werden).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung zumindest dem 10-fachen (oder dem 20-fachen oder dem 50-fachen) der Datenübertragungsgeschwindigkeit des LIN-Busses entspricht. Durch eine derart schnellere Übertragungsgeschwindigkeit über die erste Datenverbindung kann z.B. ermöglicht werden, eine höhere Anzahl LIN-Bussen mittels LIN-Mastern, die im zentralen Steuergerät angeordnet sind, zu betreiben. Beispielsweise kann auch ermöglicht werden, weitere Informationen (z.B. zusätzliche und oder von Header-Informationen und Response-Informationen verschiedene Informationen) über die erste Datenverbindung zu übertragen, z.B. ohne dass es zu Kollisionen oder Verzögerungen bei der Übertragung über die erste Datenverbindung kommt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die erste Datenverbindung gemäß einem Ethernet-Standard, einem CAN-Standard, einem FlexRay-Standard, einem funkbasierten Übertragungsstandard (z.B. WLAN oder Bluetooth) oder einem Heimnetz-Standard (z.B. HomeGrid - G.hn) ausgebildet ist. Die Verwendung dieser Standards kann eine benötigte Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung ermöglichen.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines an einen LIN-Bus angeschlossenen LIN-Slaves. Das Verfahren kann z.B. unter Verwendung eines zuvor oder nachfolgend beschriebenen Systems ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst ein Senden einer Header-Information von einem LIN-Master eines zentralen Steuergerätes an ein lokales Steuergerät über eine erste Datenverbindung zwischen zentralem Steuergerät und lokalem Steuergerät. Dabei weist die erste Datenverbindung eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit auf als der LIN-Bus. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen der Header-Information an dem lokalen Steuergerät und ein Senden der Header-Information an den LIN-Slave über den mit dem lokalen Steuergerät verbundenen LIN-Bus.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner ein Empfangen einer zur Header-Information korrespondierenden Response-Information des LIN-Slaves am lokalen Steuergerät und ein Senden der Response-Information vom lokalen Steuergerät an den LIN-Master des zentralen Steuergerätes über die erste Datenverbindung umfasst.
Verfahrensgemäß kann somit z.B. vorteilhafterweise ein LIN-Slave, der über einen LIN-Bus mit einem lokalen Steuergerät verbunden ist mittels eines LIN-Masters, der in einem zentralen Steuergerät angeordnet ist, angesteuert werden. Durch die Verwendung der schnelleren ersten Datenverbindung können zum Beispiel schneller Header-Informationen und/oder Response-Informationen übertragen werden, sodass die erste Datenverbindung gemeinsam für die Ansteuerung mehrerer LIN-Busse verwendet werden kann. Somit kann z.B. ein für das Ansteuern von Geräten an LIN-Bussen benötigter Kabelbedarf insgesamt reduziert werden.
Beispielsweise kann für das Übertragen der Header-Information und der Response-Information über den LIN-Bus (z.B. LIN Frame) ein vorbestimmter Zeit-Slot verwendet werden (z.B. ein gemäß der LIN-Übertragung vorgesehener 5 ms oder 10 ms Slot). Ferner ist vorgesehen, dass innerhalb eines im Zeit-Slot vorgehaltenen Zeitfensters die Response-Information und/oder eine weitere Header-Information über die erste Datenverbindung gesendet werden. Die Verfügbarkeit des Zeitfensters kann dadurch ermöglicht werden, dass eine im Zeit-Slot gemäß dem LIN-Standard vorgehaltene Toleranzzeit nicht für die Übertragung auf dem LIN-Bus benötigt wird. Dies kann z.B. wie bereits beschrieben durch Verwendung von hardwarebasierten Mikrocontrollern bei der Ausführung von LIN-Master und/oder LIN-Slave erreicht werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zu Beginn des Zeit-Slots der Header auf dem LIN-Bus übertragen wird. Das freie Zeitfenster kann daher am Ende des Zeit-Slots bereitgestellt werden. Vor dem zeitlichen Erreichen des Zeitfensters innerhalb des Zeit-Slots kann über den LIN-Bus die Response am lokalen Steuergerät empfangen werden, sodass im freien Zeitfenster eine korrespondierende Response-Information über die erste Datenverbindung an den LIN-Master gesendet werden kann. Damit in einem darauffolgenden Zeit-Slot ein entsprechend nächster Header über den LIN-Bus gesendet werden kann, wird z.B. innerhalb des Zeitfensters auch die Header-Information für den darauffolgenden Zeit-Slot über die erste Datenverbindung an das lokale Steuergerät gesendet (s. dazu auch das Beispiel in Kombination mit 5). Insgesamt kann somit die Header-Information und die Response-Information eines Frames (z.B. LIN-Bus Frame) über die erste Datenverbindung innerhalb einer vorgesehenen Zeitdauer des Zeit-Slots (z.B. verschoben zum tatsächlichen Zeit-Slot auf dem LIN-Bus) vom LIN-Master gesendet und wieder am LIN-Master empfangen werden. Dadurch kann auch bei Verwendung der ersten Datenverbindung eine Zeitverzögerung beim Ansteuern der LIN-Slaves vermieden werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das vorgehaltene Zeitfenster eine Zeitdauer von zumindest 0,2 ms (oder von zumindest 0,5 ms, von zumindest 1 ms, von zumindest 1,5 ms oder von zumindest 2 ms) und/oder von höchstens 5 ms (oder von höchstens 4 ms oder von höchstens 3,5 ms) aufweist. Innerhalb dieser Zeit kann z.B. die Header-Information und/oder die Response-Information über die erste Datenverbindung zwischen zentralem Steuergerät und lokalem Steuergerät übermittelt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner ein Senden einer zweiten Header-Information von einem zweiten LIN-Master des zentralen Steuergerätes über die erste Datenverbindung umfasst. Dabei erfolgt das Senden der zwei Header-Informationen zeitversetzt mit einem Zeit-Offset, der abhängig von einer Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung gewählt wird.
Die erste Header-Information wird an einen LIN-Slave an einem ersten LIN-Bus gesendet und die zweite, zeitversetzte Header-Information wird an einen LIN-Slave an einem zweiten LIN-Bus (z.B. gekoppelt an das gleiche oder an ein anderes lokales Steuergerät) gesendet. Dadurch, dass die Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung größer ist, als die der LIN-Busse können beide Header-Information auf der gemeinsamen Datenleitung übertragen werden. Durch das Verwenden des Zeit-Offsets kann eine Kollision von Header-Informationen auf der ersten Datenverbindung vermieden werden.
Beispielsweise kann zwischen dem Übertragen zweier Header-Information über die erste Datenverbindung ein Zeit-Offset einer Dauer von zumindest 20 µs (oder zumindest 50 µs oder zumindest 100 µs) gewählt werden. Beispielsweise kann ein Zeit-Offset auch derart gewählt werden, dass ein Übertragen der jeweiligen Response-Informationen zurück an die jeweiligen LIN-Master über die erste Datenverbindung ohne Kollision mit nachfolgenden Header-Informationen auf der ersten Datenverbindung erfolgen kann. Dadurch können z.B. Latenzzeiten auf Grund von Kollisionen vermieden werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Header-Information beim Senden über die erste Datenverbindung in ein Datenpaket eines Standards der ersten Datenverbindung eingebettet wird. Die erste Datenverbindung kann z.B. ein CAN-Bus sein und die Header-Information kann in ein CAN-Frame eingebettet werden. Entsprechend kann auch die Response-Information in ein jeweiliges Datenpaket des verwendeten Standards eingebettet werden. Vorteilhafterweise kann bei variabler Länge von Datenpaketen beim Übertragen über die erste Datenverbindung eine möglichst kleine Framegröße gewählt werden, in der die Header-Information und/oder Response-Information übertragen werden kann (z.B. kleinste verfügbare Framegröße des Standards der ersten Datenverbindung).
Beispielsweise kann als erste Datenverbindung eine Ethernet-Verbindung genutzt werden und die Header-Information und/oder die Response-Information beim Übertragen über die Ethernet-Verbindung in ein 64 Byte-Ethernet-Frame eingebettet werden. Der Vorteil kann sein, dass die Header-Information und Response-Information (z.B. im Falle, dass der Master selbst Daten versendet) jeweils komplett in einem 64 Byte-Ethernet-Frame übertragen werden kann und eine Übertragungszeit über die erste Datenverbindung sehr gering sein kann. Beispielsweise kann eine Ethernet-Verbindung mit maximal 10 Mbit/s verwendet werden, da dies eine genügend schnelle Datenübertragung ermöglichen und/oder eine ökonomischere Auslegung der ersten Datenverbindung ermöglichen kann.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem zuvor oder im nachfolgenden beschriebenen System. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass ein Übertragungskabel der ersten Datenverbindung und/oder des LIN-Busses durch eine Fahrzeugsäule des Kraftfahrzeugs geführt ist. Beispielsweise kann das Übertragungskabel der ersten Datenverbindung (z.B. CAN-Bus oder Ethernet-Kabel) durch die Fahrzeugsäule geführt sein, sodass auf eine Vielzahl von LIN-Bus-Kabeln in der Fahrzeugsäule verzichtet werden kann. Beispielsweise kann das System ermöglichen, dass nicht alle LIN-Bus-Kabel des Systems durch die Fahrzeugsäule geführt werden müssen, sondern die Anzahl der LIN-Bus-Kabel in der Fahrzeugsäule begrenzt werden kann. Dies kann vorteilhafterweise z.B. zu einer leichteren Durchführung des Kabelbaums durch die Fahrzeugsäule führen.
Alternativ kann das vorgeschlagene System z.B. auch in anderen Fahrzeugen (z.B. Luft- oder Wasserfahrzeuge), sowie generell in lokalen Netzwerken eingesetzt werden (z.B. in Smart-Home Geräten oder Heimnetzwerken, wie sie etwa durch den HomeGrid-Standard definiert sind).
Ein Aspekt betrifft ein System zur Datenübertragung. Das System umfasst ein zentrales Steuergerät, in dem zumindest ein Master eines Busses (z.B. seriellen Busses) ausgebildet ist. Ferner ist zumindest ein lokales Steuergerät vorgesehen, das mit dem zentralen Steuergerät mittels einer ersten Datenverbindung gekoppelt ist. Das lokale Steuergerät ist ferner mit einem dem Master des Busses zugeordneten Bus gekoppelt, an dem zumindest ein Slave des Busses angeschlossen ist. Dabei ist vorgesehen, dass eine Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung zwischen dem zentralen Steuergerät und dem lokalen Steuergerät höher ist als eine Datenübertragungsgeschwindigkeit des Busses. Der Bus kann z.B. ein LIN-Bus, ein CAN-Bus oder ein FlexRay-Bus sein. Die erste Datenverbindung kann z.B. eine Ethernet-Verbindung sein.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend oder nachstehend (z.B. 1-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Beispiel eines Systems mit einem zentralen Steuergerät und einem lokalen Steuergerät;
2 ein schematisches Beispiel eines Systems mit zwei lokalen Steuergeräten;
3 ein Beispiel eines herkömmlichen Systems mit LIN-Bussen;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern eines LIN-Slaves;
5 ein Beispiel einer Übertragung einer Header-Information und Response-Information über eine erste Datenverbindung und einen LIN-Bus; und
6 ein Beispiel einer Übertragung mehrerer Frames über die erste Datenverbindung an eine Mehrzahl von LIN-Bussen unter Verwendung eines Zeit-Offsets.

Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein. Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen.
Ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst.
1 zeigt ein schematisches Beispiel eines Systems 10 mit einem zentralen Steuergerät 11 und einem lokalen Steuergerät 12. Das zentrale Steuergerät 11 und das lokale Steuergerät 12 sind mittels einer ersten Datenverbindung 13 verbunden. An das lokale Steuergerät 12 ist ferner zumindest ein Bus, insbesondere ein LIN-Bus 14 mit zumindest einem Slave, insbesondere LIN-Slave 15a gekoppelt. Der LIN-Bus 14 sowie der LIN-Slave 15a sind einem Master, insbesondere LIN-Master 11a zugeordnet, der im zentralen Steuergerät 11 angeordnet ist. Das System 10 kann z.B. in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Durch das Bereitstellen der ersten Datenverbindung 13 mit einer höheren Datenübertragungsgeschwindigkeit als der LIN-Bus kann zum Beispiel ermöglicht werden, weitere LIN-Busse am lokalen Steuergerät 12 anzuschließen, ohne dass deren Übertragungskabel jeweils einzeln zum zentralen Steuergerät 11 mit den zugehörigen LIN-Mastern geführt werden müssten. Dadurch kann das System 10 ermöglichen, einen Kabelbedarf bei Verwendung mehrerer LIN-Busse zu reduzieren.
Beispielsweise kann die erste Datenverbindung 13 als zentrale Datenverbindung (z.B. zentraler Bus oder Backbone-Bus) genutzt werden, um Header-Informationen und Response-Informationen vom jeweiligen LIN-Bus zu den zugehörigen LIN-Mastern im zentralen Steuergerät 11 zu Tunneln.
Alternativ kann statt dem LIN-Bus auch ein anderes Bus-System bereitgestellt sein, dass eine geringere Datenübertragungsgeschwindigkeit als die erste Datenverbindung 13 aufweist.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend oder nachstehend (z.B. 2-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
2 zeigt ein schematisches Beispiel eines Systems 10 mit zwei lokalen Steuergeräten 12, 12b. Dabei sind mehrere LIN-Master 11a, 11b, 11n im zentralen Steuergerät 11 angeordnet. Drei LIN-Master (u.a. LIN-Master 11a, 11b) können verwendet werden, um am ersten lokalen Steuergerät 12 angeschlossene LIN-Busse 14, 14b, 14c anzusteuern. Weitere LIN-Master (u.a. LIN-Master 11n) können verwendet werden, um am zweiten lokalen Steuergerät 12b angeschlossene LIN-Busse 14d, 14n anzusteuern.
Beispielsweise können die zwei lokalen Steuergeräte 12, 12b an unterschiedlichen Positionen angeordnet werden, die jeweils näher an den LIN-Bussen zugeordneten LIN-Slaves liegen. Dadurch kann eine benötigte Kabellänge für die LIN-Busse 14,14b, 14c, 14d, 14n insgesamt weiter reduziert werden, da die beiden lokale Steuergeräte 12, 12b die erste Datenverbindung 13 gemeinsam nutzen können. Zum Beispiel können in ähnlicher Weise weitere lokale Steuergeräte mit der ersten Datenverbindung 13 gekoppelt sein.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1) oder nachstehend (z.B. 3-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
3 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Systems mit mehreren LIN-Bussen 140, 140b, 140n gemäß Stand der Technik. Die LIN-Busse 140, 140b, 140n sind alle direkt mit dem Steuergerät 110 verbunden, in dem jeweilige, den Bussen zugeordnete LIN-Master 110a, 110b, 110n angeordnet sind. Im Gegensatz zum vorgeschlagenen System 10 erhöht sich dadurch der Bedarf an Übertragungskabeln mit jedem zusätzlichen LIN-Bus, da kein gemeinsames Übertragungskabel für mehrere LIN-Busse verwendet werden kann.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 30 zum Ansteuern eines LIN-Slaves. Das Verfahren 30 umfasst ein Senden 31 einer Header-Information von einem LIN-Master eines zentralen Steuergerätes an ein lokales Steuergerät über eine erste Datenverbindung zwischen zentralem Steuergerät und lokalem Steuergerät. Dabei wird die erste Datenverbindung mit einer im Vergleich mit dem LIN-Bus höheren Datenübertragungsgeschwindigkeit verwendet. Das Verfahren 30 umfasst ferner ein Empfangen 32 der Header-Information an dem lokalen Steuergerät und ein Senden 33 der Header-Information an den LIN-Slave über den mit dem lokalen Steuergerät verbundenen LIN-Bus.
Durch das Verfahren 30 kann ermöglicht werden, Header-Informationen für mehrere LIN-Busse über einen gemeinsam verwendeten Datenkanal, die erste Datenverbindung, zu übertragen. Dadurch kann z.B. ein benötigter Kabelbedarf reduziert werden.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-3) oder nachstehend (z.B. 5-6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
5 zeigt ein Beispiel einer Übertragung einer Header-Information H und Response-Information R über eine erste Datenverbindung 13 (z.B. ein CAN-Bus; s. obere Hälfte der 5) und einen LIN-Bus 14. Ein Zeit-Slot 50 wird verwendet, um über den LIN-Bus 14 (s. untere Hälfte der 5) ein Frame umfassend einen Header (Header-Information H) und eine Response oder Slave-Response (Response-Information R) zu übertragen. Die dargestellte Länge des Zeit-Slots 50 ist rein beispielhaft und kann z.B. statt der dargestellten 10 ms auch 5 ms oder andere Zeitdauern betragen.
Wie zu erkennen ist, genügt zum Übertragen der Header-Information H und Response-Information R über den LIN-Bus 14 ein erster Teil des Zeit-Slots 50, sodass ein freies Zeitfenster 51 bis zum Beginn eines nächsten Zeit-Slots entsteht oder genutzt werden kann. Beispielsweise beträgt die Dauer des Zeitfensters etwa 33% der Dauer des Zeit-Slots 50 (z.B. höchstens 40% und/oder zumindest 20% der Dauer des Zeit-Slots 50). Das freie Zeitfenster 51 kann bereitgestellt werden, wenn die im LIN Übertragungsstandard definierten Toleranzzeiten nicht für das Übertragen des LIN-Frames benötigt werden.
Das freie Zeitfenster 51, in dem keine Informationsübertragung über den LIN-Bus 14 erfolgt, kann genutzt werden, um die Response-Information R über die erste Datenverbindung 13 zurück zum LIN-Master im zentralen Steuergerät zu übertragen (z.B. Tunneln der Response-Information R). Ferner kann eine weitere Header-Information H_n+1 für das Übertragen eines Headers über den LIN-Bus 14 im nächsten Zeit-Slot vom LIN-Master an das lokale Steuergerät über die erste Datenverbindung 13 übertragen werden. Die Header-Information R zum dargestellten LIN-Frame des Zeit-Slots 50 wurde entsprechend in einem freien Zeitfenster des vorigen Zeit-Slots übertragen (s. Header-Information H auf der ersten Datenverbindung 13 zeitlich vor Beginn des Zeit-Slots 50). Die Zeitdauer von Beginn des Sendens der Header-Information H über die erste Datenverbindung 13 bis zum Ende des Empfangens der zugehörigen Response-Information R über die erste Datenverbindung 13 kann somit in einer Zeitdauer erfolgen, die geringer ist, als die Zeitdauer des Zeit-Slots 50.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-4) oder nachstehend (z.B. 6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
6 zeigt ein Beispiel einer Übertragung mehrerer Frames f₁ , f₂ , f₃ über die erste Datenverbindung 13 an eine Mehrzahl von LIN-Bussen 14, 14b, 14c unter Verwendung eines Zeit-Offsets toff. Der Zeit-Offset toff kann z.B. die Zeitdauer zwischen dem Beginn der ersten Header-Information H und dem Beginn der nächsten Header-Information H₂ beschreiben. Beispielsweise kann das Übertragen einer Header-Information über die erste Datenverbindung 13 zwischen 50 und 60 µs dauern und der Zeit-Offset t_off 100 µs betragen. Beispielsweise kann der Zeit-Offset toff eine Zeitdauer zwischen Ende des Übertragens der Header-Information H und Beginn des Übertragens der Header-Information H₂ definieren und z.B. mehr als 10 µs und/oder weniger als 50 µs betragen.
Die Header-Informationen H, H₂ , H₃ werden von verschiedenen LIN-Mastern nacheinander über die erste Datenverbindung 13 an die verschiedenen, den LIN-Mastern je zugeordneten LIN-Busse 14, 14b, 14c gesendet. Wie zu erkennen ist, benötigt die langsamere Datenübertragung der Frames f₁ , f₂ , f₃ über die LIN-Busse 14, 14b, 14c länger als die Datenübertragung von Header-Information und Response-Information über die erste Datenverbindung 13. Daher können nach dem Senden der ersten Header-Information H von einem ersten LIN-Master über die erste Datenverbindung 13 weitere Header-Informationen H₂ , H₃ , etc. von weiteren LIN-Mastern gesendet werden, z.B. solange das Frame f₁ über den LIN-Bus 14 übertragen wird. Beispielsweise kann eine maximal mögliche Anzahl von Header-Informationen H, H₂ , H₃ , etc. die über die gemeinsame Datenverbindung 13 gesendet werden können von der Datenübertragungsgeschwindigkeit und/oder der Länge des Zeit-Offsets toff und/oder von der Dauer des Frames f₁ abhängen. Beispielsweise kann der Zeit-Offsets toff derart gewählt sein, das zwischen dem Senden von zwei aufeinanderfolgenden Header-Informationen je eine Response-Information über die erste Datenverbindung 13 übertragen werden kann, um z.B. eine dauerhaft abwechselnde Übertragung von Header-Information und Response-Information über die erste Datenverbindung 13 zu erreichen.
Die Synchronisation der LIN-Master mit Offset toff kann z.B. ein kollisionsfreies Scheduling auf dem Backbone Bus (z.B. erste Datenverbindung 13) ermöglichen. Beispielsweise werden die Zeit-Slots der LIN-Busse 14, 14b, 14c jeweils um den Zeit-Offset versetzt angeordnet. Die Verwendung der Synchronisation bzw. des Zeit-Offsets kann ermöglichen, dass die mehreren LIN-Master nachfolgend weitere Header nachfolgender LIN-Frames für die zugeordneten LIN-Busse 14, 14b, 14c über die erste Datenverbindung 13 senden können, ohne Kollisionen auf der ersten Datenverbindung 13 zu erzeugen.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder mit einem oder mehreren vorstehend (z.B. 1-5) oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
Beispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Tunneln eines LIN-Busses 14 über einen Backbone-Bus (z.B. die erste Datenverbindung 13, z.B. ein CAN-Bus oder eine Ethernet-Verbindung). Um den Kabelbaum eines z.B. schlanker und billiger und/oder besser automatisch fertigen zu können, werden ein oder mehrere Backbone-Busse (z.B. erste Datenverbindung) eingeführt über die Busse wie z.B. LIN, CAN, FlexRay und auch diskrete Signale getunnelt werden können.
Dabei können insbesondere in der LIN-Spezifikation vorhandene Toleranzen ausgenutzt werden. Diese Toleranzen (z.B. freies Zeitfenster 51) werden bei modernen, verfügbaren Mikrocontrollern (µCs) mit Hardware LIN-Logik (z.B. hardwareunterstützt) z.B. nicht mehr auf dem LIN-Bus benötigt. Es kann eine Synchronisation mit Zeitoffset der LIN-Master derjenigen LIN-Busse, die gemeinsam getunnelt werden sollen, erfolgen. Beispielsweise wird für das Tunneln von LIN-Bussen ein Zeitpuffer bereitgestellt (z.B. das Zeitfenster 51). Im Falle, dass mehrere LIN Busse auf demselben Backbone-Bus getunnelt werden, können mittels vorgeschlagener Konzepte Kollisionen vermieden werden. Beispielsweise können mehrere LIN Busse von einem zentralen Steuergerät zu einem Hecksteuergerät und/oder Dachsteuergerät geführt werden.

Claims

System (10) zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug, das System (10) umfassend: ein zentrales Steuergerät (11), in dem zumindest ein LIN-Master (11a) ausgebildet ist, und zumindest ein lokales Steuergerät (12), das mit dem zentralen Steuergerät (11) mittels einer ersten Datenverbindung (13) gekoppelt ist, wobei das lokale Steuergerät (12) ferner mit einem dem LIN-Master (11a) zugeordneten LIN-Bus (14) gekoppelt ist, an dem zumindest ein LIN-Slave (15a) angeschlossen ist, und wobei eine Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung (13) zwischen dem zentralen Steuergerät (11) und dem lokalen Steuergerät (12) höher ist als eine Datenübertragungsgeschwindigkeit des LIN-Busses (14).
System (10) gemäß Anspruch 1, wobei der LIN-Master (11a) und/oder der LIN-Slave (15a) auf dafür eingesetzten Mikrocontrollern hardwareunterstützt ausgebildet ist.
System (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das System (10) ausgebildet ist, innerhalb einer Zeitdauer eines vordefinierten nominalen Zeit-Slots (50) zur Datenübertragung eines Frames (f₁, f₂) über den LIN-Bus (14) sowohl das Frame (f₁, f₂) über den LIN-Bus (14) als auch eine zu dem Frame (f₁, f₂) korrespondierende Header-Information (H₁, H₂) und Response-Information (R₁, R₂) über die erste Datenverbindung (13) zu übertragen.
System (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein zweites lokales Steuergerät (12), das mit dem zentralen Steuergerät (11) mittels der ersten Datenverbindung (13) gekoppelt ist.
System (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zentrale Steuergerät (11) eine Mehrzahl an LIN-Mastern (11a, 11b) umfasst und das lokale Steuergerät (12) mit einer Mehrzahl an LIN-Bussen (14, 14b) gekoppelt ist.
System (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung (13) zumindest um den Faktor 10 größer ist als die Datenübertragungsgeschwindigkeit des LIN-Busses (14).
System (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Datenverbindung (13) gemäß einem Ethernet-Standard, einem CAN-Standard, einem FlexRay-Standard, einem funkbasierten Übertragungsstandard oder einem Heimnetz-Standard ausgebildet ist.
Verfahren (30) zum Ansteuern eines an einen LIN-Bus (14) angeschlossenen LIN-Slaves (15a), das Verfahren umfassend: Senden (31) einer Header-Information (H) von einem LIN-Master (11a) eines zentralen Steuergerätes (11) an ein lokales Steuergerät (12) über eine erste Datenverbindung (13) zwischen zentralem Steuergerät (11) und lokalem Steuergerät (12), wobei die erste Datenverbindung (13) eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit aufweist als der LIN-Bus (14); Empfangen (32) der Header-Information (H) an dem lokalen Steuergerät (12); und Senden (33) der Header-Information (H) an den LIN-Slave (15a) über den mit dem lokalen Steuergerät (12) verbundenen LIN-Bus (14).
Verfahren (30) gemäß Anspruch 8 ferner umfassend: Empfangen einer zur Header-Information (H) korrespondierenden Response-Information (R) des LIN-Slaves (15a) am lokalen Steuergerät (12); und Senden der Response-Information (R) vom lokalen Steuergerät (12) an den LIN-Master (11a) des zentralen Steuergerätes (11) über die erste Datenverbindung (13), wobei für das Übertragen der Header-Information (H) und der Response-Information (R) über den LIN-Bus (14) ein vorbestimmter Zeit-Slot (50) verwendet wird, wobei innerhalb eines im Zeit-Slot (50) vorgehaltenen Zeitfensters (51) die Response-Information (R) und/oder eine weitere Header-Information (H_n+1) über die erste Datenverbindung (13) gesendet werden.
Verfahren (30) gemäß Anspruch 9, wobei das vorgehaltene Zeitfenster (51) eine Zeitdauer von zumindest 0,5 ms aufweist.
Verfahren (30) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend: Senden einer zweiten Header-Information (H₂) von einem zweiten LIN-Master (11a) des zentralen Steuergerätes (11) über die erste Datenverbindung (13), wobei das Senden der zwei Header-Informationen (H₂) zeitversetzt mit einem Zeit-Offset (toff) erfolgt, der abhängig von einer Datenübertragungsgeschwindigkeit der ersten Datenverbindung (13) gewählt wird.
Verfahren (30) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Header-Information (H) beim Senden über die erste Datenverbindung (13) in ein Datenpaket eines Standards der ersten Datenverbindung (13) eingebettet wird.
Verfahren (30) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei als erste Datenverbindung (13) eine Ethernet-Verbindung genutzt wird und die Header-Information (H) und/oder die Response-Information (R) beim Übertragen über die Ethernet-Verbindung in ein 64 Byte-Ethernet-Frame eingebettet wird.
Kraftfahrzeug mit einem System (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Übertragungskabel der ersten Datenverbindung (13) und/oder des LIN-Busses (14) durch eine Fahrzeugsäule des Kraftfahrzeugs geführt ist.