DE102021200299A1

DE102021200299A1 - Steuergerät für ein Kraftfahrzeug oder eine Verkehrsinfrastrukturkomponente und Rechnernetz mit einem solchen Steuergerät

Info

Publication number: DE102021200299A1
Application number: DE102021200299.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Leo Ross; Lucas Heil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-07-14

Abstract

Steuergerät (10) für ein Kraftfahrzeug oder eine Verkehrsinfrastrukturkomponente, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- das Steuergerät (10) enthält einen Mikroprozessor (11) und- der Mikroprozessor (11) ist dazu eingerichtet, das Steuergerät (10) per Lichtwellenleiter (12) unmittelbar mit mindestens einem Bussystem (13, 14) des Kraftfahrzeuges oder der Verkehrsinfrastrukturkomponente zu verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug oder eine Verkehrsinfrastrukturkomponente. Die vorliegende Erfindung ferner ein entsprechendes Rechnernetz.
Stand der Technik
DE102012210057A1 betrifft ein ringförmiges Ethernet-Netzwerk (auch redundant) zum Datenaustausch zwischen mehreren in einem Fahrzeug angeordneten Geräten. Das ringförmige Netzwerk umfasst eine Ringverbindung und mehrere Verteiler. Die Verteiler weisen jeweils mehrere Kommunikationspaare auf, die jeweils eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit zum Senden und Empfangen von Daten umfassen. Jedes der Geräte ist über ein erste Kommunikationspaar mit einem der Verteiler, über ein zweites Kommunikationspaar mit der Ringverbindung sowie über ein drittes Kommunikationspaar ebenfalls mit der Ringverbindung verbunden ist. Eine Datenflussrichtung in dem zweiten Kommunikationspaar und dem dritten Kommunikationspaar ist entgegengesetzt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug oder eine Verkehrsinfrastrukturkomponente und ein Rechnernetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Der erfindungsgemäße Ansatz fußt hierbei auf der Erkenntnis, dass heutige Bus- oder Kommunikationssysteme differenzielle Spannungssignale oder gar einzelne geschirmte Kupferleiter nutzen, die sehr empfindlich auf Einflüsse wie Temperatur- oder Spannungsschwankungen reagieren und deren elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) nicht immer gewährleistet werden kann.
Vor diesem Hintergrund macht sich das vorgeschlagene Steuergerät den Umstand zunutze, dass es bereits heute Glasfiber-Verbinder für Micro-Controller und Prozessoren gibt, die mitsamt geeignetem Modem in den Halbleiter integriert sind.
Hierbei trägt die erfindungsgemäße Vorrichtung dem Umstand Rechnung, dass es beispielsweise in der Infrastruktur durchaus üblich geworden ist, Lichtwellenleiter etwa zum Zwecke der Telekommunikation direkt an Modems anzuschließen. Insbesondere in die kritische Infrastruktur findet die Glasfaser zunehmend Einzug, weil sie Hackerangriffe erschwert und neue Schutzmaßnahmen erlaubt. Insbesondere können Einflüsse von äußeren Anwendungen besser identifiziert und die Profile von Hacker können leichter von Einflüssen durch normale äußere Effekte (wie EMV, Lichtquanten, Reflexionen etc.) unterschieden werden.
So liegt auch ein Vorzug des vorgeschlagenen Gerätes in seiner schnellen Datenübertragung ohne die bei Kupferleitungen typischen Fehlereinflüsse. Mögliche Fehlereinflüsse sind anders geartet und können mit bekannten Mittel sehr gut identifiziert und charakterisiert werden. Insbesondere werden die Fehlereinflüsse in der Peripherie der Zentralrecheneinheit bei einer direkten Core-Anbindung an Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor durch eine Glasfaser minimiert.
Ein Hackereingriff auf eine Glasfaser ist technisch mit den bisher bei drahtgebundenen Systemen bekannten Mitteln nicht umsetzbar, sodass etwaige Maßnahmen zur Betriebssicherheit (safety) oder Informationssicherheit (security) auf die Prozessorschnittstellen beschränkt werden können. Mit einer direkten optischen Prozessor-Anbindung werden somit die Anfälligkeit für technische Fehler und Entwicklungsaufwände für erfindungsgemäße Rechnernetze minimiert.
Darüber hinaus reduziert der vorgeschlagene Ansatz die für elektrische Busschnittstellen typischen Latenzen um den Faktor 1000. Eine entsprechende Zeitersparnis ergibt sich bei Taktung und Fehlerkorrekturmechanismen für den Peripheriebus.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann ein Rechnernetz vorgesehen sein, das mindestens ein Bussystem und mehrere damit verbundene Steuergeräte umfasst, wobei diejenigen Steuergeräte, die einem gemeinsamen Anwendungsbereich (domain) unterfallen oder ein gemeinsames Netzwerkprotokoll nutzen, Licht derselben Wellenlänge verarbeiten. Nachrichten unterschiedlicher Protokolle oder Domains werden somit jeweils auf dedizierten, vorzugsweise standardisierten Wellenlängen übertragen. Damit lassen sich sowohl verschiedenartige Protokolle (Ethernet, CAN, FlexRay etc.) als auch Domains mittels desselben Lichtwellenleiters unterstützen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das erfindungsgemäße Steuergerät als Telematik-Steuergerät (CCU, RSU etc.) ausgestaltet sein. Die in der Umgebung derartiger Einheiten unvermeidbaren Funkwellen könnten bei einer herkömmlichen elektrischen Anbindung Störungen hervorrufen. Eine erfindungsgemäße direkte Lichtwellenleiterverbindung erhöht zudem die Bandbreite der Funkstrecke selbst und die Geschwindigkeit, mit der Daten zu anderen Systemen übertragen werden, enorm. Sämtliche das Funksystem betreffende Fehlereinflüsse und Security-Hacks können im Prozessor berücksichtigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass das Rechnernetz eine Ringtopologie aufweist. Die Anbindung der Prozessoren an einen solchen Ring kann mit sogenannten Strahlteilern erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt verschiedene Beispiele für die interne Einbindung der Lichtwellenleiter und Fehlerquellen.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Abbildung illustriert den erfindungsgemäßen Ansatz, die Steuergeräte (10) im Auto und in der Infrastruktur direkt mit einem Lichtwellenleiter (12) zu versehen, um hier die oben genannten Vorteile zu nutzen. Letztere wirken sich insbesondere bei Kommunikationssystemen wie RSU und CCU aus, wenn diese per Lichtwellenleiter (12) direkt mit anderweitigen Steuergeräten (10) verbunden sind.
Sinnvoll ist es, im Fahrzeug wie in der Infrastruktur redundante Ringe (13, 14) auf der Grundlage derartiger Lichtwellenleiter (12) einzusetzen, damit auch hier eine hohe Systemverfügbarkeit erreicht werden kann. Insbesondere in Verbindung mit sogenannten Publish-Subscribe-Netzwerken können einzelne Ausfallpunkte (single points of failure) und Ausfälle aufgrund gemeinsamer Ursache (common cause failures) auf diese Weise vermindert werden. Eine solche Fehlerquelle ist mit dem Bezugszeichen 53 versehen.
Die Anbindung per Lichtwellenleiter bietet weiterhin den Vorteil der Diagnosegeschwindigkeit. Insbesondere bei redundanten Glasfasermodem kann die Information in das Netzwerk gesendet werden und anhand von Reflexionen im Lichtwellenleiter vom selben Moden zurückgelesen werden, bzw. eine Kreuzüberwachung durch das redundante Modem erfolgen. In einem Ringnetzwerk kann sogar die Strecke über 2 Wege im Ring rückgelesen werden und so wie ein Echo mit unterschiedlicher Laufzeit vermessen werden. Wegen der Reaktion in annähernd Lichtgeschwindigkeit, weiß die Sendeeinheit umgehend, dass die Modems die Information korrekt umgesetzt haben. Die Dämpfung zu allen anderen Systemen wird in sehr kurzen Zeitintervallen gemessen. Durch entsprechend codierte Rückantworten sind dem Sender auch sehr schnell entsprechende Informationen über die Fähigkeit und die Güte der empfangenen Information beim Empfänger übermittelbar. Somit kann eine sehr gute Safety und Security-technische Überwachung der Strecke gewährleistet werden. Durch die Lichtwellenleiteranbindung erfolgt die Diagnose des LWL-Modems sehr schnell und kann zu Ersatzmaßnahmen schon auf der Senderseite umgehend eingeleitet werden. Üblicherweise wird die Sendung der Information (z.B. Tx-Modul, Sendediode) von einer anderen Einheit ausgeführt als das Lesen (z.B. Rx-Modul, Empfangsdiode) der Information, somit kann unabhängig die gesendete Information und die Funktion auch des Sendemoduls überwacht werden.
Durch die hohe Geschwindigkeit der Kommunikation im LWL können auch sehr gut nicht-von-Neumann realisierte Rechnersysteme oder GPU, DSP oder andere Bionic-Netzwerke in die Netzwerke eingebunden werden. So können sämtliche Safety und Security Mechanismen in Kombination mit den Diagnosen im Modem sehr schnell und mit hoher Frequenz umgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012210057 A1 [0002]

Claims

Steuergerät (10) für ein Kraftfahrzeug oder eine Verkehrsinfrastrukturkomponente, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Steuergerät (10) enthält einen Mikroprozessor (11) und - der Mikroprozessor (11) ist dazu eingerichtet, das Steuergerät (10) per Lichtwellenleiter (12) unmittelbar mit mindestens einem Bussystem (13, 14) des Kraftfahrzeuges oder der Verkehrsinfrastrukturkomponente zu verbinden.
Steuergerät (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Mikroprozessor (11) ist dazu eingerichtet, das Steuergerät (10) mit zwei Bussystemen (13, 14) des Kraftfahrzeuges gleichzeitig zu verbinden.
Steuergerät (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (11) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: - eine arithmetisch-logische Einheit (15), - einen Befehlszähler (16), - einen Befehlsdekoder (17), - ein Befehlsregister (18), - ein Stapelregister (19), - ein Statusregister (20) oder - anderweitige Register (21).
Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Steuergerät (10) ist ein Telematik-Steuergerät (10).
Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Steuergerät (10) ist dazu eingerichtet, durch Reflexionsmessungen am Lichtwellenleiter (12), insbesondere Echo- oder Laufzeitmessungen, oder eingebrachte Codierungen eine Selbstdiagnose hinsichtlich Betriebs- oder Informationssicherheit zu stellen.
Steuergerät (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Steuergerät (10) ist dazu eingerichtet, abhängig von der Selbstdiagnose Degradationen oder Redundanzumschaltungen vorzunehmen.
Steuergerät (10) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Steuergerät (10) ist dazu eingerichtet, sich unter Nutzung der Selbstdiagnose mit Rechnern zu verbinden, welche keine von-Neumann-Architektur aufweisen.
Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Steuergerät (10) ist dazu eingerichtet, ausschließlich Licht einer bestimmten Wellenlänge zu verarbeiten.
Rechnernetz (30), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Rechnernetz (30) umfasst mindestens ein Bussystem (13, 14) und mehrere mit dem Bussystem (13, 14) verbundene Steuergeräte (10) nach Anspruch 8 und - die Steuergeräte (10) sind derart eingerichtet, dass diejenigen Steuergeräte (10), die einem gemeinsamen Anwendungsbereich unterfallen oder ein gemeinsames Netzwerkprotokoll nutzen, Licht derselben Wellenlänge verarbeiten.
Rechnernetz (30) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Steuergeräte (10) enthalten jeweils einen Mikrocontroller (31) und - der Mikrocontroller (31) umfasst den Mikroprozessor (11).
Rechnernetz (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (31) mindestens einen der folgenden Bausteine umfasst: - einen Interrupt-Controller (32), - einen Taktgenerator (33), - einen Ereigniszähler (34), - einen Funktionswächter (35), - einen Zeitgeber (36) oder - einen Multiplexer (37).
Rechnernetz (30) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (10) ferner mindestens einen der folgenden Speicher enthalten: - RAM (38), - Flash-EEPROM (39) oder - EPROM (40).
Rechnernetz (30) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte (10) mindestens eine der folgenden Schnittstellen aufweisen: - ein weiteres Bussystem (41), - Ethernet (42), - eine serielle Schnittstelle (43), - eine periphere Sensorschnittstelle (44), - eine anderweitige Digitalschnittstelle (45), insbesondere einen digitalen Eingang (46) oder Ausgang (47), - eine Analogschnittstelle, insbesondere einen analogen Eingang (48) oder Ausgang (49), - einen Analog-Digital-Umsetzer (50), - eine Lichtwellenleiterverbindung (51) oder - eine anderweitige Schnittstelle (52).