DE102022207686A1 - Data processing device and processing system on board a vehicle - Google Patents
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Abstract
Ein Verarbeitungssystem (100) an Bord eines Fahrzeugs (105) umfasst ein erstes Datennetzwerk (C, L, E, F) zur Übermittlung von Daten von oder an ein angeschlossenes Steuergerät (120); ein Energienetzwerk (U, P) zur Bereitstellung von elektrischer Energie an ein angeschlossenes Steuergerät (120); und ein PLC Gateway (130) zum Austausch von Daten zwischen dem Energienetzwerk (U, P) und dem ersten Datennetzwerk (C, L, E, F). Dabei ist das PLC Gateway (130) dazu eingerichtet, Daten, die auf elektrische Energie im Energienetzwerk (U, P) aufmoduliert sind, in das Datennetzwerk (C, L, E, F) einzuspeisen und Daten aus dem Datennetzwerk (C, L, E, F) in Energie im Energienetzwerk (U, P) aufzumodulieren.A processing system (100) on board a vehicle (105) comprises a first data network (C, L, E, F) for the transmission of data from or to a connected control device (120); an energy network (U, P) for providing electrical energy to a connected control unit (120); and a PLC gateway (130) for exchanging data between the energy network (U, P) and the first data network (C, L, E, F). In this case, the PLC gateway (130) is set up to feed data that are modulated onto electrical energy in the energy network (U, P) into the data network (C, L, E, F) and data from the data network (C, L, E, F) to modulate energy in the energy network (U, P).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenverarbeitung an Bord eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Datenverarbeitungsvorrichtung und Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs.The present invention relates to data processing on board a vehicle. In particular, the invention relates to a data processing device and processing system on board a vehicle.
Ein Fahrzeug umfasst eine Vielzahl Steuervorrichtungen, die jeweils eines oder mehrere Systeme oder Subsysteme an Bord des Fahrzeugs steuern. Beispielhafte solche Systeme können eine Sitzverstellung oder eine elektrische Lenkung umfassen. Die Steuervorrichtungen sind miteinander kommunikativ vernetzt, um Anforderungen oder Ergebnisse miteinander auszutauschen. Dazu wird üblicherweise ein drahtgebundener serieller Bus verwendet, insbesondere ein CAN-Bus oder ein LIN-Bus. Zur Versorgung der Steuervorrichtungen mit elektrischer Energie ist ein separates Bordnetz vorgesehen.A vehicle includes a plurality of controllers, each controlling one or more systems or subsystems onboard the vehicle. Exemplary such systems may include seat adjustment or power steering. The control devices are communicatively networked with one another in order to exchange requirements or results with one another. A wired serial bus is usually used for this purpose, in particular a CAN bus or a LIN bus. A separate vehicle electrical system is provided to supply the control devices with electrical energy.
Es wurde vorgeschlagen, das Bordnetz mit dem Datenbus zu kombinieren, indem eine Datenübertragung durch Modulation einer Spannung oder eines Stroms erfolgt, mit dem eine Steuervorrichtung mit Energie versorgt wird. Dadurch kann ein separater Datenbus entfallen, wodurch ein Kabelbaum im Fahrzeug signifikant vereinfacht werden kann. Außerdem können dedizierte Datenleitungen eingespart werden, sodass der Kabelbaum leichter ausgeführt sein kann. Eine Steckverbindung zwischen dem Kabelbaum und der Steuervorrichtung kann mit nur zwei Kontakten sowohl eine Stromverbindung als auch eine Datenverbindung herstellen.It has been proposed to combine the vehicle electrical system with the data bus in that data is transmitted by modulating a voltage or a current with which a control device is supplied with energy. This eliminates the need for a separate data bus, which means that a wiring harness in the vehicle can be significantly simplified. In addition, dedicated data lines can be saved, so that the cable harness can be made lighter. A plug connection between the wiring harness and the control device can produce both a power connection and a data connection with only two contacts.
Eine solche Technik ist unter der Bezeichnung PLC (Power Line Communication) bekannt. Allerdings eignet sie sich nicht gut für eine schnelle Übertragung von Daten, eine große Anzahl Teilnehmer oder ein Echtzeitprotokoll, da eine nutzbare Bandbreite der Energieleitung begrenzt ist.Such a technique is known as PLC (Power Line Communication). However, it is not well suited for fast transmission of data, a large number of participants or a real-time protocol, since a usable bandwidth of the power line is limited.
Ein anderer Vorschlag sieht vor, Faseroptik im Fahrzeug zu verwenden, um eine sehr schnelle Datenübertragung zu ermöglichen. Beispielsweise können Sensorwerte einer hochauflösenden Kamera mit einer hohen Abtastrate gut über eine Faserstrecke übertragen werden. Nachteilig an Faseroptik sind die Empfindlichkeit des Übertragungsmediums gegenüber mechanischer Beanspruchung, die während einer Montage oder im Betrieb des Fahrzeugs auftreten kann, oder die Gefahr von Funktionsstörungen durch Feuchtigkeit oder Verschmutzung.Another proposal is to use fiber optics in the vehicle to enable very fast data transmission. For example, sensor values from a high-resolution camera with a high sampling rate can be transmitted well over a fiber link. A disadvantage of fiber optics is the sensitivity of the transmission medium to mechanical stress, which can occur during assembly or operation of the vehicle, or the risk of malfunctions due to moisture or dirt.
Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Datenübertragung an Bord eines Fahrzeugs. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.An object on which the present invention is based is to specify an improved technique for data transmission on board a vehicle. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims reflect preferred embodiments.
Nach einem ersten Aspekt umfasst ein Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs ein erstes Datennetzwerk zur Übermittlung von Daten von oder an ein angeschlossenes Steuergerät; ein Energienetzwerk zur Bereitstellung von elektrischer Energie an ein angeschlossenes Steuergerät; und ein PLC Gateway zum Austausch von Daten zwischen dem Energienetzwerk und dem ersten Datennetzwerk. Dabei ist das PLC Gateway dazu eingerichtet, Daten, die auf elektrische Energie im Energienetzwerk aufmoduliert sind, in das Datennetzwerk einzuspeisen und Daten aus dem Datennetzwerk in Energie im Energienetzwerk aufzumodulieren.According to a first aspect, a processing system on board a vehicle comprises a first data network for transmitting data from or to a connected control unit; an energy network for providing electrical energy to a connected control device; and a PLC gateway for exchanging data between the energy network and the first data network. The PLC gateway is set up to feed data that is modulated onto electrical energy in the energy network into the data network and to modulate data from the data network into energy in the energy network.
Erfindungsgemäß kann durch das Verarbeitungssystem eine Architektur von Geräten an Bord eines Fahrzeugs angegeben sein, die mit bekannten Komponenten weitgehend kompatibel sein kann, sodass etablierte oder unverzichtbare bestehende Elemente, beispielsweise ein bestimmter Sensor oder Aktor oder ein bestimmtes Steuergerät, unverändert integriert werden können. Die vorgeschlagene Architektur kann eine einfache Erweiterung, beispielsweise in Form eines weiteren Sensors, Aktors oder Steuergeräts ermöglichen. Wichtige Datenverbindungen zwischen verschiedenen Komponenten können redundant ausgeführt sein, sodass das Verarbeitungssystem eine hohe Funktionssicherheit erreichen kann. So kann ein flexibles und zukunftssicheres Kommunikationssystem bereitgestellt werden, das an der Vielzahl verschiedener Fahrzeuge schnell eingesetzt und lange genutzt werden kann.According to the invention, an architecture of devices on board a vehicle can be specified by the processing system, which can be largely compatible with known components, so that established or indispensable existing elements, for example a specific sensor or actuator or a specific control unit, can be integrated unchanged. The proposed architecture can enable a simple extension, for example in the form of a further sensor, actuator or control device. Important data connections between different components can be redundant, so that the processing system can achieve a high level of functional reliability. In this way, a flexible and future-proof communication system can be provided that can be used quickly and for a long time on a large number of different vehicles.
Durch Nutzen des Energienetzes zur Übertragung von Daten kann eine Steuervorrichtung einfach in das Verarbeitungssystem eingebunden werden. Das Energienetzwerk kann angeschlossene Komponenten mit elektrischer Energie mit einer vorbestimmten Spannung versorgen. Eine Steuervorrichtung kann Daten übermitteln, indem sie ihre Stromaufnahme verändert, sodass ein durch das Energienetzwerk fließender Strom oder eine an ihm anliegende Spannung entsprechend verändert werden. Anders ausgedrückt können Daten auf einen Strom oder eine Spannung im Energienetzwerk aufmoduliert werden. Eine andere an das Energienetzwerk angeschlossene Steuervorrichtung kann diese Schwankungen erfassen und so die eingespeisten Daten auslesen.By using the power grid to transmit data, a control device can be easily integrated into the processing system. The energy network can supply connected components with electrical energy at a predetermined voltage. A control device can transmit data by changing its current consumption, so that a current flowing through the energy network or a voltage applied to it are changed accordingly. In other words, data can be modulated onto a current or a voltage in the energy network. Another control device connected to the energy network can detect these fluctuations and thus read out the data that has been fed in.
Durch Bereitstellen von Daten auf einem Energienetzwerk kann dieses zum PLC-Netzwerk werden, das weiter zur Verteilung von elektrischer Energie und darüber hinaus zur Übermittlung von Daten verwendet werden kann. Das Energienetzwerk benötigt in einer einfachen Ausführungsform nur zwei elektrisch voneinander isolierte Leiter, zwischen denen eine Spannung anliegt. Das Energienetzwerk kann in einer beliebigen Topographie angelegt sein, beispielsweise linear nach Art eines Busses.By providing data on an energy network, this can become the PLC network, which can further be used to distribute electrical energy and also to transmit data. The energy network requires in a simple embodiment just two electrically insulated conductors between which a voltage is applied. The energy network can be laid out in any desired topography, for example linearly in the manner of a bus.
Das Verarbeitungssystem kann ferner ein zweites Datennetzwerk umfassen, wobei das PLC Gateway dazu eingerichtet ist, Daten zwischen dem Energienetzwerk und dem zweiten Datennetzwerk auszutauschen. Das zweite Datennetzwerk kann zur Verbindung mit einem klassischen Steuergerät vorgesehen sein, das getrennte Energie- und Datenversorgungen erwartet. Dabei kann die Energieversorgung dieses Steuergeräts mittels des beschriebenen Energiebusses erfolgen. Schwankungen der Spannung oder des Stroms auf dem Energiebus sind bevorzugt so gering, dass sie eine Energieentnahme eines Steuergeräts nicht beeinträchtigen.The processing system can also include a second data network, with the PLC gateway being set up to exchange data between the energy network and the second data network. The second data network can be provided for connection to a classic control device that expects separate energy and data supplies. In this case, the power supply to this control unit can be effected by means of the power bus described. Fluctuations in the voltage or in the current on the energy bus are preferably so small that they do not impair energy consumption by a control unit.
Das PLC Gateway kann dazu eingerichtet sein, Daten zwischen dem ersten und dem zweiten Datennetzwerk auszutauschen. Dadurch können Steuergeräte, die mit unterschiedlichen Datennetzwerken verbunden sind, miteinander kommunizieren. Allgemein kann das PLC Gateway nur solche Daten zwischen den Datennetzwerken austauschen, die von einem Sender in einem der Netzwerke an einen Empfänger in einem anderen der Netzwerke gerichtet ist. Dazu kann eine Nachricht von einem Sender an einen Empfänger darauf untersucht werden, ob es in ein anderes Datennetz umgesetzt werden muss oder nicht. Die Untersuchung kann auch einen Rundruf (Broadcast) oder eine Gruppenaddressierung (Multicast) unterstützen. Dabei bezeichnet Broadcast ein Versenden von Nachrichten an alle Teilnehmer eines Datennetzwerks, und Broadcast ein Versenden an mehrere Teilnehmer einer vorbestimmten Gruppe unter nur einer Adresse. So kann verhindert werden, dass Daten in ein Datennetzwerk überführt werden, in dem sie keinen Empfänger haben. So kann Bandbreite in einem der Datennetzwerke eingespart werden, sodass eine schnellere oder weniger stark verzögerte Übermittlung anderer Daten ermöglicht sein kann.The PLC gateway can be set up to exchange data between the first and the second data network. This allows control units that are connected to different data networks to communicate with one another. In general, the PLC gateway can only exchange data between the data networks that is directed from a sender in one of the networks to a recipient in another of the networks. For this purpose, a message from a sender to a recipient can be examined to determine whether or not it needs to be converted to another data network. The investigation may also support broadcast or multicast. In this context, broadcast refers to the sending of messages to all participants in a data network, and broadcast refers to the sending to a plurality of participants in a predetermined group using only one address. This can prevent data from being transferred to a data network in which they have no recipient. In this way, bandwidth can be saved in one of the data networks, so that a faster or less heavily delayed transmission of other data can be made possible.
In einer Ausführungsform sind im Verarbeitungssystem mehrere zweite Datennetzwerke vorgesehen, wobei das PLC Gateway dazu eingerichtet ist, Daten zwischen den Datennetzwerken auszutauschen. Dabei können die zweiten Datennetzwerke unterschiedlichen Standards folgen. Beispielsweise können zweite Datennetzwerke alternativ nach einem CAN-, LIN- oder Ethernet Standard implementiert sein. In einer hierin beschriebenen Weise können Daten zwischen mehreren zweiten Datennetzwerken oder zwischen dem ersten und einem oder mehreren zweiten Datennetzwerken ausgetauscht werden. Auch in dieser Ausführungsform können Daten, die in einem angeschlossenen Datennetzwerk keinen Empfänger haben, nicht dieses Datennetzwerk umgesetzt werden.In one embodiment, a number of second data networks are provided in the processing system, with the PLC gateway being set up to exchange data between the data networks. The second data networks can follow different standards. For example, second data networks can alternatively be implemented according to a CAN, LIN or Ethernet standard. In a manner described herein, data can be exchanged between multiple second data networks or between the first and one or more second data networks. In this embodiment, too, data that do not have a receiver in a connected data network cannot be implemented in this data network.
Sind mehrere zweite Datennetzwerk vorgesehen, so kann das Verarbeitungssystem ein weiteres Gateway umfassen, das dazu eingerichtet ist, Daten zwischen den zweiten Datennetzwerken auszutauschen. So können beispielsweise ein CAN-Bus und ein LIN-Bus mittels des Gateways miteinander gekoppelt werden.If several second data networks are provided, the processing system can include a further gateway which is set up to exchange data between the second data networks. For example, a CAN bus and a LIN bus can be coupled to one another by means of the gateway.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Konverter vorgesehen, der mit dem Energienetzwerk verbunden ist, und der mittels eines weiteren Datennetzwerks mit dem weiteren Gateway verbunden ist. Dabei ist der Konverter dazu eingerichtet, Daten zwischen dem Energienetzwerk und dem weiteren Datennetzwerk auszutauschen. Anders ausgedrückt kann das weitere Gateway mittels eines Konverters an ein PLC-Netzwerk angeschlossen sein, wobei ein Datentransfer zwischen beliebigen Netzwerken ermöglicht sein kann. Der Konverter kann eine Funktion des weiteren Gateways redundant erfüllen, sodass eine erhöhte Funktionssicherheit des Verarbeitungssystems erreicht werden kann.In a further embodiment, a converter is provided which is connected to the energy network and which is connected to the further gateway by means of a further data network. In this case, the converter is set up to exchange data between the energy network and the further data network. In other words, the further gateway can be connected to a PLC network by means of a converter, with data transfer between any networks being possible. The converter can redundantly fulfill a function of the further gateway, so that increased functional reliability of the processing system can be achieved.
In einer weiteren Ausführungsform ist das weitere Gateway mittels einer dedizierten Leitung mit einem Datennetzwerk verbunden, das seinerseits mit dem PLC-Netzwerk gekoppelt ist, beispielsweise mittels eines weiteren Konverters. Die verschiedenen Datennetzwerke an Bord eines Fahrzeugs können mittels eines oder mehreren weiteren Gateways und optional einem oder mehreren Konvertern miteinander verbunden werden, wobei eines der Netzwerke ein PLC-Netzwerk umfassen kann. So kann die vorgeschlagene Architektur flexibel an unterschiedlich komplexe Szenarien oder Anforderungen an Bord des Fahrzeugs angepasst werden.In a further embodiment, the further gateway is connected to a data network by means of a dedicated line, which in turn is coupled to the PLC network, for example by means of a further converter. The various data networks on board a vehicle can be connected to one another by means of one or more further gateways and optionally one or more converters, whereby one of the networks can comprise a PLC network. In this way, the proposed architecture can be flexibly adapted to different complex scenarios or requirements on board the vehicle.
Das Verarbeitungssystem kann weiter eine Verarbeitungseinrichtung umfassen, die mittels eines dritten Datennetzwerks mit dem PLC Gateway verbunden ist. Dabei ist das PLC Gateway bevorzugt dazu eingerichtet, Daten zwischen dem dritten Datennetzwerk und dem Energienetzwerk auszutauschen. Die Verarbeitungseinrichtung kann von einer Steuervorrichtung umfasst sein und insbesondere eine High Performance Computing (HPC) Plattform umfassen. Die HPC Plattform kann einen oder mehrere bekannte RISC- oder CISC-Prozessoren umfassen. Zusätzlich können dedizierte Verarbeitungseinrichtungen vorgesehen sein, die eine parallele Verarbeitung bestimmter Probleme ermöglichen. So kann eine für Grafik optimierte Verarbeitungseinrichtung über eine Vielzahl von Shadern verfügen, die außer zur Berechnung von Bilddaten beispielsweise auch zur Objekterkennung in Bilddaten verwendet werden kann.The processing system can further comprise a processing device which is connected to the PLC gateway by means of a third data network. The PLC gateway is preferably set up to exchange data between the third data network and the energy network. The processing device can be comprised by a control device and in particular can comprise a high-performance computing (HPC) platform. The HPC platform can include one or more well-known RISC or CISC processors. In addition, dedicated processing devices can be provided, which allow parallel processing of specific problems. A processing device optimized for graphics can thus have a large number of shaders at its disposal, which can also be used, for example, for object recognition in image data, in addition to calculating image data.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, Sensordaten von einem oder mehreren Sensoren an Bord des Fahrzeugs zu empfangen, wobei ein Sensor dazu eingerichtet ist, ein Umfeld oder einen Innenraum des Fahrzeugs abzutasten. Beispielhafte Sensoren umfassen eine Kamera, einen Radar-Sensor und einen LiDAR-Sensor. Die Verarbeitungseinrichtung kann ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs auf der Basis der Sensordaten erkennen. In a particularly preferred embodiment, the processing device is set up to receive sensor data from one or more sensors on board the vehicle, one sensor being set up to scan an environment or an interior of the vehicle. Example sensors include a camera, a radar sensor, and a LiDAR sensor. The processing device can recognize an object in the area surrounding the vehicle on the basis of the sensor data.
Weiter kann die Verarbeitungseinrichtung das Fahrzeug in Abhängigkeit eines erkannten Objekts steuern. Eine Steuerung in Längsrichtung kann mittels eines Antriebsmotors oder eines Bremssystems erfolgen; eine Steuerung in Querrichtung kann mittels eines Lenksystems durchgeführt werden.Furthermore, the processing device can control the vehicle as a function of a detected object. Longitudinal control can be by means of a drive motor or a braking system; transverse direction control can be performed by means of a steering system.
Ein Sensor oder ein Aktor kann jeweils als Steuergerät ausgeführt sein, das mittels eines der hierin beschriebenen Datennetzwerke mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist. In einer Ausführungsform ist ein mit der Verarbeitungseinrichtung verbundenes dediziertes Datennetzwerk für privilegierte oder breitbandige Kommunikation reserviert, beispielsweise von einem Sensor oder zu einem Aktor. In einer weiteren Ausführungsform ist ein dediziertes Datennetzwerk zur Kommunikation mit dem anderen Gateway vorgesehen.A sensor or an actuator can each be designed as a control device that is connected to the processing device by means of one of the data networks described herein. In one embodiment, a dedicated data network connected to the processing device is reserved for privileged or broadband communication, for example from a sensor or to an actuator. In a further embodiment, a dedicated data network is provided for communication with the other gateway.
Optional ist ein Konverter zur Versorgung eines Steuergeräts mit elektrischer Energie und zum Austausch von Daten mit dem Steuergerät über voneinander getrennte Anschlüsse vorgesehen. Dabei ist der Konverter mit dem Energienetzwerk verbunden und dazu eingerichtet, Daten zwischen dem Steuergerät und dem Energienetzwerk auszutauschen und das Steuergerät mittels Energie aus dem Energienetzwerk zu betreiben. Der Konverter kann eine Anbindung eines klassischen Steuergeräts mit getrennten Anschlüssen für Daten und Energie an das PLC-Netzwerk erlauben.A converter is optionally provided for supplying a control device with electrical energy and for exchanging data with the control device via separate connections. The converter is connected to the energy network and set up to exchange data between the control device and the energy network and to operate the control device using energy from the energy network. The converter can allow a classic control device with separate connections for data and energy to be connected to the PLC network.
Bevorzugt umfasst das Verarbeitungssystem wenigstens ein Steuergerät, das mit einem der Datennetzwerke verbunden ist. Üblicherweise sind mehrere Steuergeräte vorgesehen, die an gleichen oder verschiedenen Datennetzwerken angeschlossen sind. Die beschriebenen Komponenten zwischen den Datennetzwerken können eine Kommunikation zwischen Steuergeräten an unterschiedlichen Datennetzwerken erlauben. Ein Steuergerät umfasst bevorzugt eine Verarbeitungseinrichtung, einen Aktor, einen Sensor oder eine Kombination daraus. Eine Versorgung der Steuergeräte mit elektrischer Energie erfolgt bevorzugt mittels des als PLC-Netzwerk ausgebildeten Energienetzwerks. Eine Versorgung auf andere Weise kann jedoch ebenfalls unterstützt sein.The processing system preferably comprises at least one control unit which is connected to one of the data networks. A plurality of control units are usually provided, which are connected to the same or different data networks. The components described between the data networks can allow communication between control units on different data networks. A control unit preferably includes a processing device, an actuator, a sensor or a combination thereof. The control units are preferably supplied with electrical energy by means of the energy network designed as a PLC network. However, provision in other ways may also be supported.
Das Verarbeitungssystem kann darüber hinaus einen Einspeiser zur Bereitstellung von elektrischer Energie in das Energienetzwerk umfassen. Der Einspeiser kann elektrische Energie beispielsweise aus einem Bordnetz des Fahrzeugs entnehmen, das durch eine Batterie, einen Akkumulator oder einen Generator versorgt sein kann. Der Einspeiser kann sicherstellen, dass ausreichend elektrische Energie in das Energienetzwerk eingespeist wird und dass beispielsweise eine vorbestimmte elektrische Spannung eingehalten ist.The processing system can also include a feeder for providing electrical energy to the energy network. The feeder can take electrical energy, for example, from an on-board network of the vehicle, which can be supplied by a battery, an accumulator or a generator. The feeder can ensure that sufficient electrical energy is fed into the energy network and that, for example, a predetermined electrical voltage is maintained.
Bevorzugt ist ferner ein Trennschalter vorgesehen, um das Energienetzwerk von einer Energiequelle zu trennen. Der Trennschalter kann insbesondere ausgelöst, also geöffnet werden, falls ein durch das Energienetzwerk fließender elektrischer Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt. Der Trennschalter kann auch geöffnet werden, falls eine im Energienetzwerk anliegende Spannung einen vorbestimmten Wert übersteigt. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Trennschalter auf Anforderung eines Steuergeräts oder einer Verarbeitungseinrichtung geöffnet werden. Diese Anforderung kann insbesondere als PLC-Nachricht auf dem Energienetzwerk an den Trennschalter übermittelt werden. Der Trennschalter kann dabei als Steuergerät ausgebildet sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Trennschalter auf eine entsprechende Anforderung hin auch wieder geschlossen werden.A circuit breaker is preferably also provided in order to separate the energy network from an energy source. In particular, the circuit breaker can be triggered, ie opened, if an electric current flowing through the energy network exceeds a predetermined value. The circuit breaker can also be opened if a voltage present in the energy network exceeds a predetermined value. In yet another embodiment, the circuit breaker may be opened upon request from a controller or processing device. In particular, this request can be transmitted as a PLC message on the energy network to the circuit breaker. The isolating switch can be designed as a control unit. In yet another embodiment, the circuit breaker can also be closed again in response to a corresponding request.
Es können mehrere Trennschalter vorgesehen sein, die einzeln oder zusammen ausgelöst werden können. Jeder Trennschalter kann ein eigenes PLC-Netzwerk oder ein reines Energienetzwerk absichern. Das Steuergerät mit den Trennschaltern kann aus unterschiedlichen Datennetzwerken angesprochen werden, sodass eine Anforderung, einen Trennschalter zu schließen, aus einem Netzwerk stammen kann, dessen zugeordneter Trennschalter geschlossen ist.Multiple circuit breakers can be provided, which can be tripped individually or together. Each circuit breaker can protect its own PLC network or a pure energy network. The controller with the circuit breakers can be addressed from different data networks, so that a request to close a circuit breaker can originate from a network whose associated circuit breaker is closed.
Weiter bevorzugt ist ein Filter vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, eine Energiequelle für die elektrische Energie von hochfrequenten Schwingungen auf dem Energienetzwerk zu isolieren. So kann verhindert werden, dass eine empfindliche Energiequelle wie ein Akkumulator oder Load Balancer für mehrere Akkumulator-Zellen durch Signale gestört wird, die aus dem PLC-Netzwerk stammen.A filter is also preferably provided, which is set up to isolate an energy source for the electrical energy from high-frequency oscillations on the energy network. In this way, a sensitive energy source such as an accumulator or load balancer for several accumulator cells can be prevented from being disturbed by signals originating from the PLC network.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Verarbeitungssystem. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug umfassen, bevorzugt ein Kraftrad, einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus. Das Kraftfahrzeug kann mittels einer Brennkraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine angetrieben werden.According to another aspect of the present invention, a vehicle includes a processing system as described herein. The vehicle can in particular include a motor vehicle, preferably a motorcycle, a passenger car, a truck or a bus. The motor vehicle can be driven by an internal combustion engine and/or an electric machine.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 ein Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs; -
2 ein PLC Gateway; -
3 eine Verarbeitungseinrichtung; -
4 eine Steuervorrichtung für PLC; -
5 eine Steuervorrichtung ohne PLC; und -
6 einen bidirektionalen PLC Konverter
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1 a processing system onboard a vehicle; -
2 a PLC gateway; -
3 a processing device; -
4 a controller for PLC; -
5 a non-PLC controller; and -
6 a bidirectional PLC converter
Das Verarbeitungssystem 100 umfasst mehrere Netzwerke, die mit Buchstaben gekennzeichnet sind. U bezeichnet ein Energienetzwerk, P ein PLC Netzwerk, C ein CAN Netzwerk, L ein LIN Netzwerk, E ein Ethernet Netzwerk und F ein Fibre Channel Netzwerk. Elemente des Verarbeitungssystems 100 tragen entsprechende Bezeichnungen an Anschlüssen mit den Netzwerken.The
Die Netzwerke C, E, F und L (kurz: C bis L) sind beispielhafte Datennetzwerke. Jedes dieser Datennetzwerke C bis L kann in einer beliebigen Technik ausgeführt sein und es können auch mehrere voneinander getrennte Datennetzwerke C bis L in der gleichen Technik realisiert sein, beispielsweise zwei C Netzwerke jeweils als CAN oder drei Netzwerke jeweils als LIN. Es können auch mehr oder weniger als die dargestellten Datennetzwerke C bis L vorliegen.The networks C, E, F and L (in short: C to L) are exemplary data networks. Each of these data networks C to L can be implemented using any technology, and several separate data networks C to L can also be implemented using the same technology, for example two C networks each as CAN or three networks each as LIN. There can also be more or fewer than the data networks C to L shown.
Ein Übertragungsmedium für Geräte eines Netzwerks C bis L ist üblicherweise in Abhängigkeit der jeweiligen Technik gewählt. Beispielsweise kann ein CAN Netzwerk C zwei miteinander verdrillte Leiter erfordern, ein LIN Netzwerk L kann mit nur einem Leiter auskommen, während ein Ethernet Netzwerk E mehrere miteinander verdrillte Leiterpaare und ein Fibre Channel Netzwerk F eine optischen Faser voraussetzen kann.A transmission medium for devices in a network C to L is usually chosen depending on the respective technology. For example, a CAN network C may require two twisted pairs, a LIN network L may require just one wire, while an Ethernet network E may require multiple twisted pairs and a Fiber Channel network F may require an optical fiber.
Die Netzwerke U und P sind dazu eingerichtet, elektrische Energie zu übertragen. Das P Netzwerk arbeitet ähnlich wie ein U Netzwerk und kann zusätzlich Daten übertragen, indem ein Sender eine elektrische Spannung des U Netzwerks oder einen durch das U Netzwerk fließenden Strom um einen geringen Betrag variiert und ein Empfänger die Variation auswertet. Eine gleichzeitige Übertragung elektrischer Energie wird dadurch nicht gestört. Ein übliches, nicht für PLC eingerichtetes Gerät kann mit dem P Netzwerk verbunden werden, um mit elektrischer Energie versorgt zu werden, wodurch bevorzugt weder ein Datenverkehr auf dem P Netzwerk, noch die Versorgung des Geräts beeinträchtigt ist. Ein U Netzwerk und ein P Netzwerk sind miteinander kompatibel und ein U Netzwerk kann zu einem P Netzwerk ausgebaut werden, indem wenigstens ein Gerät angeschlossen wird, das Daten per PLC senden und/oder empfangen kann.The networks U and P are set up to transmit electrical energy. The P network works in a similar way to a U network and can also transmit data by a transmitter varying an electrical voltage of the U network or a current flowing through the U network by a small amount and a receiver evaluating the variation. A simultaneous transmission of electrical energy is not disturbed by this. A conventional device that is not set up for PLC can be connected to the P network in order to be supplied with electrical energy, as a result of which preferably neither data traffic on the P network nor the supply of the device is impaired. A U network and a P network are compatible with each other, and a U network can be upgraded to a P network by connecting at least one device that can send and/or receive data via PLC.
Als Medium für ein U Netzwerk werden zwei elektrisch voneinander isolierte Leiter verwendet, die auf unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich realisiert sein können. Beispielsweise kann auf einem Abschnitt eine Doppel-Leitung oder eine Mehrfach-Leitung mit mehreren Leitern vorliegen. Die Leitung kann abgeschirmt sein und mehrere der Leiter können miteinander verdrillt sein. Auf einem weiteren Abschnitt können eine Einfach-Leitung und eine Gerätemasse des Fahrzeugs 105 als Leiter verwendet werden. Anstelle der Gerätemasse kann ein leitfähiges Element des Fahrzeugs 105 verwendet werden, beispielsweise ein Fahrzeugblech, ein Masseband, ein Antriebsmotor oder ein Maschinenteil. Mehrere P-Netzwerke an Bord des Fahrzeugs 105 können an einem oder beiden Leitern gegeneinander isoliert sein.Two conductors that are electrically insulated from one another are used as the medium for a U network, which can be implemented differently on different sections. For example, there can be a double line or a multiple line with several conductors on a section. The line can be shielded and several of the conductors can be twisted together. A single line and a device ground of the
Das U Netzwerk wird aus einer Energiequelle 110 gespeist, die beispielsweise eine Batterie, einen Akkumulator oder einen Generator umfassen kann. Optional ist ein Regler vorgesehen, um elektrische Energie mit vorbestimmten Eigenschaften bereitzustellen, beispielsweise mit einer vorbestimmten Spannung, einem vorbestimmten Maximalstrom oder mit weniger als einer vorbestimmten Restwelligkeit in einem vorbestimmten Frequenzbereich. Die Energiequelle 110 kann mittels eines Trennschalters 115 mit dem U Netzwerk verbunden sein. Der Trennschalter 115 kann die Energiequelle 110 mit einem Zweig des Energienetzwerks U verbinden oder von ihm trennen, beispielsweise im Fall eines elektrischen Fehlers wie eines festgestellten Überstroms oder einer Überspannung.The U network is fed from an
Das Verarbeitungssystem 100 umfasst mehrere Steuergeräte 120, die jeweils bevorzugt eine Steuervorrichtung, einen Sensor, einen Aktor oder eine Kombination daraus umfassen. Jedes Steuergerät 120 ist mit mindestens einem der Datennetzwerke A bis L sowie mit einem der Energienetzwerke U oder P verbunden. Bevorzugt ist eines der Steuergeräte 120 als Verarbeitungseinrichtung 125 ausgeführt, die bevorzugt für High Performance Computing (HPC) eingerichtet ist. Die Verarbeitungseinrichtung 125 kann eine Funktion erfüllen, die eine hohe Verarbeitungsleistung, eine große Kommunikationsbandbreite, eine geringe Latenzzeit und/oder eine hohe Funktionssicherheit erfordert. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinrichtung 125 das Fahrzeug 105 in Abhängigkeit von Informationen anderer Steuergeräte 120 in Längs- und/oder Querrichtung steuern.The
Ein PLC Gateway 130 verbindet das U Netzwerk mit vorliegend zwei P Netzwerken. Die P Netzwerke können elektrisch und/oder datentechnisch voneinander getrennt oder miteinander verbunden sein. Außerdem kann das PLC Gateway 130 mit einem oder mehreren Datennetzwerken C bis L verbunden sein. Das Gateway 130 kann eine Kommunikation zwischen dem P Netzwerk und einem Netzwerk C bis L und/oder eine Kommunikation zwischen den Netzwerken C bis L erlauben. Vorliegend sind beispielhaft Netzwerke C, E und L, die jeweils nur zur Verarbeitungseinrichtung 125 führen, mit dem PLC Gateway 130 verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung 125 ist zur Energieversorgung mit dem U Netzwerk verbunden.A
Um eine Kommunikation zwischen Datennetzwerken C bis L zu ermöglichen kann ein Gateway 135 vorgesehen sein. Das Gateway 135 tauscht üblicherweise keine Daten mit dem PLC Netzwerk aus, eine Energieversorgung kann jedoch trotzdem über das P Netzwerk erfolgen. Alternativ kann das Gateway 135 über das E Netzwerk mit Energie versorgt werden. Vorliegend ist das Gateway 135 dazu eingerichtet, das C Netzwerk und das L Netzwerk datentechnisch miteinander zu verbinden. Zusätzlich kann beispielsweise ein F Netzwerk angeschlossen sein, das vorliegend in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zur Verarbeitungseinrichtung 125 führt.In order to enable communication between data networks C to L, a
In der dargestellten Ausführungsform ist ein erster Konverter 140 vorgesehen, der das Gateway 135 an Daten des P Netzwerks anschließt. Dabei ist bevorzugt eine bidirektionale Kommunikation möglich. Der Konverter 140 kann mittels einer beliebigen Netzwerktechnik mit dem ersten Konverter 140 verbunden sein. Bevorzugt ist der Konverter 140 in das Gateway 135 integriert oder nachgerüstet. Sollte am Gateway 135 kein anderer Anschluss zur Verfügung stehen, kann der erste Konverter 140 eine Verbindung zu einem Datennetzwerk herstellen, das mit dem Gateway 135 verbunden ist, im vorliegenden Beispiel also das C Netzwerk oder das L Netzwerk. Der erste Konverter 140 kann das Gateway 135 so weit ausbauen, dass es wie das PLC Gateway Daten zwischen dem P Netzwerk und einem anderen Datennetzwerk C bis L austauscht. Die Gateways 130 und 135 können redundant arbeiten, sodass bei Ausfall eines der Gateways 130, 135 immer noch eine Umsetzung von Daten zwischen einem Datennetzwerk C bis L und dem P Netzwerk ermöglicht ist.In the illustrated embodiment, a
Die drei beispielhaft dargestellten Steuergeräte 120, die mit dem L Netzwerk verbunden sind, werden bevorzugt über das P Netzwerk mit elektrischer Energie versorgt. Entsprechendes gilt für zwei mit dem C Netzwerk verbundene Steuergeräte 120.The three
Um in einem bestehenden Verarbeitungssystem 100 ein Steuergerät 120 nachzurüsten, kann ein PLC fähiges Steuergerät 120 verwendet werden. Im unteren rechten Bereich von
Es kann auch ein weiteres Steuergerät 145 nachgerüstet werden, das keine PLC Kommunikation unterstützt. Ein solches weiteres Steuergerät 145 ist im unteren linken Bereich von
Ein Umsetzer 210 ist dazu eingerichtet, Daten aus dem P Netzwerk zu empfangen oder in dieses zu senden. Die Daten können von einem Datennetzwerk C bis L stammen beziehungsweise an dieses eingespeist werden. Optional kann auch eine Kommunikation zwischen angeschlossenen Datennetzwerken C bis L ermöglicht sein. Im dargestellten Beispiel können ein C Netzwerk, ein E Netzwerk und ein L Netzwerk mit dem PLC Gateway 130 verbunden werden.A
Optional kann der Teiler 405 auch dazu eingerichtet sein, elektrische Energie in ein P Netzwerk einzuspeisen. Dazu kann ein separater Anschluss vorgesehen sein, der mit einem U Netzwerk verbunden werden kann. Optionally, the
Ein erster Konverter 140 kann im Wesentlichen in der gleichen Weise wie der zweite Konverter 150 aufgebaut sein.A
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Verarbeitungssystemprocessing system
- 105105
- Fahrzeugvehicle
- 110110
- Energiequelleenergy source
- 115115
- Trennschaltercircuit breaker
- 120120
- Steuergerätcontrol unit
- 125125
- Verarbeitungseinrichtungprocessing facility
- 130130
- PLC GatewayPLC Gateway
- 135135
- GatewayGateway
- 140140
- erster Konverterfirst converter
- 145145
- weiteres Steuergerätanother control unit
- 150150
- zweiter Konverter second converter
- Uu
- Energieenergy
- PP
- PLC, Power Line CommunicationPLC, Power Line Communication
- CC
- CANCAN
- LL
- LINLIN
- EE
- Ethernetethernet
- Ff
- Fibre Channel Fiber Channel
- 205205
- Filter filter
- 405405
- Teilerdivider
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022207686.9A DE102022207686A1 (en) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | Data processing device and processing system on board a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022207686.9A DE102022207686A1 (en) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | Data processing device and processing system on board a vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022207686A1 true DE102022207686A1 (en) | 2023-08-03 |
Family
ID=87160672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022207686.9A Ceased DE102022207686A1 (en) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | Data processing device and processing system on board a vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022207686A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130201316A1 (en) | 2012-01-09 | 2013-08-08 | May Patents Ltd. | System and method for server based control |
DE102017008235A1 (en) | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Diehl Aerospace Gmbh | Transmission arrangement for the transmission of data within an aircraft and aircraft |
-
2022
- 2022-07-27 DE DE102022207686.9A patent/DE102022207686A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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