DE10207222A1

DE10207222A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prozessdatenerfassen

Info

Publication number: DE10207222A1
Application number: DE2002107222
Authority: DE
Inventors: Andreas Heinzelmann; Steffen Koser
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Erfassen eines, aus Teildatensätzen mehrerer Steuergeräte zusammengesetzten, zeitpunktbezogenen Datensatzes in einem verteilt arbeitenden System, bei welchem Daten über einen seriellen Datenbus zwischen den Steuergeräten und einem Daten empfangenden Steuergerät austauschbar sind, mit den Schritten, Auslösen des Datenerfassens über den Datenbus, Erfassen der Teildatensätze durch die Steuergeräte, Bereitstellen der Teildatensätze auf dem Datenbus durch die Steuergeräte und Zusammenführen des zeitpunktbezogenen Datensatzes durch das empfangende Steuergerät, wobei die Teildatensätze der Steuergeräte von den Steuergeräten durch wiederholtes Abtasten von Daten für aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte in einem Zeitintervall ermittelt werden, wobei die Zeitintervalle der Steuergeräte mindestens so groß sind, dass diese sich mindestens an einem Zeitpunkt überschneiden. Das Verfahren eignet sich besonders zur synchronen Prozessdatenerfassung bei der Onboard-Diagnose in einem Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prozessdatenerfassen in einem verteilt arbeitenden technischen System, insbesondere die zeitkonsistente Datenerfassung von Daten, von über einen Datenbus mit einem Diagnosegerät vernetzten Steuergeräten, für die Systemdiagnose bei der Onboard-Diagnose in Kraftfahrzeugen. Zielsetzung des Verfahrens ist es, in einem verteilten System mit nicht deterministischem Busverhalten eine innerhalb gegebener Zeitintervalle zeitgleiche Abtastung von relevanten Größen, unter Gewährleistung der Konsistenz der Daten, zu erreichen. Das Verfahren wird innerhalb eines vernetzten Systems angewandt. Das vernetzte System beinhaltet im Fall der Systemdiagnose in einem Kraftfahrzeug Steuergeräte, welche mit einem Diagnosegerät vernetzt sind. Um den Systemzustand zu einer bestimmten Zeit zu analysieren benötigt die Systemdiagnose Prozessdaten der einzelnen Steuergeräte, welche sich auf einen Zeitpunkt beziehen. Unter Onboard-Diagnose versteht man die produktintegrierte Eigendiagnose des Fahrzeugs selbst, unabhängig von einer Service Station. Das Diagnosegerät befindet sich also im Kraftfahrzeug. Um ein qualitativ hochwertiges Diagnoseergebnis generieren zu können, ist eine genau definierte, einheitliche Bereitstellung der systemdiagnose-relevanten Daten seitens der Steuergeräte erforderlich. Die Daten müssen dabei einen bestimmten Systemzustand repräsentieren.
In einem verteilten System, in dem verschiedene Module über ein Kommunikationsmedium mit nichtdeterministischem Busverhalten, also einem seriellen Bus, z. B. einem CAN-Bus, kommunizieren, ist es erforderlich, dass relevante Daten innerhalb eines Toleranzbereichs zeitgleich abgetastet werden und Konsistenz aufweisen. Diese zeitgleiche Abtastung wird auch als Synchronisationskriterium bezeichnet. Bei der Systemdiagnose erhalten die einzelnen, im System vorhandenen Steuergeräte eine Anforderung, ihre Prozessdaten zu aktualisieren und für die Diagnose bereitzustellen. Dabei kommt es zu Hard- und Software spezifischen Verzögerungen bei der Datenerfassung, welche zu nicht tolerierbaren zeitliche Abweichungen bei der Abtastung der Daten durch die Steuergeräte führt.
Die Prozessdaten der einzelnen Steuergeräte müssen quasi zum gleichen Zeitpunkt abgetastet und an das Systemdiagnose- Steuergerät verschickt werden. Für den Abtastprozess ist das zeitgleiche Einlesen der Eingangsgrößen sowie das Setzen der Ausgangsgrößen zu berücksichtigen. Erste Schwierigkeiten ergeben sich durch das verwendete Kommunikationsmedium. Der im Fahrzeug eingesetzte CAN-Bus verwendet das Carrier-Sense- Multiple-Access-Buszugriffsverfahren (CSMA), also ein stochastisches Buszugriffsverfahren. Hierdurch erfolgt die Belegung des Busses nicht deterministisch. Dadurch, dass die Nachrichten höherer Priorität bevorzugt auf den Bus gelegt (Buszugriff) werden und andere Botschaften somit zeitliche Verzögerungen beim Buszugriff erleiden können, kann in einem komplexen System keine Aussage über den genauen Buszugriffszeitpunkt einer Nachricht gemacht werden. Auch das zeitgleiche Verschicken abgetasteter, erfasster Prozessdaten ist aus dem gleichen Grunde nicht zu realisieren.
Ein weiteres Problem stellen die unterschiedlichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten der einzelnen Steuergeräte (Module) dar. Die in einem System zum Einsatz kommenden Komponenten sind hinsichtlich deren Anforderungen wesentlich verschieden und werden von unterschiedlichen Herstellern entwickelt. Aus diesem Grund unterscheiden sich die einzelnen Module sowohl in ihrem physikalischen Aufbau, als auch in der zugehörigen Applikation deutlich. Hieraus resultieren unterschiedliche Geschwindigkeiten bei der Bearbeitung der Prozessdatenaufbereitung.
Gleichzeitig steht den verteilt arbeitenden Einheiten keine globale Systemzeit zur Verfügung. Die einzige gemeinsame Schnittstelle des Systems stellt der CAN-Bus dar. Somit können dem System Triggerereignisse und Befehle zur Steuerung nur über das Kommunikationsmedium mitgeteilt werden.
Eine Synchronisation der Daten im Gesamtsystem ist aufgrund der aufgeführten Problematik nicht automatisch gegeben. Somit muss man sich separater, vom Kommunikationsmedium unabhängiger Verfahren bedienen um das Problem des CSMA-Buszugriffs und der asynchronen Abarbeitung zu umgehen.
Die DE 44 43 218 A1 offenbart eine Einrichtung zur Zusammenfassung diagnoserelevanter Daten in Kraftfahrzeugen. Dabei sind Steuergeräte als Bestandteile der Einrichtung über einen Bus untereinander kommunikationsfähig ausgebildet und so beschaffen, dass sie zur eigenständigen Fehlererkennung und Abgabe von Anforderungen oder Setzen von Fehlercodes auf den Datenbus in der Lage sind. Ein mit den Steuergeräten kommunikationsfähiges Bus-Speichermodul ist so beschaffen, dass es auf eine derartige Anforderung hin diagnoserelevante Daten abspeichert. Die Daten können dann zur späteren Auswertung ausgelesen werden. Das System stellt jedoch nicht sicher, dass die abgespeicherten Daten sich auf einen identischen Zeitpunkt beziehen.
Die DE 44 08 488 A1 offenbart ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei verteilt arbeitenden Steuergeräten, welche über einen seriellen Datenbus miteinander verbunden sind. Die Daten werden von einem Daten empfangenden Steuergerät angefordert, wobei nicht die zur Zeit der Anforderung an das empfangende Steuergerät vorhandene Daten übertragen werden, sondern zwischenzeitlich aktualisierte Daten. Die Offenlegungsschrift offenbart nicht, wie Daten von mehreren Steuergeräten derart an ein empfangendes Steuergerät übermittelt werden können, dass alle Daten zu einem identischen Zeitpunkt erfasst wurden.
Nachteilig bei den Verfahren zum Prozessdatenerfassen gemäß Stand der Technik sind die folgende Einschränkungen:

- Die Datenerfassung erfolgt nicht für jede Komponente des Systems in einem genau definierten Zeitfenster, als quasi zeitgleich.
- Die zu erfassenden Daten können sich während der Erfassung verändern, sie weisen daher keine Konsistenz auf.
- Da sich die erfassten Daten nicht auf einen identischen Zeitpunkt beziehen resultieren Ungenauigkeiten bei der Analyse des Systemzustandes.

Da die Verfahren zur Prozessdatenerfassen gemäß dem Stand der Technik diese Nachteile aufweisen erfüllen die Verfahren nicht das geforderte Synchronisationskriterium.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prozessdatenerfassung in einem verteilt arbeitenden technischen System bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und insbesondere eine Datenerfassung von Daten mehrerer Steuergeräte zu einem übereinstimmenden Zeitpunkt für die Systemdiagnose gestatten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Besondere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass nicht notwendiger Weise ein kompletter Datensatz zu einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. zum Zeitpunkt einer Datenanforderung, vorliegen muss. Es ist genauso gut möglich einen kompletten Datensatz, welcher einem kurz darauf folgenden Abtastzeitpunkt entspricht zur Systemdiagnose heranzuziehen. Nachfolgend werden die zu erfassenden Prozessdaten, welche innerhalb eines Toleranzbereiches auf einen Zeitpunkt bezogen sind als zeitpunktbezogener Datensatz bezeichnet. Dieser zeitpunktbezogene Datensatz wird in einem Daten empfangenden Steuergerät aus Teildatensätzen, welche von den einzelnen Steuergeräten im vernetzten System erfasst werden, zusammengeführt. Wesentlich ist, dass die Teildatensätze der an der Datenerfassung beteiligten Steuergeräte, aus welchen der zeitpunktbezogene Datensatz zusammengeführt wird, zum gleichen Zeitpunkt innerhalb eines Toleranzbereichs abgetastet werden. Es wird daher nicht ein Datensatz zum Zeitpunkt, an welchem die Datenerfassung zur Erfassung eines vollständigen zeitpunktbezogenen Datensatzes ausgelöst wird, in einem die Daten empfangenden Steuergerät zur Weiterverwendung gesammelt, sondern ein Datensatz, welcher einem darauf folgenden Abtastzeitpunkt entspricht. Dieser folgende Abtastzeitpunkt ist gegenüber dem Startzeitpunkt um mindestens die maximale der zufälligen, datenbusbedingten und/oder steuergerätspezifischen Verzögerungszeiten versetzt. Die Teildatensätze der Steuergeräte werden von den Steuergeräten durch wiederholtes Abtasten von Daten für aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte in einem Zeitintervall ermittelt, wobei die Zeitintervalle der Steuergeräte mindestens so groß sind, dass diese sich mindestens an einem Zeitpunkt überschneiden. Jedes Steuergerät kann dabei in einem Zeitintervall unterschiedlicher Länge Daten abtasten. Die Zeitintervalle der Steuergeräte können jedoch auch identische Länge aufweisen. Die Zeitintervalle der Steuergeräte beginnen jedoch zu jeweils unterschiedlichen Anfangszeitpunkten. Diese Anfangszeitpunkte der Zeitintervalle der Steuergeräte können allenfalls zufällig übereinstimmen. Die Mindestlänge der Zeitintervalle der einzelnen Steuergeräte wird dabei durch die maximale Verzögerungszeit und eine Konsistenzzeit, innerhalb welcher die Daten der einzelnen Steuergeräte sich nicht ändern dürfen um eine fehlerfreie Systemdiagnose zu ermöglichen, bestimmt. Diese Konsistenzzeit gewährleistet die Datenkonsistenz bei gleichzeitiger Datenerfassung. Es wird bevorzugt beim Bestimmen der Teildatensätze ein Vergleich zwischen den beim Abtasten an den aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten gewonnenen Daten vorgenommen und für den Teildatensatz des jeweiligen Steuergerätes, welcher auf dem Datenbus bereit gestellt wird, werden die abgetasteten Daten übernommen falls die abgetasteten Daten während des Zeitintervalls konstant sind, also alle abgetasteten Datensätze innerhalb eines Steuergerätes für das aktuelle Datenerfassen identisch sind. Falls bei dem aktuellen Datenerfassen eine Datenänderung innerhalb des Zeitintervalls festgestellt wird, wird bevorzugt eine Fehlermeldung an das empfangende Steuergerät abgegeben. Diese Fehlermeldung führt bevorzugt zum Neuinitiieren, d. h. zum Neuauslösen des Datenerfassens durch das empfangende Steuergerät. Das empfangende Steuergerät beendet das Datenerfassen und löst es neu aus. Die erfindungsgemäß erfassten Teildatensätze werden bevorzugt am Ende der Zeitintervalle von den Steuergeräten auf dem Datenbus bereit gestellt. Beim Zusammenführen des zeitpunktbezogenen Datensatzes durch das empfangende Steuergerät wird bevorzugt geprüft, ob alle Teildatensätze des zeitpunktbezogenen Datensatzes für mindestens einen übereinstimmenden Zeitpunkt vollständig empfangen wurden. Erst bei positiver Prüfung wird der zeitpunktbezogene Datensatz zur weiteren Auswertung, z. B. innerhalb einer Systemdiagnose verwendet. Die Prüfung wird bevorzugt derart vorgenommen, dass die empfangenen Teildatensätze in einer Matrix mit den Dimensionen Abtastzeitpunkt und Nummer der bereitstellenden Steuergeräte markiert werden. Der Datensatz gilt als vollständig empfangen, sobald eine lückenlos gefüllten Zeile oder Spalte der Matrix für einen Abtastzeitpunkt besteht. D. h. das Prüfungsergebnis gilt als positiv (vollständig empfangen), wenn für einen Abtastzeitpunkt der Empfang der Teildatensätze von jedem Steuergerät markiert ist.

Erfindungsgemäß erfolgt also eine mehrfache Abtastung während eines Datenerfassungsprozesses. Die Teildatensätze der Steuergeräte werden solange erfasst, bis sichergestellt ist, dass jedes Steuergerät im System den Prozess der Datenerfassung begonnen hat. Somit ist ein Bereich garantiert, in welchem die Datenerfassung zeitgleich vorgenommen wird. Die Größe der möglichen, aus der Systemhard- und Software resultierenden zeitlichen Ungenauigkeit ist im Vorfeld bestimmbar und somit bekannt. Das Zeitintervall in dem wiederholt abgetastet wird kann somit vorab bestimmt werden. Die bevorzugte Länge des Zeitintervalls der Steuergeräte ist somit für alle Steuergeräte identisch. Diese Länge des Zeitintervalls kann entweder durch die Angabe einer Zeit oder durch die Angabe einer Anzahl von Abtastungen, bei festgelegten Zeiten zwischen den Abtastungen, angegeben werden. Datenkonsistenz ist durch Kontrolle der bei den einzelnen Abtastungen erfassten Daten sicher gestellt, da diese nur für das empfangende Steuergerät auf dem Datenbus bereit gestellt werden, falls keine Datenänderung bei einem Steuergerät festgestellt wird. Eine Verletzung der Datenkonsistenz wird während des Prozesses erkannt und als inkonsistent markiert. Es wird eine Fehlermeldung von dem betroffenen Steuergerät abgegeben, was zum Neuinitiieren des Datenerfassungsprozesses führt.

Die Problematik des stochastischen Buszugriffes ist bei der Auslösung der Datenerfassung, also einer Datenanforderung unkritisch. Bei der Bereitstellung der ausgelesenen Daten für die Diagnose ist diese Problematik allerdings zu berücksichtigen. Es ist nicht vorhersehbar zu welchem genauen Zeitpunkt die relevanten Daten für das empfangende Steuergerät auf dem Datenbus bereitgestellt werden. Zur Lösung dieses Problems, kann eine Kennung in den Datenrahmen, also das Format der Datenübertragung auf dem Datenbus, integriert werden und innerhalb des die Daten empfangenden Steuergerätes in einer Prozessdatenaufbereitung überprüft werden, ob alle Daten mit der aktuellen Kennung von den Steuergeräten bereit gestellt wurden. Erst wenn alle Daten vorhanden sind, sind die Daten zu dem zeitpunktbezogenen Datensatz zusammenzufügen und, z. B. der Diagnose bereitzustellen. Sollte eine Konsistenzverletzung gemeldet werden, sind alle Daten zu verwerfen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der Teildatensätze durch die Steuergeräte nur bei einer Datenänderung gegenüber einem vorangegangenen Erfassen eines zeitpunktbezogenen Datensatzes. Bei Datenidentität wird die Bereitstellung des Teildatensatzes durch Abgeben einer Systemnachricht durch das Steuergerät, bei welchem die Datenidentität festgestellt wird, ersetzt. Hierdurch kann die Datenbusbelastung reduziert werden.

Die Auslösung des Datenerfassens kann auf zwei Arten erfolgen. Zum einen durch ein externes Ereignis, z. B. eine CAN- Nachricht, welche z. B. von einem Systemdiagnosesteuergerät abgegeben wird oder durch einen internen Zeit- bzw. Taktgeber (Timer), bei einer zyklischen Datenerfassung. In beiden Fällen ist eine lokale Verzögerungszeit, bezogen auf das Gesamtsystem unvermeidlich.

Eine externe Auslösung wird im Diagnose-System bevorzugt vom Systemdiagnose-Steuergerät erfolgen. Dieses schickt eine Nachricht an alle beteiligten Steuergeräte, das Datenerfassen zu starten. Jedes Steuergerät beginnt somit sofort nach Auswertung der Nachricht mit der Abtastung. Die Verzögerungszeit ergibt sich durch das nicht deterministische Busverhalten, wonach nicht vorhersehbar ist, wann die Nachricht auf den Bus gelegt wird. Diese Zeit ist nicht im Voraus zu bestimmen, allerdings kann die Maximalzeit mit Hilfe einer Buslastanalyse des Gesamtsystems näherungsweise errechnet werden. Diese Verzögerung ist für alle Steuergeräte gleich und aus diesem Grund nicht in die Verzögerungszeit einzurechnen. Allerdings analysieren die einzelnen Steuergeräte, abhängig von dessen Hard- und Software, die ankommenden Nachrichten unterschiedlich schnell. Somit bestimmt das langsamste Steuergerät die Verzögerungszeit t_V bei der Auslösung durch externe Ereignisse.

Die Auslösung kann auch durch interne Ereignisse, z. B. Timer, erfolgen. Hierbei stellt sich ein ähnliches Problem wie bei der externen Auslösung. Die Timer der einzelnen Steuergeräte müssen einmal zeitgleich gestartet werden, z. B. durch eine CAN- Nachricht "Applikationsstart". In beiden genannten Beispielen besteht die Problematik der unterschiedlichen Abarbeitungsgeschwindigkeiten der Steuergeräte. Diese sowie die Genauigkeit bzw. Ungenauigkeit der einzelnen Timer bestimmen in diesem Fall die Verzögerungszeit.

Für eine Realisierung für die Systemdiagnose können beide Mechanismen gekoppelt werden. Die Steuergeräte können durch ihren internen Timer in Abständen von einigen ms den Datenerfassungsprozess starten und Daten ermitteln. Ferner kann das Systemdiagnose-Steuergerät eine Anforderung nach Daten senden, welche höhere Priorität als die internen Timer besitzt. Diese kann ebenfalls für einen Neustart der internen Timer verwendet werden, was zu einer Synchronisation der internen Timer führt.

Ein Datensynchronisationsprozess ist nur dann als erfolgreich zu werten, wenn zur Zeit der Abtastung Datenkonsistenz vorhanden ist. Jedes Steuergerät muss während seiner lokalen Abtastphase, d. h. während des Zeitintervalls in welchem bei der aktuellen Datenerfassung die Abtastungen erfolgen, sicherstellen, dass seine Daten während dieser Zeit unverändert sind. Dies erfordert eine Überprüfung der aktuell abgetasteten Daten mit denen der vorherigen Abtastung.

Im Falle einer in einem Steuergerät auftretenden Konsistenzverletzung wird bevorzugt der Datenerfassungsprozess beendet und eine Fehlermeldung über den Datenbus versendet. Die Fehlermeldung kann als normale CAN-Nachricht ausgeprägt sein. Aus dem Aufbau dieser Nachrichten muss ersichtlich sein, dass der Prozess als ungültig gewertet worden ist, z. B. durch setzten eines Fehlerbits. Nun kann das Systemdiagnosesteuergerät entscheiden wie weiter vorzugehen ist. Bevorzugt wird der Datenerfassungsprozess nach Erhalt einer derartigen Nachricht neu initiiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und gestattet eine zeitkonsistente Datenerfassung in einem verteilt arbeitenden vernetzten System. Die für die Synchronisation benötigten Timer können auf Steuergeräteebene realisiert werden, ebenso die Datenkonsistenzprüfung. Für das Auslösen des Datenerfassens wird bevorzugt die dargestellte gekoppelte Lösung angewandt. Dies hat eine Synchronisation der internen Steuergeräte-Timer zu Folge.

In einem komplexen, vernetzten System, in welchem ein Kommunikationsmedium mit nicht deterministischem Buszugriffsverfahren zur Verbindung der einzelnen Komponenten zum Einsatz kommt, z. B. CAN, ist es durch diese Erfindung möglich, die Daten der einzelnen Komponenten quasi zeitgleich zu erfassen. Alle Komponenten, d. h. Steuergeräte, erfassen die benötigten Daten zeitgleich in genau definierten Zeitfenstern. Diese Daten können von einem nachfolgenden Prozess, wie der Systemdiagnose, zur Ermittlung des Zustands einzelner Systemkomponenten oder des Gesamtsystems herangezogen werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere folgende Vorteile realisiert:

- Es wird eine zeitgleiche Erfassung aller relevanter Daten eines komplexen, mit einem seriellen Datenbus vernetzten Systems ermöglicht.
- Die Zeitintervalle, in denen die Daten erfasst werden, können genau definiert werden.
- Es erfolgt eine Konsistenzüberwachung der Daten während der Erfassung.
- Die Busbelastung wird minimiert.

Die vorliegende Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen vernetzten Systems, welches eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Fig. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren zur Datensynchronisation.

Fig. 3 zeigt in einem Zeitdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Datensynchronisation, bei welcher die Zeitintervalle, in welchen Daten von den einzelnen Steuergeräten erfasst werden, für alle Steuergeräte die gleiche Länge aufweisen, d. h. konstant sind.

In Fig. 1 wird der Aufbau eines erfindungsgemäßen vernetzten Systems dargestellt. Ein Daten empfangendes Steuergerät 100, z. B. ein Diagnosesteuergerät oder ein erfindungsgemäß eingerichtetes Datenerfassungsmodul, ist über einen seriellen Datenbus 50 mit mehreren Steuergeräten 20, 30, 40 vernetzt. Das Datenerfassungsmodul 120, bzw. dessen Funktionalität, ist im dargestellten Beispiel in das empfangende Steuergerät integriert. Über den Datenbus wird die Datenerfassung vom Diagnosesteuergerät ausgelöst 3. Die Steuergeräte 20, 30, 40 erfassen deren zugehörige Teildatensätze. Aus diesen Teildatensätzen wird der zeitpunktbezogene Datensatz durch das empfangende Steuergerät zusammengefügt. Das Erfassen der Teildatensätze durch die Steuergeräte erfolgt durch mehrfaches Abtasten 1 von Daten an aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten t_i. In der Figur wird von jedem Steuergerät vier mal abgetastet. Die Abtastungen erfolgen in einem Zeitabstand Δt, dargestellt durch die vier gleichen Abschnitte innerhalb des Zeitfensters 11 in der Darstellung. Die aufeinanderfolgenden Abtastungen finden in einem Zeitintervall statt, welches sich aus dem Vierfachen von Δt ergibt. Der Anfang dieses Zeitintervalls ist in jedem Steuergerät innerhalb des Zeitfensters 11 verschoben. Dies resultiert aus den beschriebenen Hard- und Softwareabhängigen Zeitverzögerungen, d. h. Reaktionszeiten. Das Steuergerät 20 beginnt zuerst mit dem Abtasten von Daten. Steuergerät 40 hat eine etwas längere Reaktionszeit. Es beginnt daher etwas später mit der Abtastung von Daten. Steuergerät 30 hat die größte Reaktionszeit in der Figur. Es beginnt daher als letztes mit dem Abtasten von Daten. Innerhalb der Steuergeräte erfolgt ein Vergleich der an den aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten ermittelten Daten. Das Erfassen der Teildatensätze erfolgt durch Übernahme der ermittelten Daten, falls während des Zeitintervalls keine Datenänderung beim jeweiligen Steuergerät aufgetreten ist. Diese Teildatensatzerfassung 10 erfolgt innerhalb der Steuergeräte. Die Teildatensätze werden auf dem Datenbus durch die Steuergeräte bereit gestellt 2, damit diese vom datenempfangenden Steuergerät übernommen werden können 4. Das datenempfangenden Steuergerät nimmt eine Zusammenführung der Teildatensätze zu dem zeitpunktbezogenen Datensatz vor. In der Figur sind die Zeitfenster 11 mit den darin eingetragenen Zeitintervallen der Steuergeräte innerhalb des Datenerfassungsmoduls 120 in Matrixform übereinander dargestellt. Diese Matrix hat die Dimension Steuergerätenummer S₂₀ bis S₄₀ und die Dimension Abtastzeitpunkt t_i. Die Zeitintervalle der Steuergeräte sind so groß, dass diese sich innerhalb eines Überschneidungszeitintervalls Δt_k 110 überlappen. Die Zeitpunkte an denen eine Abtastung vorgenommen wurde sind diejenigen, welche innerhalb der jeweils vier Zeitabstände Δt liegen. Eine vom Datenerfassungsmodul durchgeführte Überprüfung, ob alle Teildatensätze empfangen sind führt im dargestellten Fall zu einem positiven Ergebnis, da zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Überschneidungszeitintervalls Δt_k 110 die durch das Überschneidungszeitintervall 110 markierte Spalte der Matrix in jeder Zeile markiert ist.

Fig. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm das aufgezeigte Grundprinzip der erfindungsgemäßen Datensynchronisation. Es werden jeweils Abtastungen auf einer Zeitachse t für vier Steuergeräte SG_i dargestellt. Die Abtastungen sind durch gefüllte Dreiecke dargestellt. Die Abtastungen erfolgen in einem Zeitfenster, beginnend mit der Auslösung zur Datenerfassung T_A.

Nach dem Zeitpunkt der ersten Auslösung zur Datenerfassung T_A ist eine maximale Verzögerungszeitspanne t_V zu berücksichtigen, bis alle Steuergeräte SG_i mit dem Abtasten begonnen haben. Diese maximale Verzögerungszeitspanne t_V ergibt sich aus den unterschiedlichen Verzögerungszeitspannen der einzelnen Steuergeräte t_Vli. Die einzelnen Steuergeräte beginnen mit der Abtastung der Daten an den Zeitpunkten T_li. D. h. spätestens zum Zeitpunkt T_v haben alle Steuergeräte mit dem Datenerfassungsprozess begonnen. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt die Abtastung quasi synchron, was durch die Synchronisation der Abtastzeitpunkte über den Datenbus gewährleistet wird. Wenn sich die einzelnen Prozessgrößen ab dem Zeitpunkt T_V nach einer durchlaufenen Konsistenzzeitspanne t_K nicht geändert haben, ist eine Datenkonsistenz erreicht. Die Steuergeräte müssen daher mindestens bis zum Zeitpunkt T_K das Abtasten der Daten fortsetzen. Das Zeitintervall, in welchem die Steuergeräte durch wiederholtes Abtasten von Daten für aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte die Teildatensätze erfassen setzt sich also aus der Zeit t_V plus t_K zusammen. Um Datenkonsistenz zu gewährleisten, ist mindestens ab dem Zeitpunkt T_V eine Gleichheitsüberprüfung der Daten des vorherigen Abtastzeitpunktes durchzuführen. Erfindungsgemäß wird diese Gleichheitsüberprüfung während dem gesamten Zeitintervall in dem die Steuergeräte wiederholt Daten abtasten vorgenommen. Dies erfolgt, da die einzelnen Steuergeräte den Zeitpunkt T_V nicht kennen.

In Fig. 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Datensynchronisation bei welchem das Zeitintervall, in welchem Daten von den einzelnen Steuergeräten erfasst werden, für alle Steuergeräte die gleiche Mindestlänge aufweisen, d. h. konstant sind, in einem Zeitdiagramm dargestellt. Dadurch wird sicher gestellt, dass sich die Zeitintervalle in denen die Steuergeräte SG_i Daten abtasten mindestens teilweise überschneiden. Dies ist notwendig, da die Steuergeräte nicht in der Lage sind zu erkennen, wann der Zeitpunkt T_V, an dem alle Steuergeräte mit dem Datenerfassungsprozess begonnen haben, erreicht ist. Ein Überschneidungszeitintervall ist durch die schraffierte Fläche markiert. Es werden jeweils Abtastungen auf einer Zeitachse t für drei Steuergeräte SG_i dargestellt. Die Abtastungen sind durch gefüllte Dreiecke dargestellt. Die Abtastungen erfolgen in einem Zeitfenster, beginnend mit der Auslösung zur Datenerfassung T_A. Im dargestellten Beispiel tastet jedes Steuergerät acht mal Daten ab.

Da die Steuergeräte, bedingt durch die Hard- und Softwareabhängigen individuellen Verzögerungen den Zeitpunkt T_A nicht kennen, wird der Zeitpunkt T_V relativ zu einem lokalen Auslösezeitpunkt T_Lx der einzelnen Steuergeräte bestimmt und nicht als Absolutwert in Bezug zum ersten Zeitpunkt der Auslösung T_A. Die fest definierte Zeit t_v wird nun von jedem Steuergerät, vom Zeitpunkt ihres lokalen Auslösezeitpunktes T_Lx, durchlaufen. Durch Einführung einer zusätzlich zu durchlaufenden Zeit t_K ist die Konsistenz der erfassten Daten garantiert und es entsteht während der Abtastung ein Bereich, in welchem der Abtastprozess zeitlich synchron erfolgt. Dieser Bereich ist das Überschneidungszeitintervall. Jedes Steuergerät hat während des gesamten Prozesses seine ausgelesenen Daten auf Konsistenz zu prüfen. Sollte dies, unabhängig vom Steuergerät und der Schwere der Konsistenzverletzung, z. B. der prozentualen Datenänderung, nicht der Fall sein, ist das Synchronisationskriterium nicht erfüllt.

In der Figur haben alle drei Steuergeräte zwischen den Zeitpunkten T_A und T_V mit dem Abtastvorgang begonnen und durchlaufen das Zeitintervall t_v plus t_K. In diesem Zeitintervall werden die Daten wiederholt abgetastet. Hieraus ergibt sich immer ein genau definierter Zeitbereich (hier schraffiert dargestellt), in welchem Datensynchronität garantiert ist. Die Größe dieses Bereiches entspricht der Zeitspanne t_K. Bezugszeichenliste 1 Abtastung
2 Bereitstellung von Daten
3 Auslösung der Datenerfassung
4 Übernahme von Daten vom Datenbus
10 Teildatensatzerfassung
11 Zeitfenster
20, 30, 40 Steuergerät
50 Datenbus
100 Daten empfangendes Steuergerät
110 Überschneidungszeitintervall
120 Datenerfassungsmodul

Claims

1. Verfahren zum Erfassen eines, aus Teildatensätzen mehrerer Steuergeräte zusammengesetzten, zeitpunktbezogenen Datensatzes in einem verteilt arbeitenden System, bei welchem Daten über einen seriellen Datenbus zwischen den Steuergeräten und einem Daten empfangenden Steuergerät austauschbar sind, mit den Schritten,

- Auslösen des Datenerfassens über den Datenbus,

- Erfassen der Teildatensätze durch die Steuergeräte,

- Bereitstellen der Teildatensätze auf dem Datenbus durch die Steuergeräte und

- Zusammenführen des zeitpunktbezogenen Datensatzes durch das empfangende Steuergerät,

dadurch gekennzeichnet, dass die Teildatensätze der Steuergeräte von den Steuergeräten durch wiederholtes Abtasten von Daten für aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte in einem Zeitintervall ermittelt werden, wobei die Zeitintervalle der Steuergeräte mindestens so groß sind, dass diese sich mindestens an einem Zeitpunkt überschneiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zeitpunktbezogene Datensatz aus Prozessdaten von Steuergeräten für eine Systemdiagnose in einem Kraftfahrzeug besteht.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestimmen der Teildatensätze ein Vergleich zwischen den beim Abtasten an den aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten gewonnenen Daten vorgenommen wird und für den Teildatensatz des jeweiligen Steuergerätes die abgetasteten Daten übernommen werden falls die abgetasteten Daten während des Zeitintervalls konstant sind, wobei bei Datenänderung innerhalb des Zeitintervalls eine Fehlermeldung an das empfangende Steuergerät abgegeben wird und die Fehlermeldung zum Neuinitiieren des Datenerfassens durch das empfangende Steuergerät führt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastzeitpunkte für die Datenerfassung durch die Steuergeräte durch ein über den Datenbus bereit gestelltes Timersignal synchronisiert werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Zeitintervalle der Steuergeräte identisch sind und/oder dass die Zeitintervalle durch eine Mindestzahl von Datenerfassungen an aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten vorgegeben sind.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösen des Erfassens der Daten durch die Steuergeräte durch einen von dem empfangenden Steuergerät bestimmten Startzeitpunkt initiiert wird und/oder ein Beenden des Erfassens durch das empfangende Steuergerät initiiert wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Teildatensätze auf den Datenbus durch die Steuergeräte am Ende der Zeitintervalle erfolgt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Teildatensätze durch die Steuergeräte nur bei einer Datenänderung gegenüber einem vorangegangenen Erfassen eines zeitpunktbezogenen Datensatzes erfolgt, wobei bei Datenidentität das Datenbereitstellen durch Abgeben einer Systemnachricht durch das Steuergerät, bei welchem die Datenidentität festgestellt wird, ersetzt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenführen des zeitpunktbezogenen Datensatzes durch das empfangende Steuergerät geprüft wird, ob alle Teildatensätze des zeitpunktbezogenen Datensatzes für mindestens einen übereinstimmenden Zeitpunkt vollständig empfangen wurden.

10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung derart vorgenommen wird, dass die empfangenen Teildatensätze in einer Matrix mit den Dimensionen Abtastzeitpunkt und Nummer der bereitstellenden Steuergeräte markiert werden und der Datensatz als vollständig empfangen gilt, sobald eine lückenlos gefüllten Zeile oder Spalte der Matrix für einen Abtastzeitpunkt besteht.

11. Über einen seriellen Datenbus vernetztes System, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 mit,
Steuergeräten, eingerichtet um Teildatensätze zu erfassen und zum Bereitstellen der Teildatensätze auf dem Datenbus,
Mitteln zum Auslösen des Datenerfassens und
einem Daten empfangenden Steuergerät, eingerichtet um die Teildatensätze zu einem zeitpunktbezogenen Datensatz zusammenzuführen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräte eingerichtet sind die Teildatensätze durch wiederholtes Abtasten von Daten für aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte in einem Zeitintervall zu ermitteln, wobei die Zeitintervalle der Steuergeräte mindestens so groß sind, dass diese sich mindestens an einem Zeitpunkt überschneiden.

12. Vernetztes System nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Daten empfangende Steuergerät eingerichtet ist eine Prüfung, ob alle Teildatensätze des zeitpunktbezogenen Datensatzes für mindestens einen übereinstimmenden Zeitpunkt vollständig empfangen wurden durchzuführen, wobei das empfangende Steuergerät als Datenerfassungsmodul ausgebildet ist, welches den vollständigen zeitpunktbezogenen Datensatz an ein Systemdiagnosemodul übergibt.