DE10237717A1 - Drahtloses Kommunikationssystem für wenigstens eine Steuereinheit in einem Fahrzeug - Google Patents

Drahtloses Kommunikationssystem für wenigstens eine Steuereinheit in einem Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Es wird ein drahtloses Kommunikationssystem für Steuereinheiten in einem Fahrzeug vorgeschlagen, bei welchem ein Gateway-Controller vorgesehen ist, der über eine erste Schnittstelle mit wenigstens einem Microcontroller einer Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden ist, der über eine zweite Schnittstelle mit einer drahtlosen Kommunikationsverbindung verbunden ist, wobei die zweite Schnittstelle wenigstens ein Schnittstellenelement umfasst, welches die breitbandige Übertragung von Daten über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle erlaubt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Endung betrifft ein drahtloses Kommunikationssystem für wenigstens eine Steuereinheit in einem Fahrzeug insbesondere mit einer fahrzeugunabhängigen Rechnereinheit, vorzugsweise für Mess-, Applikations-, und/oder Entwicklungszwecke und/oder für Reparatur- bzw. Diagnosezwecke.
  • Derartige drahtlose Kommunikationssysteme sind in vielfältiger Ausprägung aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 44 44 727 A1 einen Vorschlag, bei welchem verschiedene, über einen Datenbus miteinander verbundene Steuereinheiten in einem Kraftfahrzeug über eine drahtlose Schnittstelle mit einem externen Lesegerät verbunden sind. Dabei ist ein Schnittstellenbaustein vorgesehen, welcher die Verbindung zur drahtlosen Schnittstelle bereitstellt. Dieser Baustein ist einer ausgewählten Steuereinheit zugeordnet. Als Beispiel für die Datenübertragung werden Übertragungen im Infraroten oder Datenübertragungen im Hochfrequenzbereich genannt. Hinweise auf eine konkrete Realisierung dieser Schnittstelle insbesondere im Hinblick auf die Anforderungen bezüglich einer hohen Datenrate, der Interferenzfestigkeit und/oder Sendeleistung für eine Datenübertragung aus dem Motorraum, etc. werden nicht gegeben.
  • Vorteile der Erfindung
  • Durch die Verwendung einer breitbandigen standardisierten Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation zwischen einer Steuereinheit im Fahrzeug, insbesondere im Motorraum und einer vorzugsweise im Fahrzeug befindlichen externen, vom Fahrzeug unabhängigen Rechnereinheit werden die notwendigen Anforderungen im Bezug auf eine hohe Datenrate erfüllt. Unter „breitbandig" wird hier eine Datenrate von mindestens mehreren Mbit/sec verstanden.
  • Besonders vorteilhaft ist bei der Verwendung einer standardisieren Schnittstelle die Verfügbarkeit integrierter standardisierter Bausteine, so dass der Aufwand zur Realisierung des drahtlosen Kommunikationssystems verringert werden kann. Dabei hat sich der Einsatz kommerzieller WLAN-Produkte auf der Basis des IEEE 802.11 Standards als vorteilhaft erwiesen, der Grundlage einer breitbandigen Kommunikation mit hoher Interferenzfestigkeit ist.
  • 7In besonders vorteilhafter Weise wird das drahtlose Kommunikationssystem bei der Applikation und Systementwicklung von Steuergeräten im Motorraum eines Fahrzeugs eingesetzt, wobei sich die fahrzeugunabhängige Rechnereinheit im Innenraum oder im Kofferraum des Fahrzeugs befindet. In diesem Anwendungsfall hat sich als Schnittstelle das standardisierte WLAN (Wireless local area network) als geeignet erwiesen, durch welches neben der erforderlichen hohen Datenrate auch die speziellen Anforderungen für die Datenübertragung aus dem Motorraum erfüllt werden.
  • In besonders vorteilhafter Weise wird ein Gateway-Microcontroller eingesetzt, welcher im bevorzugten Ausführungsbeispiel Teil einer Steuereinheit im Fahrzeug ist, welcher mit einer WLAN-Karte verbunden ist, deren elektrische Schnittstelle eine Nachbildung der entsprechenden Schnittstelle eines Personal Computers ist. Dadurch entfällt in vorteilhafter Weise eine Verkabelung zwischen Steuergerät und PC für Mess- und/oder Applikationszwecke. Dabei wird die Hardware- und softwaremäßig die Beschaltung in einem PC nachgebildet. Die Nachbildung wird durch den Gateway-Microcontroller realisiert.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Ansprüchen.
    •
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Die einzige Figur zeigt den Aufbau des drahtlosen Kommunikationssystems bestehend aus einem Steuergerät, vorzugsweise im Motorraum, und einem Messrechner, vorzugsweise im Fahrzeug, welche über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander verbunden sind.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • In der einzigen Figur ist ein Steuergerät 4 dargestellt, welches im Kraftfahrzeug, vorzugsweise im Motorraum, angeordnet ist. Die im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise wesentlichen Komponenten des Steuergeräts 4 sind in 1 dargestellt. Dies sind der oder die Microcontroller (1.1, 1.2) des Steuergeräts, die über eine serielle Schnittstelle 7 (z.B. SPI, SCI oder über eine parallele Schnittstelle (Bus) mit einem Gateway-Microcontroller 2 verbunden sind. Dieser Gateway-Microcontroller 2 ist wiederum mit einer Schnittstellenkomponente 3 verbunden, welches eine breitbandige Verbindung über eine Antenne 9 zu einer Luftschnittstelle 8 bereitstellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Komponente 3 eine WLAN-PCMCIA-Karte, welche die standardisierte WLAN-Schnittstelle bedient. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten 2 und 3 in das Steuergerät 4 integriert, wobei das Steuergerät auch die Spannungsversorgung für diese Komponenten bereitstellt. In einer vorteilhaften Ausführung sind diese Komponenten auf einer eigenen Leiterplatte angeordnet, die als zweite Lage im Gehäuse des Steuergerätes angeordnet ist. In anderen Ausführungen bilden die Komponenten 2 und 3 zusammen mit der Antenne 9 eine eigene Steuereinheit, die über die Schnittstelle 7 mit einem oder mehreren Steuergeräten im Fahrzeug verbunden sind.
  • Ferner ist ein externes Lesegerät 11 vorgesehen, vorzugsweise ein Laptop oder ein Messrechner, der sich in der Nähe des Steuergeräts 4 befindet, also insbesondere im Kraftfahrzeuginnenraum oder in dessen Kofferraum. Er umfasst den eigentlichen Rechner 6 sowie ein Schnittstellenelement 5, das über die Antenne 10 zur Kommunikation über die Luftschnittstelle dient. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer WLAN-Kommunikationsverbindung stellt der Baustein 5 einen WLAN-Baustein dar, beispielsweise ebenfalls eine WLAN-PCMCIA-Karte, eine WLAN-PCI-Karte oder eine WLAN-Basisstation.
  • Wesentlich ist, dass die Verbindung zwischen den beiden Einheiten über die Luftschnittstelle breitbandig konfigurierbar ist. In der bevorzugten Ausführung wird dabei eine WLAN-Komponente (z.B. eine PCMCIA-Karte oder ähnliches) direkt in ein Steuergerät im Motorraum integriert, wobei eine PC-Schnittstelle hardware- und softwaremäßig nachgebildet wird und die Ansteuerung der WLAN-Komponente mittels des ebenfalls in das Steuergerät integrierten Gateway-Controllers erfolgt. Neben der oben angesprochenen WLAN-Kommunikationsverbindung im Rahmen des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden in anderen Ausführungsbeispielen die entsprechende Komponenten durch UMTS-Module oder ein entsprechenden Kommunikations-Chip-Set für Datenkommunikation in zellularen Netzen ersetzt. In diesem Fall ist die Komponente 5 ein Modem. Vorteil dieser Lösung ist, dass Daten aus dem Steuergerät 4 nicht nur auf einen Messrechner im Innenraum oder Kofferraum des Kraftfahrzeugs übertragen werden können, sondern auch an einen Messrechner außerhalb des Kraftfahrzeugs.
  • Die Funktionsweise der in 1 dargestellten Anordnung ist wie folgt. Die zum Messrechner 11 zu übertragenden Daten werden von dem bzw. den Microcontrollern 1.1, 1.2 über die serielle oder parallele Schnittstelle 7 zum Gateway-Controller 2 übertragen. Dieser liest die Daten via Polling oder ausgelöst durch Interrupts ein. Im Gateway-Controller findet mittels Software eine Umsetzung der Daten zur. Übertragung mittels eines Internetprotokolls (IP) statt. Die Umsetzung besteht dabei im Wesentlichen aus einer Reformatierung und einer Resegmentierung der Daten, um die Steuergerätedaten auf Basis des Internetprotokolls mittels speziellen Datenübertragungsprotokollen wie TCP, oder UDP zu übertragen. Auf diese Übertragungsprotokolle ist noch ein zusätzliches logisches Protokoll, das eigentliche Messtechnikprotokoll aufgesetzt. Der Gateway-Controller 2 übernimmt dabei die Ansteuerung der WLAN-Karte 3, deren elektrische Schnittstelle eine Nachbildung der entsprechenden Schnittstelle eines Personal Computers ist. Die Nachbildung wird durch den Gateway-Microcontroller realisiert.
  • Die neu formatierten Daten werden dann mittels des Übertragungsprotokolls von der WLAN-Karte 3 zur Komponente 5 übertragen und von dort weiter an die entsprechende Software im Messrechner 6. Da die Datenübertragung zwischen den Komponenten bidirektional ist, erfolgt in umgekehrter Reihenfolge die Übertragung von Daten vom Messerechner (6) zum Steuergerät (4) in entsprechender Weise.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden WLAN-Komponenten eingesetzt, die die Anforderungen im Bezug auf Datenrate, Interferenzfestigkeit und Sendeleistung für eine Datenübertragung aus dem Motorraum erfüllen. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch die kommerzielle Verfügbarkeit integrierter standardisierter Bausteine. In einer alternativen Ausführungsform werden speziell für die Datenübertragung aus dem Motorraum entwickelte Kommunikationsmodule, beispielsweise Front-End, Basisbandchip, Kommunikationscontroller, etc. zum Einsatz gelangen.
  • In einer weiteren Ausführung werden die WLAN-Komponenten durch speziell für den Anwendungszweck entwickelte Kommunikationskomponenten ersetzt und das Übertragungsprotokoll durch ein speziell für den Anwendungsfall im Rahmen der Entwicklung und Applikation von Steuergeräten im Motorraum eines Kraftfahrzeugs entwickeltes Protokoll ersetzt.
  • Die oben erwähnten Komponenten umfassen alle zur Realisierung einer drahtlosen Kommunikation benötigten Subkomponenten (Basisbandchip, Front-End).

Claims (10)

  1. Drahtloses Kommunikationssystem für wenigstens eine Steuereinheit in einem Fahrzeug, wobei ein Gateway-Controller vorgesehen ist, der einerseits über eine erste Schnittstelle mit wenigstens einem Microcontroller einer Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden ist, der ferner über eine zweite Schnittstelle an eine drahtlose Kommunikationsverbindung angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schnittstelle eine Schnittstellenkomponente umfasst, welches eine breitbandige Verbindung über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle bereitstellt.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenkomponente eine Komponente zur Realisierung des standardisierten WLAN-Protokoll ist.
  3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gateway-Controller, die Schnittstellenkomponente und der wenigstens eine Microcontroller in ein Steuergerät integriert sind.
  4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass der Gateway-Controller und der Microcontroller der Steuereinheit in einem gemeinsamen Steuergerät untergebracht sind, wobei der Gateway-Controller und die Komponente auf einer eigenen Leiterplatte angeordnet sind, die als zweite Lage im Gehäuse des Steuergeräts angeordnet ist.
  5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit und/oder der Gateway-Controller im Motorraum des Fahrzeugs untergebracht ist
  6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gateway-Controller über die zweite Schnittstelle mit einem Rechner in Verbindung steht, der über eine Schnittstellenkomponente für die drahtlose Kommunikationsschnittstelle sowie über einen Messrechner oder einen Laptop verfügt.
  7. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner im Fahrzeuginnenraum oder Kofferraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
  8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gateway-Controller Daten des wenigstens einen Microcontrollers aufnimmt, diese Daten zur Übertragung über ein Internetprotokoll umsetzt und die umgesetzten Daten mittels Ansteuerung des Schnittstellenelements der zweiten Schnittstelle sendet und/oder in umgekehrter Weise Daten über die zweite Schnittstelle empfängt.
  9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zur Schnittstellenkomponente durch hardware- und softwaremäßige Nachbildung der Schnittstelle eines PC ausgebildet ist.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Nachbildung durch den Gateway-Microcontroller realisiert wird.
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