DE19732873A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Synchronisierung der Datenübertragung zwischen einem dezentralen Satellitengerät und einem zentralen Steuergerät in einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Synchronisierung der Datenübertragung zwischen einem dezentralen Satellitengerät und einem zentralen Steuergerät in einem KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Synchronisierung der Datenübertragung zwischen einem dezen
tralen Satellitengerät und einem zentralen Steuergerät in
einem Kraftfahrzeug. Insassenschutzsysteme in Kraftfahrzeugen
sind zunehmend mit Satellitengeräten ausgestattet, die zu
sätzlich zu einem zentralen Steuergerät Steuerfunktionen, zum
Beispiel die Auslösung eines Seiten-Airbags, übernehmen
können und/oder auch nur zur zusätzlichen Signalerfassung
eingesetzt werden können. Als Beispiel können dezentrale Sa
tellitengeräte zur Seitenaufprallerkennung eingesetzt werden,
und bestehen meist aus einem Sensor, zum Beispiel einem Be
schleunigungs- oder Drucksensor, einem Mikrocontroller, einem
Netzteil und einer Schnittstelle zur zentralen Auslöseein
heit. Das Satellitengerät kann somit aufprallrelevante Daten
vor Ort erfassen und diese mit Hilfe eines Algorithmus auf
Aufprallrelevanz überprüfen. Das Auswertungsergebnis kann
dann zu einem zentralen Steuergerät, zum Beispiel zu einer
zentralen Auslöseeinheit, übertragen werden. Die Mikrocon
troller der Satellitengeräte sind auf einen bestimmten, dem
Arbeitstakt des zentralen Steuergeräts entsprechenden Ar
beitstakt eingestellt, der mit Hilfe eines Quarzes oder eines
Resonators mit einer Genauigkeit von ca. 3% erzeugt wird. Das
Erfordernis eines solchen, frequenzstabilen Quarzes oder
Resonators in dem Satellitengerät begründet allerdings erhöh
ten Aufwand und beschränkt die Variabilität hinsichtlich der
verwendbaren Taktgeber.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Synchronisieren der Datenübertragung zwischen einem Satelli
tengerät und einem Steuergerät zu schaffen, das einen
einfacheren Aufbau des Satellitengeräts ermöglicht und
dennoch einen zuverlässigen Datenempfang gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten
Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weiterhin wird mit der Erfindung eine Vorrichtung gemäß
Patentanspruch 9 geschaffen.
Bei der Erfindung werden somit die Arbeitstakte des Satelli
tengeräts und des zentralen Steuergeräts miteinander ver
glichen und der Datenübertragungstakt und/oder der Daten
aufnahmetakt bei Abweichungen so angepaßt, daß eine korrekte
Datenübernahme und Datenauswertung im empfangenden Gerät
gewährleistet wird.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, anstelle eines aufwen
digen Resonators oder Quarzes im Satellitengerät einen ein
fachen RC-Oszillator zur Arbeitstakterzeugung einzusetzen.
Damit ist die Vielfalt der Auswahlmöglichkeiten bezüglich des
Arbeitstaktgenerators erhöht und es kann auch ein weniger
frequenzstabiler Oszillator eingesetzt werden, ohne daß sich
dies negativ auf die Kommunikation zwischen dem Satelliten
gerät und dem Steuergerät auswirkt. Weiterhin kann der Ar
beitstaktgenerator, das heißt insbesondere die RC-Oszillator
schaltung direkt im Mikrocontroller des Satellitengeräts oder
in einem anwendungsspezifizierten IC (ASIC) integriert
werden, was einen noch kompakteren Aufbau der Gesamtschaltung
ermöglicht.
Der Vergleich zwischen dem Satellitengerät-Arbeitstakt und
dem Steuergerät-Arbeitstakt kann in dem Satellitengerät oder
in einem externen Baustein durchgeführt werden, erfolgt aber
vorzugsweise direkt im zentralen Steuergerät, so daß einer
seits das Satellitengerät von dieser Funktion befreit ist und
einfach aufbaubar und programmierbar ist, und andererseits
der entsprechende Korrekturfaktor sofort im zentralen
Steuergerät bereitgestellt wird.
Die Korrektur kann hierbei zur Zeitkorrektur der Sendefre
quenz des Satelliten eingesetzt werden, so daß zum Beispiel
steuergeräteseitig auch eine serielle Schnittstelle vorge
sehen werden kann, der die Daten dann mit geeigneter Frequenz
zugeführt werden. Alternativ kann das Satellitengerät aber
auch völlig unbeeinflußt bleiben, so daß keinerlei entspre
chende Korrekturfunktionen im Satellitengerät vorgesehen
werden müssen. Die notwendige Taktkorrektur erfolgt dann sei
tens des zentralen Steuergeräts, das vorzugsweise das Emp
fangszeitfenster entsprechend dem Korrekturfaktor nachstellt.
Eine Steuerung des Korrekturfaktors im Steuergerät und/oder
im Satellitengerät ermöglicht eine stationäre Grundkorrektur,
so daß lediglich alters- oder temperaturbedingte Abweichungen
der Oszillatorfrequenz des Satellitengeräts dynamisch
ausgeregelt werden müssen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei
spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beim Einschal
ten vom Satellitengerät abgegebenen und an
schließend periodisch wiederholten Nachricht,
Fig. 3 einen Signalverlauf bei einer Ausführungsform, bei
der das Auswertezeitfenster im Steuergerät angepaßt
wird, und
Fig. 4 den Signalverlauf bei einer anderen Ausführungs
form, bei der der Satelliten-Arbeitstakt oder -Sen
detakt nachgeführt wird.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbei
spiel ist ein zentrales Steuergerät 1 eines Insassenschutz
systems eines Kraftfahrzeugs, zum Beispiel eines Airbag
systems gezeigt, das über eine Kommunikationsleitung 7 mit
einem Satellitengerät 8 verbunden ist, das zum Beispiel die
Auslösung des Seiten-Airbags steuert. Das zentrale Steuer
gerät 1 weist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 2 auf,
die über einen Bus 3 mit einem Speicher 4, der zum Beispiel
als programmierbarer Festwertspeicher PROM oder als Direktzu
griffsspeicher ausgebildet sein kann, und weiteren Komponen
ten 5 verbunden ist und mit von Sensoren 6 des Steuergeräts 1
abgegebenen Sensordaten für eine Unfallerkennung gespeist
wird.
Das Satellitengerät 8 ist gleichfalls mit einer Steuerein
richtung 9 in Form eines Mikrocontrollers sowie mit mindes
tens einem Sensor 11 zur Erfassung einer Unfallerkennungs
größe, insbesondere einer Beschleunigung oder eines Drucks,
ausgestattet. Die Steuereinrichtung 9 ist gleichfalls mit
einem Bus 10 ausgestattet und steht entweder direkt oder über
den Bus 10 und eine nicht gezeigte Schnittstelle sowie der
Kommunikationsleitung 7 mit dem Steuergerät 1 in Verbindung.
Das Satellitengerät 8 ist weiterhin mit einem nicht gezeigten
Netzteil ausgestattet, und erfaßt unfallrelevante Daten,
wertet diese aus und überträgt das Ergebnis zum zentralen
Steuergerät 1, das insbesondere als zentrale Auslöseeinheit
ausgestaltet sein kann. Die Steuereinrichtung 9 ist mit einem
den Arbeitstakt vorgebenden Taktgeber in Form eines technisch
leicht und kostengünstig aufbaubaren Oszillators, insbeson
dere eines RC-Oszillators verbunden, der als Zeitbasis im
Satelliten verwendet wird und mit einer Genauigkeit von ca.
± 10% arbeitet. Demgegenüber ist im zentralen Steuergerät
1 als Taktgenerator ein Resonator oder Quarz vorhanden, der
eine deutlich bessere Frequenzgenauigkeit von üblicherweise
ca. 3% besitzt. Trotz dieser möglichen Frequenzabweichungen
wird erfindungsgemäß sichergestellt, daß der Datenaustausch
zwischen dem zentralen Steuergerät 1 und dem Satellitengerät
8 korrekt erfolgt.
Der RC-Oszillator im Satellitengerät 8 läßt sich ohne Einbuße
hinsichtlich der Übertragungsgenauigkeit an der Schnittstelle
Steuergerät 1/Satellitengerät 8 verwenden, da das Steuergerät
1 aufgrund seines Systemtakts den Arbeitstakt des Satelliten
geräts 8 ausmißt. Vorzugsweise sendet das Satellitengerät 8
während der Selbsttestphase einen Basistakt an das Steuer
gerät 1, woraufhin die elektronische Steuereinheit 2 aufgrund
ihrer eigenen Zeitbasis (Systemtakt) einen Korrekturfaktor
für die Auswertung des Satellitengerät-Protokolls berechnet.
Dieser Korrekturfaktor wird auf der Basis des Unterschieds
zwischen dem Arbeitstakt des Satellitengeräts 8 und dem
Arbeits- bzw. Systemtakt des Steuergeräts 1 bestimmt und der
art gewählt, daß die Frequenzabweichung auf einen zulässigen
Wert von zum Beispiel 5% oder weniger verringert ist.
Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, gibt das Satelli
tengerät 8 nach dem Anlegen der Spannung (Einschalten der
Zündung des Kraftfahrzeugs) eine das Satellitengerät 8 iden
tifizierende Identifikation und anschließend eine Nachricht
"OK/NOK" an das Steuergerät 1 ab, so daß dieses Informationen
über das sendende Satellitengerät und die Korrektheit oder
Gestörtheit der Nachrichtenübertragung erhält und zugleich
auf dieser Basis auch die Abweichungen zwischen dem (durch
den Arbeitstakt des Satellitengeräts 8 festgelegten) Satelli
tengerät-Sendetakt und dem eigenen Systemtakt ermittelt.
Da das Satellitengerät 8 in regelmäßigen Abständen ein als
Lebenszeichen dienendes Signal, insbesondere OK/NOK-Nach
richten, sendet, kann die elektronische Steuereinheit 2
des Steuergeräts 1 den ermittelten Korrekturfaktor für die
Auswertung des Satellitenprotokolls auch ständig nachregeln.
Dieser Abgleich zwischen den Taktfrequenzen des Steuergeräts
1 und des Satellitengeräts 8 kann bei der Bandende-Pro
grammierung des Satellitengeräts 8 und des Steuergeräts 1
beim Automobilhersteller erfolgen, da hierbei die Schnitt
stelle Satellitengerät/Steuergerät bidirektional ausgelegt
ist. Die Ermittlung des Korrekturfaktors kann aber auch bei
jedem Einschalten des Systems (Einschalten der Zündung)
durchgeführt werden. Der ermittelte Korrekturfaktor kann dann
im Steuergerät 1, zum Beispiel im Speicher 4 (EEPROM), oder
im Satellitengerät 8 gespeichert werden. Dieser Korrektur
faktor stellt somit den Grundabgleich zur Verfügung, so daß
unerwünschte Frequenzabweichungen beim Senden und/oder
Empfangen der übertragenen Daten kompensiert sind. Frequenz
abweichungen des RC-Oszillators aufgrund des Temperaturgangs
oder der Alterung können durch kontinuierliche Nachregelung,
zum Beispiel auf der Basis der zyklisch übertragenen Nach
richten OK/NOK, durchgeführt werden.
Bei der Erfindung können zwei Alternativen realisiert werden.
Bei der Alternative 1 sendet das Satellitengerät seine Daten
unverändert auf der Basis seines eigenen, unkorrigierten
Arbeitstakts. Das Steuergerät 1 korrigiert in diesem Fall
dynamisch seine Grenzen für die Signalauswertung der vom
Satellitengerät 8 erhaltenen Nachrichten.
Alternative 2: Der ermittelte Korrekturfaktor wird von dem
Steuergerät 1 zu dem Satellitengerät 8 übermittelt und dort
gespeichert. Das Satellitengerät 8 sendet dann seine Nach
richten zeitkorrigiert, das heißt auf den Arbeitstakt des
Steuergeräts 1 bezogen.
Die Alternative 1 ist insbesondere für Steuergeräte 1 geeig
net, die die Signale des Satellitengeräts mit Hilfe eines
Auswertezeitfensters (Timer Input Capture) auswerten. Die
eingestellten Grenzwerte für die verschiedenen, von dem
Satellitengerät 8 und gegebenenfalls von weiteren Satelliten
geräten erhaltenen Nachrichten lassen sich in diesem Fall
einfach durch entsprechende Programme anhand des Korrektur
faktors ändern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der
ermittelte Korrekturfaktor nicht an das Satellitengerät 8
gesendet werden muß, und daß ferner eine Feinkorrektur des
Korrekturfaktors im zyklischen Betrieb über ausgewertete
Nachrichten OK/NOK sehr einfach durchführbar ist.
In Fig. 3 ist der Signalverlauf bei der Alternative 1 schema
tisch dargestellt. Der Kurvenzug a) zeigt den Arbeitstakt des
Satellitengeräts 8 nach dem Einschalten, wobei von einer
Abweichung vom Sollwert von + 10% ausgegangen wird. Dieser
Sollwert entspricht dem Sollwert des Arbeitstakts des Steuer
geräts 1, das aufgrund der Frequenzstabilität jedoch Fre
quenzabweichungen von höchstens ca. 3% zeigt. Der Arbeits
takt des Steuergeräts 1 nach dem Einschalten ist in Fig. 3b
dargestellt. Aus einem Vergleich der Kurvenzüge a) und b) ist
erkennbar, daß die Taktperiode des Satellitengerät-Ar
beitstakts deutlich größer (10%) ist als die Periode des
Arbeitstakts des Steuergeräts 1. Das Steuergerät 1 erkennt
anhand des Vergleichs zwischen dem Übertragungstakt der vom
Satellitengerät 8 erhaltenen Nachrichten und dem eigenen
Arbeitstakt die Periodenzeitabweichung und hieraus die Fre
quenzabweichung und wertet das vom Satellitengerät erhaltene
Protokoll auf der Basis des Arbeitstakts des Satellitengeräts
8 aus. Das Steuergerät 1 verschiebt hierzu die Größe des in
Fig. 3c) gezeigten Auswertezeitfensters im Steuergerät für
das Abfragen und die Übernahme der vom Satellitengerät erhal
tenen Nachrichten derart, daß das Auswertezeitfenster mit dem
Satellitentakt (Fig. 3a) synchronisiert ist.
Wird jedoch als Schnittstelle zwischen dem Satellitengerät
und dem zentralen, die Satelliteninformation auswertenden
Steuergerät eine serielle Schnittstelle als Empfängerschal
tung eingesetzt, muß eine Genauigkeit von ca. 5% im Gesamt
system erreicht werden, damit die Hardware der asynchronen,
seriellen Schnittstelle keine Fehlabtastungen durchführt. In
einem solchen Fall ist die vorstehend genannte Alternative 2
gut geeignet, da der Empfangstakt solcher serieller Schnitt
stellen in der Regel nicht über einen Bereich von 5% hinaus
geändert werden kann. In diesem Fall wird somit die Sendefre
quenz des Satellitengeräts 8 auf den Arbeitstakt der seriel
len Schnittstelle in dem Steuergerät 1 eingestellt, was zum
Beispiel durch Bandende-Programmierung erfolgen kann. Zur
Durchführung einer Feinkorrektur des Korrekturfaktors in
Abhängigkeit von Temperaturschwankungen oder aufgrund von
Alterungen wird der Korrekturfaktor in regelmäßigen Abständen
vom Steuergerät 1 zum Satellitengerät 8 übertragen. Alterna
tiv kann auch vorgesehen sein, den Korrekturfaktor jeweils
lediglich zu Beginn des Einschaltzyklus zum Satellitengerät
zu melden, so daß während des Einschaltzyklus keine Feinkor
rektur stattfindet. Dies kann insbesondere dann ausreichend
sein, wenn der Temperaturgang des RC-Oszillators je Ein
schaltzyklus klein ist.
Das Satellitengerät 8 verarbeitet den vom Steuergerät 1
empfangenen Korrekturfaktor dahingehend, daß dieser entweder
in die Zeitgeberprogrammierung für die Nachrichtenausgabe
eingreift, so daß nur die Sendefrequenz korrigiert wird, oder
aber der Korrekturfaktor direkt zur Änderung des Taktgenera
tors des Satellitengeräts, zum Beispiel durch Verstellen der
Zeitkonstante des RC-Oszillators durch Veränderung des Wider
stands oder Kapazitätswerts, ausgewertet wird. In letzterem
Fall werden sowohl die Sendefrequenz als auch der Satelliten
gerät-Arbeitstakt geändert und an die Frequenz des Steuerge
räts 1 angepaßt.
Die Alternative 2 ist schematisch in Form von Signalverläufen
in Fig. 4 dargestellt. Im Kurvenzug a) ist der Arbeitstakt
des Satellitengeräts 8 nach dem Einschalten dargestellt,
wobei eine Periodenabweichung von + 10% gegenüber dem Soll
wert angenommen wird (entspricht Fig. 3a). Der Kurvenzug b)
der Fig. 4 zeigt den Arbeitstakt des Steuergeräts 1 nach dem
Einschalten, der im wesentlichen dem Sollwert entspricht
(Fig. 4b entspricht somit Fig. 3b). Das Steuergerät 1 ermit
telt auch hier wiederum die Zeitabweichung dt bzw. die ent
sprechende Frequenzabweichung, zwischen dem Satellitengerät-
Arbeitstakt und dem Steuergerät-Arbeitstakt und bildet den
entsprechenden Korrekturfaktor (hier 10%). Dieser Korrektur
faktor wird nun aber im Unterschied zur Alternative 1 direkt
zum Satellitengerät 8 gesendet, wobei dieser Sendevorgang auf
der Basis des derzeitigen Arbeitstakts des Satellitengeräts 8
erfolgt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der übertragene
Korrekturfaktor korrekt in das Satellitengerät 8 eingelesen
wird. Das Satellitengerät 8 verstellt nachfolgend anhand des
Korrekturfaktors die Sendefrequenz und/oder den Arbeitstakt
derart, daß dieser mit dem Arbeitstakt des Steuergeräts im
wesentlichen übereinstimmt, und sendet dann auf der Basis
dieses korrigierten Arbeitstakts (Fig. 4c). Wie Fig. 4c)
zeigt, sind die Flankenübergänge des Sendesignals des Satel
litengeräts 8 nun mit den Flankenübergängen des Arbeitstakts
des Steuergeräts 1 im wesentlichen ausgerichtet. Demgegenüber
ist bei der Alternative 1 das Auswertezeitfenster des Steuer
geräts 1 gemäß Fig. 3c) mit den Flankenübergängen des unver
ändert gebliebenen Arbeitstakts des Satellitengeräts 8 ausge
richtet. Bei der Alternative 1 betreibt das Steuergerät 1
somit die Kommunikation auf der Basis des erkannten, unver
ändert gebliebenen Satellitengerät-Arbeitstakts und bewirkt
auf dieser Basis die Datenübernahme und das Datensenden zum
Satellitengerät. Demgegenüber bleibt der Datenabfrage- und
Datenübernahmetakt des Steuergeräts 1 bei der Alternative 2
unverändert und es ändert das Satellitengerät 8 seinen Ar
beitstakt bzw. seine Sendefrequenz.
Claims (9)
1. Verfahren zum Synchronisieren der Datenübertragung
zwischen einem Satellitengerät (8) und einem zentralen
Steuergerät (1) in einem Kraftfahrzeug, bei dem
- - das Satellitengerät (8) auf der Basis eines intern erzeugten Arbeitstakts sendet, und das zentrale Steuergerät (1) einen eigenen Systemtakt erzeugt,
- - der Satellitengerät-Arbeitstakt mit dem Systemtakt ver glichen und ein Korrekturfaktor in Abhängigkeit von Unter schieden zwischen dem Satellitengerät-Arbeitstakt und dem Systemtakt ermittelt wird, und
- - anhand des Korrekturfaktors der Datenübertragungstakt und/oder der Datenaufnahmetakt im empfangenden Gerät angepaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleich zwischen dem Satellitengerät-Arbeitstakt
und dem Systemtakt im zentralen Steuergerät (1) durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Satellitengerät-Arbeitstakt durch einen RC-Oszillator
erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Korrekturfaktor vom zentralen Steuergerät (1) an das Satellitengerät (8) übertragen wird und dieses seinen Arbeitstakt und/oder die Datensendefrequenz so nachstellt,
daß die Datenübertragung mit dem Systemtakt im wesentlichen synchronisiert erfolgt.
daß der Korrekturfaktor vom zentralen Steuergerät (1) an das Satellitengerät (8) übertragen wird und dieses seinen Arbeitstakt und/oder die Datensendefrequenz so nachstellt,
daß die Datenübertragung mit dem Systemtakt im wesentlichen synchronisiert erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zentrale Steuergerät (1) sein Auswertezeitfenster für
die vom Satellitengerät (8) empfangenen Daten in Abhängigkeit
vom Korrekturfaktor festlegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Korrekturfaktor im Satellitengerät (8) und/oder im
zentralen Steuergerät (1) gespeichert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Satellitengerät (8) seinen Basistakt während einer
nach dem Einschalten der Spannungsversorgung durchgeführten
Selbsttestphase an das zentrale Steuergerät (1) sendet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Satellitengerät (8) in regelmäßigen Zeitabständen
Nachrichten an das zentrale Steuergerät (1) sendet und dieses
den Korrekturfaktor bei Empfangen dieser Nachrichten jeweils
neu berechnet.
9. Vorrichtung zum Synchronisieren der Datenübertragung
zwischen einem Satellitengerät (8) und einem zentralen
Steuergerät (1) in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der
- - das Satellitengerät (8) einen RC-Oszillator zur Erzeugung des Arbeitstakts enthält,
- - das zentrale Steuergerät (1) einen Quarz oder Resonator zur Erzeugung des Systemtakts aufweist, und
- - das zentrale Steuergerät (1) und/oder das Satellitengerät (8) eine Funktion zum Vergleichen des Arbeitstakts mit dem Systemtakt und zum Erzeugen eines von dem Vergleichsergebnis abhängenden Korrekturfaktors für die Anpassung der Datenübertragungsfrequenz und/oder des Datenaufnahmetakts umfaßt.
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