DE19732873C2

DE19732873C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Synchronisierung der Datenübertragung zwischen einem dezentralen Satellitengerät und einem zentralen Steuergerät in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19732873C2
Application number: DE1997132873
Authority: DE
Inventors: Frank Groshauser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: DE19732873A1

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 - Sendetakt 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- Nachrichten, 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- Programmierung 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- Arbeitstakts 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

1. Verfahren zum Synchronisieren der Datenübertragung zwischen einem Satellitengerät (8) und einem zentralen Steuergerät (1) in einem Kraftfahrzeug, bei dem

1. das Satellitengerät (8) auf der Basis eines intern erzeug ten Arbeitstakts sendet, und das zentrale Steuergerät (1) einen eigenen Systemtakt erzeugt,
2. 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
3. anhand des Korrekturfaktors der Datenübertragungstakt und/oder der Datenaufnahmetakt im empfangenden Gerät angepaßt wird,
4. wobei das Satellitengerät (8) in regelmäßigen Zeitab ständen Nachrichten an das zentrale Steuergerät (1) sendet und dieses den Korrekturfaktor bei Empfangen dieser Nachrichten jeweils neu berechnet.

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.

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. 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

1. das Satellitengerät (8) einen RC-Oszillator zur Erzeugung des Arbeitstakts enthält,
2. das zentrale Steuergerät (1) einen Quarz oder Resonator zur Erzeugung des Systemtakts aufweist,
3. das zentrale Steuergerät (1) und/oder das Satellitengerät (8) eine Funktion zum Vergleichen des Arbeitstakts mit dem Systemtakt und zum Erzeugen eines von dem Vergleichsergeb nis abhängenden Korrekturfaktors für die Anpassung der Datenübertragungsfrequenz und/oder des Datenaufnahmetakts umfaßt sowie in regelmäßigen Zeitabständen Nachrichten von dem Satellitengerät (8) empfängt und den Korrektur faktor bei Empfangen dieser Nachrichten jeweils neu be rechnet.