EP1285349A2 - Verfahren zum datenaustausch zwischen mehreren teilnehmern - Google Patents

Verfahren zum datenaustausch zwischen mehreren teilnehmern

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EP1285349A2
EP1285349A2 EP01940465A EP01940465A EP1285349A2 EP 1285349 A2 EP1285349 A2 EP 1285349A2 EP 01940465 A EP01940465 A EP 01940465A EP 01940465 A EP01940465 A EP 01940465A EP 1285349 A2 EP1285349 A2 EP 1285349A2
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EP
European Patent Office
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data bus
data
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bus
bus system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01940465A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Griessbach
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/16—Combinations of two or more digital computers each having at least an arithmetic unit, a program unit and a register, e.g. for a simultaneous processing of several programs
    • G06F15/163—Interprocessor communication
    • G06F15/17—Interprocessor communication using an input/output type connection, e.g. channel, I/O port
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4604—LAN interconnection over a backbone network, e.g. Internet, Frame Relay
    • H04L12/462—LAN interconnection over a bridge based backbone
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for data exchange between a plurality of subscribers who belong to different data bus systems.
  • a data bus system adapted to this application is used for engine and chassis components, and a different data bus system that is particularly suitable for audio and telecommunications purposes.
  • the data exchange between the different data bus systems takes place via gateways.
  • the invention has for its object to provide a method for data exchange between the participants of different data bus systems, which despite a large number of participants, which also vary depending on the vehicle, has a high level of performance.
  • the method according to the invention is modular and inexpensive. It enables basic components to be used in all vehicles across several model series from one manufacturer. The higher-quality vehicles can be equipped as required with additional components without being more expensive than comparable series systems.
  • This data bus can be, for example, a data bus as described in DE 19636441 A and DE 19636442 A.
  • This data bus is characterized by a data rate of more than 5 Mbit / s and is suitable, for example, for passive safety systems that include airbags, belt tensioners, etc., as well as the associated sensors and actuators and their control units.
  • control units are located at various points in the vehicle, e.g. in the area of the center tunnel and the B-pillars, also in the door or on the steering column. All of these control units are connected to the data bus, which is under very little load in normal situations, i.e. outside of a crash or violent misuse phase. The same applies to the utilization of the processors in the control units.
  • these control units are also used for other functions. These functions belong to other functionalities, for example the body electronics on the one hand and relate for example to the light control, the wiper control, the central locking and the window regulator control and on the other hand the data bus system for engine and chassis components.
  • the gateway functionality is divided between the two already existing control devices of the faster data bus, with the possibility of providing any computing power that may be required with the computer that is already present in the control device.
  • each of the two data bus systems into smaller sub-data bus systems, which each transfer their data to this data bus via one of the control devices connected to the faster data bus, or take it over from it.
  • the scope of the body electronics can be divided into the light control and the wiper control on the one hand and the central locking and the window regulator control on the other. These are each part of a sub-data bus system, which has a sufficient response time due to the small number of participants (e.g. a control unit and connected consumers in light control) and is also functional at a low data rate, i.e. provides the connected participants with the required data quickly and securely. There is also the possibility of directly connecting control units that are part of the body electronics or engine management with higher communication requirements to the faster data bus.
  • the block diagram shown in the figure contains, among other things, a control unit module SGM and control units designated S1 to S4. Together, these components are connected by a faster data bus "Sl-Bus" for a passive safety system with a data rate of 5Mbit / s, for example.
  • Control units marked with "K” are connected to the control units SGM and S1 to S3, each of which is a separate one Sub-data bus system assigned to body electronics, K-bus cluster 1, K-bus cluster 2, K-bus cluster 3 and K-bus cluster 4.
  • a data bus system C-bus assigned to the engine management system is connected to the control unit S4 with subscribers C.
  • the Components SGM and S1 to S4 thus contain the functions of the passive safety system, the basic functions of the body electronics and functions of the engine management.
  • some control units K are separate for further explanations with K1 or K2, within the C-bus a control unit with C1 characterized.
  • control units SGM and S1 to S3 adapt the data of the participants of their connected sub-data bus systems in their format to the data format of the faster data bus.
  • the control unit S4 does this for the data of the C-bus participants.
  • the control units SGM and S1 to S4 also convert the data of the faster data bus from this format to the data format of the connected sub-data bus system or C-bus system.
  • the data of all sub-data bus system participants and the participants of the C-bus system and the faster data bus Sl-Bus are provided with a unique identifier.
  • the identifiers of the participants in the connected sub-data bus system or the C bus system are stored in the respective control unit.
  • the particular advantage of the data bus structure according to the invention is that the number of telegrams per sub-data bus is significantly less than in the case of a data bus with only one line and the waiting time until a possible bus access is small due to the small number of subscribers.
  • the participants of different data bus systems can communicate with one another without the need for a separate gateway computer.
  • the K and C bus addresses in the overall system are unique.
  • the corresponding C or K bus telegrams are converted according to a fixed rule to bus telegrams of the faster data bus with corresponding unique IDs.
  • codable "mini gateway tables” then only implement the telegrams that are also required in the respective (sub) data bus system. When "moving" a control unit from one K sub-data bus system to another, only these gateway tables then have to be recoded. The overall system behavior thus remains absolutely unchanged.
  • K1 sends the telegram TK1 on K-bus cluster 1, triggered z. B. by pressing a button.
  • SGM receives TK1 and packs the telegram TK1 into the data field of an S1 bus telegram.
  • All Sl-Bus participants receive TK1 in Sl-Bus format and look in their respective gateway tables to see whether TK1 should be translated to the associated K-Bus cluster.
  • S1 unpacks TK1 from the Sl-Bus format and transmits TK1 to the K-Bus cluster 2.
  • K2 receives TK1.
  • Telegram length than that of the data of the SI bus e.g. B. 32 bytes of user data compared to 12 bytes of user data is a segmented, i.e. repeated transmission of defined telegram parts required.
  • TK1 needs to be deleted from the gateway table of S1 and entered in the gateway table of S4.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Datenaustausch zwischen mehreren Teilnehmern, die unterschiedlichen Datenbussystemen angehören, sind die Datenbussysteme räumlich und physikalisch voneinander getrennt, und die Teilnehmer tauschen über jeweils einem Datenbussystem zugeordnete und untereinander über einen schnelleren Datenbus in Verbindung stehende Steuergeräte Daten während der Zeit aus, in denen der schnellere Datenbus nicht belegt ist.

Description

Verfahren zum Datenaustausch zwischen mehreren Teilnehmern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Datenaustausch zwischen mehreren Teilnehmern, die verschiedenen Datenbussystemen angehören.
Bei modernen Fahrzeugen werden zunehmend mehrere vorzugsweise standardisierte Datenbussysteme verwendet. Für Motor- und Fahrwerkskompo- nenten beispielsweise wird ein an diesen Anwendungsfall angepaßtes Datenbussystem, für Audio- und Telekommunikationsumfänge ein dafür besonders geeignetes anderes Datenbussystem eingesetzt. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Datenbussystemen erfolgt über Gateways.
Beim Versuch, diese Bussystemarchitektur von höherpreisigen Fahrzeugen auf Fahrzeuge der unteren Klassen zu übertragen, ergeben sich hohe Kosten. Ursache dafür sind zum einen die grundsätzlich hohen Kosten des Standardbusses für Motor- und Fahrwerkskomponenten und zum anderen die Kosten für ein Gateway, die aufgrund des dafür notwendigen Rechners hoch sind. Der Aufbau einer eigenen Bordnetzstruktur für Fahrzeuge der unteren Klassen bringt das Problem mit sich, daß die Übernahme einzelner Komponenten der höherpreisigen Fahrzeuge aufgrund der fehlenden Kompatibilität weitgehend unmöglich ist. Zudem besteht ein Zielkonflikt. Zur Kostensenkung kann die Datenrate reduziert und die Zahl der Busteilnehmer erhöht werden. Die Folge davon sind lange Antwortzeiten und geringe Flexibilität im Hinblick auf von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedliche Teilnehmerzahlen. Jede Hinzunahme eines neuen Teilnehmers, z.B. durch eine nachträglich installierte Komponente, erfordert einen erheblichen Anpassungsaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Datenaustausch zwischen den Teilnehmern verschiedener Datenbussysteme zu schaffen, das trotz einer auch fahrzeugspezifisch variierenden Vielzahl von Teilnehmern eine hohe Leistungsfähigkeit besitzt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Verfahren ist modular und kostengünstig. Sie ermöglicht es Basiskomponenten in allen Fahrzeugen über mehrere Modellreihen eines Herstellers hinweg einzusetzen. Die höherwertigen Fahrzeuge sind durch Zusatzkomponenten beliebig ausrüstbar, ohne dabei teurer als vergleichbare Seriensysteme zu sein.
Voraussetzung hierfür ist die Existenz des schnelleren Datenbusses. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Datenbus handeln, wie er in der DE 19636441 A und der DE 19636442 A beschrieben ist. Dieser Datenbus zeichnet sich durch eine Datenrate von mehr als 5Mbit/s aus und eignet sich beispielsweise für passive Sicherheitssysteme, die Airbags, Gurtstrammer usw. sowie die zugehörige Sensorik und Aktuatorik sowie deren Steuergeräte umfassen.
An verschiedenen Stellen des Fahrzeugs befinden sich diese zugehörigen Steuergeräte, z.B. im Bereich des Mitteltunnels und der B-Säulen, ferner in der Türe oder an der Lenksäule. Alle diese Steuergeräte sind mit dem Datenbus verbunden, der in Normalsituationen, also außerhalb einer Crash- oder heftigen Misusephase, nur sehr gering ausgelastet ist. Das gleiche gilt für die Auslastung der Prozessoren in den Steuergeräten.
Erfindungsgemäß werden diese Steuergeräte für andere Funktionen mitgenutzt. Diese Funktionen gehören zu anderen Funktionsumfängen, z.B. einerseits der Karosserieelektronik und betreffen z.B. die Lichtsteuerung, die Wischersteuerung, die Zentralverriegelung und die Fensterhebersteuerung und andererseits den Datenbussystem für Motor- und Fahrwerkskomponenten. Anstelle eines Gateways für den Übergang zwischen den Datenbussystemen erfolgt eine Aufteilung der Gatewayfunktionalität auf die beiden ohnehin bereits vorhandenen Steuergeräte des schnelleren Datenbusses mit der Möglichkeit, eine ggf. erforderliche Rechenleistung mit dem in dem Steuergerät ohnehin vorhandenen Rechner zu erbringen.
Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, jedes der beiden Datenbussysteme in kleinere Unterdatenbussysteme aufzuteilen, die jeweils über eines der am schnelleren Datenbus angeschlossenen Steuergeräte ihre Daten auf diesen Datenbus geben bzw. von diesem übernehmen.
So kann der Umfang der Karosserieelektronik aufgeteilt werden in die Lichtsteuerung und die Wischersteuerung einerseits und die Zentralverriegelung und die Fensterhebersteuerung andererseits. Diese sind jeweils Bestandteil eines Unterdatenbussystems, das jeweils aufgrund der klein gehaltenen Zahl von Teilnehmern (bei der Lichtsteuerung z.B. ein Steuergerät und angeschlossene Verbraucher) eine ausreichende Antwortzeit besitzt und auch bei einer kleinen Datenrate funktionsfähig ist, d.h. den angeschlossenen Teilnehmern die benötigten Daten schnell und sicher zur Verfügung stellt bzw. stellen läßt. Auch ergibt sich die Möglichkeit, Steuergeräte, die Bestandteil der Karosserieelektronik oder des Motormanagements sind, mit höheren Anforderungen an die Kommunikation direkt an den schnelleren Datenbus anzuschließen.
Bei einer derartigen Bordnetzstruktur kann auf einen separaten Datenbus für die Komponenten der Karosserieelektronik und des Motormanagements verzichtet werden, da diese Komponenten entweder direkt oder über ohnehin daran angeschlossene Steuergeräte am schnelleren Datenbus angeschlossen werden. Dies führt vor allem zu einem Wegfall der Gatewayfunktionalität und damit von gesonderten Gateways. In der einzigen Figur ist die erfindungsgemäße Datenbusstruktur und ein damit realisiertes Bordnetz eines Fahrzeugs dargestellt und das damit durchgeführte Kommunikationsverfahren beschrieben.
Das in der Figur gezeigte Blockschaltbild enthält unter anderem ein Steuergerätemodul SGM und mit S1 bis S4 bezeichnete Steuergeräte. Zusammen sind diese Komponenten durch einen schnelleren Datenbus „Sl-Bus" für ein passives Sicherheitssystem mit einer Datenrate von z.B. 5Mbit/s verbunden. An den Steuergeräten SGM und S1 bis S3 sind mit "K" markierte Steuergeräte angeschlossen, die jeweils für sich ein der Karosserieelektronik zugeordnetes Unterdatenbussystem K-Bus Cluster 1 , K-Bus-Cluster 2, K-Bus-Cluster 3 und K- Bus-Cluster 4 bilden. Ferner ist ein dem Motormanagement zugeordnetes Datenbussystem C-Bus mit Teilnehmern C am Steuergerät S4 angeschlossen. Die Komponenten SGM und S1 bis S4 beinhalten somit die Funktionen des passiven Sicherheitssystems, die Basisfunktionen der Karosserieelektronik und Funktionen des Motormanagements. Innerhalb der Unterdatenbussysteme sind einige Steuergeräte K für die weiteren Erläuterungen gesondert mit K1 bzw. K2, innerhalb des C-Bus ein Steuergerät mit C1 gekennzeichnet.
In Bezug auf die Basisfunktionen der Karosserieelektronik passen die Steuergeräte SGM und S1 bis S3 die Daten der Teilnehmer ihres angeschlossenen Unterdatenbussysteme in ihrem Format dem Datenformat des schnelleren Datenbusses an. Das Steuergerät S4 tut dies für die Daten der C-Bus-Teilnehmer. Auch setzen die Steuergeräte SGM und S1 bis S4 die Daten des schnelleren Datenbusses von diesem Format auf das Datenformat des angeschlossenen Unterdatenbussystems bzw. C-Bussystems um.
Hierfür werden die Daten sämtlicher Unterdatenbussystem-Teilnehmer und die Teilnehmer des C-Bussystems und des schnelleren Datenbusses Sl-Bus mit einer eindeutigen Kennung versehen. Die Kennungen der Teilnehmer des angeschlossenen Unterdatenbussystems bzw. des C-Bussystems sind im jeweiligen Steuergerät gespeichert. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Datenbusstruktur besteht darin, daß die Anzahl der Telegramme pro Unterdatenbus wesentlich geringer ist als bei einem Datenbus mit nur einem Strang und durch die geringe Teilnehmerzahl die Wartezeit bis zu einem möglichen Buszugriff klein ist. Ferner können die Teilnehmer unterschiedlicher Datenbussysteme miteinander kommunizieren, ohne hierfür einen gesonderten Gatewayrechner zu benötigen.
Um ein möglichst flexibles System zu erhalten ist es notwendig, daß Unterdatenbus- Teilnehmer (i.f. K-Bus-Teilnehmer) und C-Bus-Teilnehmer grundsätzlich Zugriff auf alle benötigten Informationen des Gesamtsystems haben. Außerdem soll es ohne grundsätzliche Änderung möglich sein, einen K-Bus-Teilnehmer von einem Unterdatenbus auf einen anderen "umzuklemmen". Damit ist es z. B. problemlos möglich, einen Fensterheberschalterblock in einer Fahrzeugbaureihe in der Türe zu plazieren, in der anderen an der Mittelkonsole.
Die K- und C-Bus-Adressen im Gesamtsystem sind eindeutig. Die entsprechenden C- bzw. K-Bus-Telegramme werden nach einer festen Regel auf Bus-Telegramme des schnelleren Datenbusses mit entsprechenden eindeutigen ID's umgesetzt. In den Steuergeräten SGM und S1 bis S4 sorgen dann codierbare "Mini-Gateway- Tabellen" für die Umsetzung nur der Telegramme, die im jeweiligen (Unter-) Datenbussystem auch benötigt werden. Beim "Umhängen" eines Steuergeräts von einem K-Unterdatenbussystem auf einen anderen müssen dann nur diese Gatewaytabellen umcodiert werden. Das Gesamtsystemverhalten bleibt damit absolut unverändert.
Der Datenaustausch innerhalb des Gesamtsystems ist an einem Beispiel erläutert.
Als Beispiel wird die Übertragung eines K-Bus-Telegramms TK1 vom Teilnehmer K1 am K-Bus-Cluster 1 zum Teilnehmer K2 am K-Bus-Cluster 2 beschrieben. Der schnellerer Datenbus ist mit Sl-Bus bezeichnet. K1 sendet das Telegramm TK1 auf K-Bus-Cluster 1 , ausgelöst z. B. durch einen Tastendruck. SGM empfängt TK1 und verpackt das Telegramm TK1 in das Datenfeld eines Sl-Bus-Telegramms.
Alle Sl-Bus-Teilnehmer empfangen TK1 im Sl-Bus-Format und schauen in ihren jeweiligen Gatewaytabellen nach, ob TK1 auf den zugehörigen K-Bus-Cluster übersetzt werden soll. S1 entpackt TK1 aus dem Sl-Bus-Format und überträgt TK1 auf den K-Bus-Cluster 2. K2 empfängt TK1.
Besitzen die Telegramme der K-Bus-Teilnehmer eine größere . Telegrammlänge als die der Daten des Sl-Busses, z. B. 32 Byte Nutzdaten im Vergleich zu 12 Byte Nutzdaten, ist eine segmentierte, d.h. mehrmalige Übertragung von definierten Telegrammteilen erforderlich.
Soll aus irgendwelchen Gründen nicht K2 sondern C1 das TK1 empfangen, so braucht lediglich TK1 aus der Gatewaytabelle von S1 gestrichen und in die Gatewaytabelle von S4 eingetragen werden.

Claims

Verfahren zum Datenaustausch zwischen mehreren Teilnehmern.Patentansprüche
1. Verfahren zum Datenaustausch zwischen mehreren Teilnehmern, die unterschiedlichen Datenbussystemen angehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbussysteme räumlich und physikalisch voneinander getrennt sind, und daß die Teilnehmer über jeweils einem Datenbussystem zugeordnete und untereinander über einen schnelleren Datenbus in Verbindung stehende
Steuergeräte Daten während der Zeit austauschen, in denen der schnellere Datenbus nicht belegt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmer eines Datenbussystems insgesamt in mindestens zwei räumlich und physikalisch voneinander getrennten Unterdatenbussystemen angeordnet sind, und daß jedes Unterdatenbussystem über ein zugehöriges Steuergerät am schnelleren Datenbus angeschlossen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte die Daten der Teilnehmer des angeschlossenen Datenbussystems in ihrem Format dem Datenformat des schnelleren Datenbusses anpassen bzw. von diesem Format auf das Datenformat des angeschlossenen Datenbussystems umsetzen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmer der Datenbussysteme und die Teilnehmer des schnelleren Datenbusses eine eindeutige Kennung besitzen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungen der Teilnehmer des angeschlossenen Datenbussystems im jeweiligen Steuergerät gespeichert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungen der Teilnehmer des (der) nicht angeschlossenen Datenbussystems im jeweiligen Steuergerät gespeichert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungen der (nicht) angeschlossenen Teilnehmer in einem programmierbaren Speicher enthalten sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Speicherinhalts die Datenweitergabe vom jeweiligen Datenbussystem an den schnelleren Datenbus und umgekehrt gesteuert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Steuergeräte die Daten des angeschlossenen Datenbussystems bei einer Störung dieses Datenbussystems nicht an den schnelleren Datenbus weiterleiten.
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