EP4268438A1 - Verfahren zur bestimmung von komponenten eines sensornetzwerkes innerhalb eines ethernet-bordnetzwerks in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur bestimmung von komponenten eines sensornetzwerkes innerhalb eines ethernet-bordnetzwerks in einem kraftfahrzeug

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Publication number
EP4268438A1
EP4268438A1 EP21843878.6A EP21843878A EP4268438A1 EP 4268438 A1 EP4268438 A1 EP 4268438A1 EP 21843878 A EP21843878 A EP 21843878A EP 4268438 A1 EP4268438 A1 EP 4268438A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ecu
control unit
ethernet
time
node
Prior art date
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Pending
Application number
EP21843878.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Helge ZINNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • 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
    • H04L12/403—Bus networks with centralised control, e.g. polling
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    • 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
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining components of a sensor network within an on-board Ethernet network in a motor vehicle, a control device and an on-board Ethernet network
  • the new standard differs significantly from the other variants, since its aim is to be able to design Ethernet more cost-effectively and thus also to address simpler control devices.
  • This standard does not require switches (switch ICs) but is designed as a bus similar to CAN. This halves the number of required PHYs (transceivers). In this way, Ethernet becomes a serious alternative to CAN/CAN-FD and FlexRay, as it significantly reduces system costs.
  • Fig. 1 compares the essential features of Switched Ethernet and "Bus Ethernet” (called MultiDrop). The most important difference is that the resources (the bus access) are exclusively available with Switched Ethernet, which means that each Ethernet node (ECU) can send at any time without collisions occurring.
  • the new Ethernet bus implementation uses a shared medium and bus access must wait for resources to become available.
  • the PIEEE802.3cg standard uses a newly defined mechanism (PLCA Physical Layer Collision Avoidance) to avoid collisions when accessing the bus and get fair access. Only one PHY (transceiver) gets access to the bus at exactly one point in time. This prevents collisions. Access is designed according to a so-called round robin procedure.
  • Each ECU (node) on the BUS is given the opportunity to send within a defined cycle.
  • a so-called headnode determines the cycle and transmits a "beacon" on the bus per cycle.
  • the nodes start a timer depending on their previously assigned ID (determines the sequence when they are allowed to send) and after this you are allowed to send.
  • DE 19710971 A1 describes a method for determining the runtime of a telegram between two participants in a bus system, with a first participant sending a telegram to a second participant and after sending the telegram a time measuring device starts - that the second participant immediately after receiving the telegram sends a reply telegram to the first participant and - that the first participant stops the time measuring device upon arrival of the reply telegram and calculates the running time of a telegram from the measured time.
  • DE 19947657 A1 discloses an operating method for a data bus for multiple participants with flexible, time-controlled access, characterized by the following features, the participants are synchronized, the bus telegrams are sent with a hierarchical transmission sequence by the participants and at least in part only as required, between the participants and A switching element is located on the data bus, which only enables bus access for the respective participant and for as long as the participant is allowed to transmit.
  • EP 1473864 A1 Method for transmitting data telegrams between at least two radio devices (A, B) and at least one repeater (R), wherein at least one radio device (A, B) responds to a received data telegram (request telegram) only after a delay with a data telegram (response telegram ) answers.
  • the bus In contrast to a switched network (as with 100/1000... Mbit/s), with 10Mbit/s, as described, the bus cannot be accessed immediately, but the respective point in time must be awaited. Only the headnode (master node which controls the bus) knows the entire bus and the connected nodes (ECUs and sensors). The respective node itself does not know how many nodes are connected to the bus. I.e. he (applies to all nodes) does not know how long the maximum delay will be before he or others are allowed to send (again). This information is helpful because the technology is also being planned in critical areas such as ADAS.
  • Ethernet MAC and the above software layers have no information regarding possible and future transmission windows. This causes higher costs in ECU design and planning of the already very complicated communication in the on-board network.
  • the object of the invention is to provide a solution for dealing with variable communication partners involved in the communication in a motor vehicle network.
  • the object is advantageously achieved by the method for determining components of a sensor network within an Ethernet on-board network in a motor vehicle with the features of claim 1, and the control unit according to claim 4, the Ethernet on-board network according to claim 5, the computer program product according to claim 6, The computer-readable medium of claim 7 and the vehicle of claim 8.
  • an ECU node (ECU A, ECU B) of the Ethernet vehicle electrical system the length of time of an unused cycle (Zo), in which no payload (P1, P2)) should be sent, by means of a transmit Opportunity Timers (TOT) calculated after calculation of the pure cycle length (TL ), which is determined by the transmission of the beacons time at the point in time tß, through the transmission window of an ECU node (ECU A, ECU B, ECU C) it is calculated what number of nodes n are in the Ethernet vehicle network.
  • ECU node ECU A, ECU B
  • TOT transmit Opportunity Timers
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that a detection of the beginning of a new cycle (Zo), a search for the start time of cycle +1 (Zi), it being checked whether between the new cycle (Zo) and the cycle (Zi) a payload (P1, P2) was transmitted, and in a transmission of the cycle (Zi) is set to the cycle (Zo), a dynamic calculation of the cycle length TL takes place.
  • a particularly advantageous embodiment of the method is characterized in that the number of nodes n of the ECU nodes (ECU A, ECU B) located in the Ethernet vehicle network is determined by the ratio of the cycle length (TL) to the value of the transmit opportunity timer (TOT ) is formed, with the transmit opportunity timer (TOT) being queried beforehand to form the ratio of the cycle length (TL) to the value of the transmit opportunity timer (TOT).
  • a control unit for an Ethernet vehicle electrical system which, as a first ECU node, is designed as a control unit for sending a signal to a second control unit of the Ethernet vehicle electrical system and receiving the signal from the second control unit; determine a propagation time of the signal on a connection path to the second control unit; determine a maximum speed of the connection path based on the propagation time; and to determine a type of transmission medium of the connection path on the basis of the maximum speed, at least comprises a microprocessor, a volatile memory and non-volatile memory, at least two communication interfaces, one which can be synchronized
  • the non-volatile memory contains program instructions when they are executed by the microprocessor, wherein at least one embodiment of the method according to the invention can be implemented and executed.
  • a further advantageous embodiment of the Ethernet vehicle electrical system for a motor vehicle, with a first control unit and a second control unit, is characterized in that the control units have at least one connection path are connected to one another, and at least the first control unit is designed to carry out the method according to the invention.
  • a further advantageous embodiment of the Ethernet vehicle electrical system is characterized in that the Ethernet vehicle electrical system has a third control unit which is only indirectly connected to the first control unit and is connected directly to the second control unit via a third connection path, with the third control unit being is designed to determine a transit time of a third signal on the third connection path, the first control unit being designed to trigger the determination of the transit time of the third signal by a service message to the third control unit.
  • the quality of the execution of software-based applications can advantageously be increased by the invention, in particular without additional financial outlay.
  • software-based applications e.g. automated driving, data logger, diagnosis, 5G
  • the network system according to the invention is improved in terms of cost and reliability.
  • Continental can use software-based processes to get the best out of its ECU or the network and offer the customer more functionality
  • Ethernet technologies are advantageously optimized by the invention in terms of costs and implementation effort for use in the automotive sector.
  • Today applications are sold, tailored and adapted to an OEM or exactly one project.
  • this invention methods are presented that allow software development to be more flexible and make the best of the underlying system without having to program it in software beforehand.
  • the invention allows software developers and architects to offer software/applications that can be tailored more flexibly and precisely to the requirements of the application.
  • specific optimization can be carried out in each case. This means that software platforms can be implemented more independently.
  • a specific application is no longer necessarily linked to a specific control unit, but can also be executed by different control units. If an application is moved, it is necessary to create the appropriate environment for the new scenario, e.g. at least the same quality of clock synchronization.
  • the new technologies can no longer be stopped in the automobile. Protocols like IP, AVB, and TSN have thousands of pages of specifications and test suites. The controllability of these new protocols in the automotive sector is not directly given.
  • An advantage of this invention is that the current hardware does not have to be changed, but the existing hardware can continue to be used.
  • the new method can be integrated into an existing network without damaging existing devices. The standard is not violated since the existing protocol can be used.
  • Today's vehicle networks are configured statically, ie the data communication (transmitter, receiver and data relationship) is fixed at the latest when the vehicle is programmed at the end of the production line. The upcoming architectures and the desire for service-oriented communication contradict today's approach and call for new concepts.
  • the invention advantageously determines that if the transmission time can be predicted, more precise data can be used, which increases the quality of the sensor data and its fusion.
  • Fig. 1 Simplified representation of the differences between an Ethernet bus (1 OMbit/s) and a switched network (all other automotive variants such as 100Mbit/s);
  • Fig. 1 shows the simplified differences between an Ethernet bus (1 OMbit/s) and a switched network, which occur in a motor vehicle environment with all other automotive variants such as 100Mbit/s and the ECU nodes ECU-A, ECU- B, ECU-C symbolically represent.
  • a node (ECU) of the bus measures the time length of an unused cycle, in which case no user data may be sent. This can be repeated and verified as often as you like.
  • the transmission window of an ECU node (ECU A, ECU B, ECU C) can be used to calculate how many participants are on the bus.
  • the minimum and maximum delay during bus access can be determined dynamically without this being preconfigured.
  • the invention disclosure proposes a method for determining the minimum and maximum bus access time. After the beacon has been sent, a timer starts, which is only interrupted if other data is received.
  • the Transmit_Opportunity is configured the same for all nodes and can be read out locally by the application software from the ECU node (network stack). will.
  • the cycle length TL can then be used for the first time to calculate how many nodes n, ie ECUs, are connected to the network or Ethernet vehicle electrical system. In other words, it can be calculated how many nodes are allowed to transmit before me and how many are allowed to transmit after me.
  • the Transmit_Oportunity is 20 bits, then it can be calculated independently on each node that exactly 7 nodes are connected to the Ethernet on-board network or bus.
  • the minimum and maximum bus access time can be calculated deterministically depending on the ID (position on the bus).
  • the minimum bus access time is calculated from the beacon time, commit time and the maximum Ethernet payload*number of nodes that have a smaller ID.
  • the next bus access time (from the moment I sent, so when can I send again) is calculated from the total number of nodes*(maximum payload+commit time) + beacon time.
  • each ECU node Since each ECU node has a timer, or it recognizes when the beacon is sent out, the ECU node can use this method to calculate at any time when it is allowed to send again. In the same way, it can be determined when all other ECU nodes are allowed to send again and when one has to adjust to receiving data.
  • Each ECU node (ECU A, ECU B, ECU C) knows its own ID, which also determines its position on the bus, but no node knows how many nodes are connected to the bus after it. This new insight can be of great use when planning communication, for example when it comes to the design of buffer storage. The information is also helpful to check whether the Data (sensor data) are still valid or new data are already available before the node has the opportunity to send again.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Komponenten eines Sensornetzwerkes innerhalb eines Ethernet-Bordnetzwerks in einem Kraftfahrzeug zwischen wenigstens zwei ECU-Knoten (ECU A, ECU B) und wenigstens einem weiteren ECU Knoten (ECU 5 C), wobei wenigstens ein ECU-Knoten (ECU A, ECU B) auf ein empfangenes Payload (P1) erst nach einer Verzögerungszeit mit einem Payload (P2) antwortet, die Verzögerungszeit (tBUS) die Bedingung tBUS ≥ tB + (tP + tC) n erfüllt, wobei mit tB eine Beacon-Time des ECU-Knotens (A, B), mit tC die Commit-Time des weiteren ECU-Knotens (C), mit tP das maximale Payload mit maximaler Länge und mit n die Anzahl der ECU Knoten (A, B, C) bezeichnet wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung von Komponenten eines Sensornetzwerkes innerhalb eines Ethernet-Bordnetzwerks in einem Kraftfahrzeug
FELD
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Komponenten eines Sensornetzwerkes innerhalb eines Ethernet-Bordnetzwerks in einem Kraftfahrzeug, ein Steuergerät und ein Ethernet-Bordnetzwerk
STAND DER TECHNIK
Mit 10 Mbit/s (IEEE802.3ch) wird neben 100 Mbit/s; 1000 Mbit/s und den laufenden Multi-Gigabit-Standardisierungen ein weiterer Ethernet-Standard für Automotive Anwendungen zur Verfügung stehen.
Der neue Standard unterscheidet sich deutlich von den anderen Varianten, da er zum Ziel hat Ethernet kostengünstiger auslegen zu können und damit auch einfachere Steuergeräte zu adressieren. Dieser Standard benötigt keine Switches (Switch ICs) sondern wird als Bus ähnlich zum CAN ausgelegt. Dadurch halbiert sich ca. die Anzahl der notwendigen PHYs (Transceiver). Somit wird Ethernet eine ernsthafte Alternative zu CAN/CAN-FD und FlexRay da hiermit die Systemkosten deutlich gesenkt werden.
In Fig. 1 ist stellt die wesentlichen Merkmale von Switched Ethernet und zum „Bus-Ethernet) (MultiDrop genannt) gegenüber. Der wichtigste Unterschied ist dabei, dass die Ressourcen (der Buszugriff) bei Switched Ethernet exklusiv zur Verfügung stehen, was bedeutet das jeder Ethernet-Knoten (ECU) zu jederzeit Senden darf, ohne dass dabei Kollisionen auftreten. Beim der neuen Ethernet Bus-Umsetzung wird ein geteiltes Medium verwendet und auf den Buszugriff muss gewartet werden bis die Ressourcen zur Verfügung stehen.
Der Standard PIEEE802.3cg verwendet einen neu definierten Mechanismus (PLCA Physical Layer Collision Avoidance) um Kollisionen beim Buszugriff zu vermeiden und einen fairen Zugriff zu bekommen. Dabei erhält immer nur genau ein PHY (Transceiver) Zugriff auf den Bus zu genau einem Zeitpunkt. Hierdurch kann es nicht zu Kollisionen kommen. Der Zugriff wird nach einem sog. Round Robin Verfahren gestaltet. Jede ECU (Knoten) am BUS bekommt die Möglichkeit innerhalb eines definierten Zyklus zu senden. Ein sog. Headnode bestimmt dabei den Zyklus und sendet ein „Beacon“ auf dem Bus pro Zyklus aus. Damit starten die Knoten in Abhängigkeit ihrer vorher zugeteilten ID (bestimmt die Reihenfolgen wann Sie senden dürfen) einen Timer und nach Ablauf von diesem dürfen Sie senden.
DE 19710971 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Laufzeit eines Telegramms zwischen zwei Teilnehmern in einem Bussystem, wobei ein erster Teilnehmer ein Telegramm an einen zweiten Teilnehmer sendet und nach dem Senden des Telegramms eine Zeitmesseinrichtung startet, - dass der zweite Teilnehmer unmittelbar nach Empfang des Telegramms ein Antworttelegramm an den ersten Teilnehmer sendet und - dass der erste Teilnehmer bei Ankunft des Antworttelegramms die Zeitmesseinrichtung stoppt und aus der gemessenen Zeit die Laufzeit eines Telegramms berechnet.
DE 19947657 A1 offenbart ein Betriebsverfahren für einen Datenbus für mehrere Teilnehmer mit flexiblem zeitgesteuertem Zugriff, gekennzeichnet durch folgende Merkmale, die Teilnehmer werden synchronisiert, die Bus-Telegramme werden mit einer hierarchischen Sendefolge von den Teilnehmern und zumindest teilweise nur bedarfsweise ausgesandt, zwischen den Teilnehmern und dem Datenbus befindet sich ein Schaltglied, das den Buszugriff für den jeweiligen Teilnehmer nur dann und solange freigibt, wie der Teilnehmer senden darf.
EP 1473864 A1 Verfahren zur Übermittlung von Datentelegrammen zwischen wenigstens zwei Funkgeräten (A, B) und wenigstens einem Repeater (R), wobei wenigstens ein Funkgerät (A, B) auf ein empfangenes Datentelegramm (Anfragetelegramm) erst nach einer Verzögerungszeit mit einem Datentelegramm (Antworttelegramm) antwortet. BESCHREIBUNG UND VORTEILE DER ERFINDUNG
Im Gegensatz zu einem Switched Netzwerk (wie bei 100/1000... Mbit/s) kann mit 10Mbit/s, wie beschrieben, nicht sofort auf den Bus zugegriffen werden, sondern es muss der jeweilige Zeitpunkt abgewartet werden. Nur der Headnode (Masterknoten welcher den Bus steuert) kennt den ganzen Bus und die angeschossenen Knoten (ECUs und Sensoren). Der jeweilige Knoten selbst weiß nicht wie viele Knoten am Bus verbunden sind. D.h. er (gilt für alle Knoten) weiß nicht wie lange die maximale Verzögerung betragen wird bis er oder andere (wieder) senden dürfen. Diese Info ist hilfreich da die Technologie gerade auch in kritischen Bereichen wie bspw. ADAS eingeplant wird.
Der Ethernet MAC und die oben Software-Schichten haben keinerlei Informationen bezüglich möglicher und zukünftiger Übertragungsfenster. Das verursacht höhere Kosten in ECU Design und Planung der schon bereits sehr komplizierten Kommunikation im Bordnetz.
Heutige Ansätze sind noch nicht ausreichend im Hinblick auf die Möglichkeiten der dynamischen Verwendung von Software optimiert. Die Planung von Kommunikation (bspw. Sensordatenströmen) ist essentiell für die hochgenaue Ausführung von auf Sensordaten basierenden Aktionen. Wenn keine Übertragungsverzögerungen oder Buszugriffszeiten angegeben werden, dann führt dies zu höheren Kosten in der Planung derartiger Systeme - die Wiederverwendung für andere Plattformen ist zudem stark eingeschränkt, was wiederum unsere Implementierungskosten wieder erhöht.
Mit dem teilautomatisierten und hochautomatisierten Fahren kommen zunehmend Anforderungen ins Fahrzeug die vom Übertragungsnetzwerk und den Protokollen harte Echtzeitunterstützung verlangen (wie heute schon im Flugzeug oder der Industrieautomatisierung). Zeitsynchronisation spielt dabei eine wesentliche Rolle. Umso genauer die Uhrzeit ist, umso besser sind die damit verbundenen Funktionen wie bspw. Sensorfusion. Weiterhin wird ein Bordnetz in Zukunft viel flexibler als heute sein. Knoten werden abgeschaltet, während des Betriebes, wenn sie nicht benötigt werden (dies wird auch Teilnetzbetrieb oder Partial Networking genannt). Das wiederum bedeutet, dass das Bordnetz sich dynamisch zur Laufzeit sehr stark ändern wird. Diese Funktionen werden bereits implementiert und für 2020 in Serie gebracht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, wie in einem Kraftfahrzeugnetzwerk mit variablen Kommunikationspartnern, die an der Kommunikation beteiligt sind, umzugehen ist.
Vorteilhaft wird die Aufgabe gelöst durch das Verfahren zur Bestimmung von Komponenten eines Sensornetzwerkes innerhalb eines Ethernet-Bordnetzwerks in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie dem Steuergerät gemäß Anspruch 4, dem Ethernet-Bordnetz gemäß Anspruch 5, dem Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 6, Computerlesbareres Medium nach Anspruch 7 und dem Fahrzeug nach Anspruch 8.
Eine vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Bestimmung von Komponenten eines Sensornetzwerkes innerhalb eines Ethernet-Bordnetzwerks in einem Kraftfahrzeug, zwischen wenigstens zwei ECU-Knoten (ECU A, ECU B) und wenigstens einem weiteren ECU Knoten (ECU C), wenigstens ein ECU-Knoten (ECU A, ECU B) auf ein empfangenes Payload (P1 ) erst nach einer Verzögerungszeit mit einem Payload (P2) antwortet, die Verzögerungszeit (tßus) die Bedingung tßus ^ tß + (tp + tc) n erfüllt, wobei mit tß eine Beacon-Time des ECU-Knotens (A, B), mit tc die Commit-Time des weiteren ECU-Knotens (C), mit tp das maximale Payload mit maximaler Länge und mit n die Anzahl der ECU Knoten (A, B, C) bezeichnet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass ein ECU-Knoten (ECU A, ECU B) des Ethernet-Bordnetzes die zeitliche Länge eines unbenutzten Zyklus (Zo), in welchem keine Payload (P1 , P2) )versendet werden dürfte, mittels eines Transmit Opportunity Timers (TOT) berechnet, nach Berechnung der reinen Zykluslänge (TL), welche ermittelt wird durch die Übertragung der Beacons-Time zu dem Zeitpukt tß, durch das Sendefenster eines ECU-Knotens (ECU A, ECU B, ECU C) berechnet wird, welche Anzahl der Knoten n sich im Ethernet-Bordnetzwerks befinden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine Erkennung des Beginns eines neuen Zyklus (Zo), ein Suchen des Startzeitpunktes von Zyklus +1 (Zi ), wobei überprüft wird, ob zwischen dem neuen Zyklus (Zo) und dem Zyklus (Zi) ein Payload (P1 , P2) übertragen wurde, und bei einer Übertragung der Zyklus (Zi) auf den Zyklus (Zo) gesetzt wird, eine dynamische Berechnung der Zykluslänge TL erfolgt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Anzahl der Knoten n der sich im Ethernet-Bordnetzwerks befindliche ECU-Knoten (ECU A, ECU B) durch das Verhältnis der Zykluslänge (TL) zum Wert des Transmit Opportunity Timers (TOT) gebildet wird, wobei vorhergehend eine Abfrage des Transmit Opportunity Timers (TOT) zur Bildung des Verhältnis der Zykluslänge (TL) zum Wert des Transmit Opportunity Timers (TOT) erfolgt.
Besonders vorteilhaft wird die Aufgabe gelöst durch eine Steuereinheit für ein Ethernet-Bordnetz, welche als erster ECU Knoten als Steuereinheit dazu ausgebildet ist, ein Signal an eine zweite Steuereinheit des Ethernet-Bordnetzes zu senden und das Signal von der zweiten Steuereinheit zu empfangen; eine Laufzeit des Signals auf einem Verbindungsweg zur zweiten Steuereinheit zu bestimmen; eine Maximalgeschwindigkeit des Verbindungswegs anhand der Laufzeit zu bestimmen; und eine Art eines Übertragungsmediums des Verbindungswegs anhand der Maximalgeschwindigkeit zu bestimmen, mindestens umfasst einen Mikroprozessor, einen flüchtigen Speicher und nichtflüchtigen Speicher, mindestens zwei Kommunikationsschnittstellen, einen synchronisierbaren
Zeitgeber, der nichtflüchtige Speicher Programminstruktionen enthält die, wenn sie von dem Mikroprozessor ausgeführt werden, wobei zumindest eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens implementierbar und ausführbar ist.
Ein weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Ethernet-Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Steuereinheit und einer zweiten Steuereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheiten über zumindest einen Verbindungsweg miteinander verbunden sind, und mindesten die erste Steuereinheit ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Ein weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Ethernet-Bordnetz zeichnet sich dadurch aus, dass das Ethernet-Bordnetz eine dritte Steuereinheit aufweist, welche nur indirekt mit der ersten Steuereinheit verbunden ist und über einen dritten Verbindungsweg direkt mit der zweiten Steuereinheit verbunden ist, wobei die dritte Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Laufzeit eines dritten Signals auf dem dritten Verbindungsweg zu bestimmen, wobei die erste Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Bestimmung der Laufzeit des dritten Signals durch eine Dienstnachricht an die dritte Steuereinheit auszulösen.
TECHNISCHE VORTEILE DER ERFINDUNG
In vorteilhafter Weise kann durch die Erfindung die Güte der Ausführung von Software-basierenden Anwendungen (z. B. Automatisiertes Fahren, Datenlogger, Diagnose, 5G) erhöht werden, insbesondere ohne finanziellen Mehraufwand. Mit der Nutzung des neu eingeführten Ethernet-Protokolls im Automobil sind Mechanismen notwendig, die sich einfache Techniken und gegebene Eigenschaften von Technologien zu Nutze machen, um auf teure Implementierungen und weitere zusätzliche Hardware verzichten zu können. Das erfindungsgemäße Netzwerksystem ist im Hinblick auf Kosten und Zuverlässigkeit verbessert. Continental kann hiermit durch Softwarebasierte Verfahren das beste aus seiner ECU oder dem Netzwerk herausholen und dem Kunden mehr Funktionalität bieten
Vorteilhaft wird die Ethernet Technologien durch die Erfindung hinsichtlich Kosten und Implementierungsaufwand für den Einsatz im automobilen Bereich optimiert.
Als Vorteil aus der Anwendungsspezifischen Bestimmung einer genaueren und vorhersagbaren Verzögerung ergibt sich eine Verbesserung der Planung und Ausführung der Kommunikation im Fahrzeug. Hierdurch können vorhandenen Bussysteme besser ausgenutzt werden und der Sprung zu einer teuren Technologie (Bandbreite) kann vermieden werden. Dies kann auch Auswirkungen auf sonst benötigte Pufferspeicher haben, auf die dann verzichtet werden kann (oder kleiner ausgelegt). Fusionen von verseh. Daten (bspw. Kamera + Radar) können hiermit verbessert und genauer ausgelegt werden. Weiterhin kann das loggen von Daten noch präziser gestaltet werden.
Heute werden Anwendungen verkauft, zugeschnitten und angepasst auf einen OEM bzw. genau ein Projekt. Mit dieser Erfindung werden Verfahren vorgestellt, die Softwareentwicklung flexibler gestalten lässt und das Beste aus dem darunter liegenden System macht, ohne es vorher fest in Software programmiert zu haben. Die Erfindung erlaubt es den Softwareentwicklern und - Architekten eine Software / Anwendung anzubieten, welche flexibler und präziser auf die Anforderungen des Anwendungsfalles zugeschnitten werden kann. Durch den Einbau der genannten Verfahren in Software kann jeweils spezifisch eine Optimierung erfolgen. Dies bedeutet, dass Software-Plattformen unabhängiger umgesetzt werden können.
In zukünftigen Architekturen ist eine bestimmte Anwendung nicht mehr zwangsläufig an ein konkretes Steuergerät gebunden, sondern kann auch verschiedenen Steuergeräten ausgeführt werden. Wenn eine Anwendung verschoben wird, ist es erforderlich, auch für das neue Szenario das angemessene Umfeld, z.B. mindestens die gleiche Qualität an Uhrensynchronisation, geschaffen werden.
Die neuen Technologien sind im Automobil nicht mehr aufzuhalten. Protokolle wie IP, AVB und TSN haben mehrere Tausend Seiten an Spezifikationen und Testsuites. Die Beherrschbarkeit dieser neuen Protokolle im Automobilen Bereich ist nicht direkt gegeben. Ein Vorteil dieser Erfindung ist das die gängige Hardware nicht verändert werden muss sondern die bestehende weiterverwendet werden kann. Das neue Verfahren kann in ein bestehendes Netzwerk integriert werden, ohne dass vorhandene Geräte zu Schaden kommen. Der Standard wird nicht verletzt, da das vorhandene Protokoll verwendet werden kann. Heutige Fahrzeugnetzwerke sind statisch konfiguriert, d.h. die Datenkommunikation (Sender-, Empfänger und Datenbeziehung) stehen spätestens bei der Bandende-Programmierug des Fahrzeuges fest. Die kommenden Architekturen und der Wunsch nach service-oriented communication wiedersprechen dem heutigen Ansatz und verlangen nach neuen Konzepten. Für die nächsten Generationen nach Kraftfahrzeugnetzwerken wird nicht immer klar sein wer der Empfänger der Daten ist und welchen Weg die Daten gehen. Jeder Empfänger kann daher unterschiedliche Anforderungen an die Übertragung der Daten haben, z.B. externe ECU ist in einer Cloudlösung, oder es handelt sich um eine ungeschützte ECU. Daher muss dynamisch auf die Anforderungen des Empfängers eingegangen werden und ggf. die Datenübertragungsmechanismen angepasst werden. Vorteilhaft wird durch die Erfindung ermittelt, dass, wenn die Sendezeit vorausgesagt werden kann, genauere Daten verwendet werden können, was die Güte der Sensordaten und dessen Fusion erhöht.
ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Vereinfachte Darstellung der Unterschiede zwischen einem Ethernet-Bus (1 OMbit/s) und einem Switched Network (allen anderen Automotive Varianten wie bspw. 100Mbit/s);
Fig. 2 Generelles Verfahren zur dynamischen Berechnung der maximalen Verzögerung im Sensornetzwerk;
Fig. 3 Berechnung der Zykluslänge;
Fig. 4 Berechnung der Anzahl der Teilnehmer am Bus. BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 stellt vereinfacht die Unterschiede zwischen einem Ethernet-Bus (1 OMbit/s) und einem Switched Network, die in einem Kraftfahrzeugumfeld mit allen anderen Automotive Varianten wie bspw. 100Mbit/s vorkommen und die ECU-Knoten ECU-A, ECU-B, ECU-C symbolisch darstellen.
Fig. 2 stellt die generelle Lösung des oben beschriebenen Problems dar. Dabei misst ein Knoten (ECU) des Busses, außer der Headnode, die zeitliche Länge eines unbenutzten Zyklus aus, wobei in diesem keine Nutzdaten versendet werden dürfen. Dies kann beliebig oft wiederholt und verifiziert werden. Nach Bestimmung der reinen Zykluslänge Ti_, was erkennbar an der Übertragung eines sog. Beacons ist, kann durch das Sendefenster eines ECU-Knotens (ECU A, ECU B, ECU C) berechnet werden, wie viele Teilnehmer sich am Bus befinden. Damit kann schließlich die minimale und maximale Verzögerung beim Buszugriff dynamisch ermittelt werden ohne dass diese vorkonfiguriert wird.
Die Erfindungsmeldung schlägt ein Verfahren zur Bestimmung der minimalen und maximalen Buszugriffszeit vor. Nach Aussendung des Beacons startet ein Timer, welcher nur unterbrochen wird falls andere Daten empfangen werden.
Wenn bis zum nächsten Beacon keine Daten, Payload von anderen ECU Knoten (ECU A, ECU B, ECU C) empfangen werden, dann kann die Zykluslänge berechnet werden. Dieser Mechanismus kann und sollte dynamisch wiederholt werden, um dynamische Änderungen am Netzwerk bzw. im Ethernet-Bordnetz zu erkennen oder um Messfehler zu vermeiden.
Nach Empfang eines sog. Beacons hat der 1 . ECU-Knoten (ID = 0) typ. 20 Bit-Zeiten, um Daten auszusenden. Tut er dies nicht innerhalb dieser Zeit darf der ECU-Knoten mit der nächst höheren ID senden usw. Bei allen Knoten n werden Timer gestartet, damit Sie wissen, wann Sie frühestens mit dem Senden beginnen dürfen. Die Transmit_Opportunity ist bei allen Knoten gleich konfiguriert und kann vom ECU-Knoten (Netzwerkstack) lokal von der Anwendungssoftware ausgelesen werden. Mittels der Zykluslänge TL kann dann erstmals berechnet werden, wie viele Knoten n, d.h. ECUs, am Netzwerk bzw. Ethernet-Bordnetz verbunden sind. Mit anderen Worten, es kann also berechnet werden, wie viele Knoten vor mir senden dürfen und wie viele nach mir senden dürfen.
Wenn als Zykluslänge bspw. 140 Bit angenommen wird und die Transmit_Oportunity 20 Bit beträgt, dann kann unabhängig auf jedem Knoten berechnet werden, dass genau 7 Knoten am Ethernet-Bordnetz bzw. Bus angeschlossen sind.
Mit der Kenntnis über die Anzahl der angeschlossenen ECUs kann wiederum in Abhängigkeit der ID (Position am Bus) die minimale und maximale Buszugriffszeit deterministisch berechnet werden.
Die minimale Buszugriffszeit berechnet sich aus der Beacon-Time, Commit-Time und der maximalen Ethernet Payload*Anzahl der Knoten, die eine kleinere ID haben.
Die nächste Buszugriffszeit (ab dem Zeitpunkt, an dem ich gesendet habe, also wann kann ich wieder senden) berechnet sich aus der Gesamtzahl der Knoten*(maximalen Payload+Commit-Time) + Beacon Time.
Da jeder ECU-Knoten Timer hat, bzw. erkennt dies wann der Beacon ausgesendet wird, kann ECU-Knoten mit diesem Verfahren erstmals zu jedem Zeitpunkt berechnen, wann er wieder Senden darf. Genauso kann ermittelt werden, wann auch alle anderen ECU-Knoten wieder Senden dürfen und wann man sich ggf. auf einem Empfang von Daten einzustellen hat.
Jeder ECU-Knoten (ECU A, ECU B, ECU C) kennt zwar seine eigene ID, welcher auch die Position am Bus bestimmt, doch kein Knoten weiß wie viele Knoten nach ihm am Bus angeschlossen sind. Diese neue Erkenntnis kann zur Planung der Kommunikation von großem Nutzen sein was bspw. die Auslegung von Pufferspeichern betrifft. Weiterhin ist die Information hilfreich, um zu prüfen ob die Daten (Sensordaten) noch gültig sind oder etwa schon neue Daten vorliegen bevor der Knoten wieder die Möglichkeit hat zu senden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung von Komponenten eines Sensornetzwerkes innerhalb eines Ethernet-Bordnetzwerks in einem Kraftfahrzeug zwischen wenigstens zwei ECU-Knoten (ECU A, ECU B) und wenigstens einem weiteren ECU Knoten (ECU C), wobei wenigstens ein ECU-Knoten (ECU A, ECU B) auf ein empfangenes Payload (P1 ) erst nach einer Verzögerungszeit mit einem Payload (P2) antwortet, die Verzögerungszeit (tßus) die Bedingung tßus > tß + (tp + tc) n erfüllt, wobei mit tß eine Beacon-Time des ECU-Knotens (A, B), mit tc die Commit-Time des weiteren ECU-Knotens (C), mit tp das maximale Payload mit maximaler Länge und mit n die Anzahl der ECU Knoten (A, B, C) bezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Knoten (ECU) des Busses, außer der Headnode, die zeitliche Länge eines unbenutzten Zyklus ausmisst, wobei in diesem keine Nutzdaten versendet wurden, wobei dies beliebig oft wiederholt und verifiziert wird, nach Bestimmung der reinen Zykluslänge TL, welches erkennbar an der Übertragung eines Beacons ist, wird durch das Sendefenster eines ECU-Knotens (ECU A, ECU B, ECU C) berechnet, wie viele Teilnehmer sich am Bus befinden. Damit kann schließlich die minimale und maximale Verzögerung beim Buszugriff dynamisch ermittelt werden ohne dass diese vorkonfiguriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass ein ECU-Knoten (ECU A, ECU B) des Ethernet-Bordnetzes die zeitliche Länge eines unbenutzten Zyklus (Zo), in welchem keine Payload (P1 , P2) versendet werden dürfte, mittels eines Transmit Opportunity Timers (TOT) berechnet, nach Berechnung der reinen Zykluslänge (TL), welche ermittelt wird durch die Übertragung der Beacons-Time zu dem Zeitpukt tß, durch das Sendefenster eines ECU-Knotens (ECU A, ECU B, ECU C) berechnet wird, welche Anzahl der Knoten n sich im Ethernet-Bordnetzwerks befinden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Erkennung des Beginns eines neuen Zyklus (Zo)
- ein Suchen des Startzeitpunktes von Zyklus +1 (Zi ), - wobei überprüft wird, ob zwischen dem neuen Zyklus (Zo) und dem Zyklus (Zi) ein Payload (P1 , P2) übertragen wurde, und bei einer Übertragung der Zyklus (Zi) auf den Zyklus (Zo) gesetzt wird,
- eine dynamische Berechnung der Zykluslänge TL erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Knoten n der sich im Ethernet-Bordnetzwerks befindliche ECU-Knoten (ECU A, ECU B) durch das Verhältnis der Zykluslänge (TL) zum Wert des Transmit Opportunity Timers (TOT) gebildet wird, wobei vorhergehend eine Abfrage des Transmit Opportunity Timers (TOT) zur Bildung des Verhältnis der Zykluslänge (TL) zum Wert des Transmit Opportunity Timers (TOT) erfolgt.
5. Steuereinheit für ein Ethernet-Bordnetz, welche als erster ECU Knoten als Steuereinheit dazu ausgebildet ist:
- ein Signal an eine zweite Steuereinheit des Ethernet-Bordnetzes zu senden und das Signal von der zweiten Steuereinheit zu empfangen;
- eine Laufzeit des Signals auf einem Verbindungsweg zur zweiten Steuereinheit zu bestimmen;
- eine Maximalgeschwindigkeit des Verbindungswegs anhand der Laufzeit zu bestimmen; und
- eine Art eines Übertragungsmediums des Verbindungswegs anhand der Maximalgeschwindigkeit zu bestimmen, mindestens umfasst:
- einen Mikroprozessor,
- einen flüchtigen Speicher und nichtflüchtigen Speicher,
- mindestens zwei Kommunikationsschnittstellen,
- einen synchronisierbaren Zeitgeber, der nichtflüchtige Speicher Programm Instruktionen enthält die, wenn sie von dem Mikroprozessor ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 implementierbar und ausführbar ist.
6. Ethernet-Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Steuereinheit und einer zweiten Steuereinheit, wobei die Steuereinheiten über zumindest einen Verbindungsweg miteinander verbunden sind, und mindestens die erste Steuereinheit gemäß Anspruch 4 ausgebildet ist.
7. Ethernet-Bordnetz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ethernet-Bordnetz eine dritte Steuereinheit aufweist, welche nur indirekt mit der ersten Steuereinheit verbunden ist und über einen dritten Verbindungsweg direkt mit der zweiten Steuereinheit verbunden ist, wobei die dritte Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Laufzeit eines dritten Signals auf dem dritten Verbindungsweg zu bestimmen, wobei die erste Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Bestimmung der Laufzeit des dritten Signals durch eine Dienstnachricht an die dritte Steuereinheit auszulösen.
8. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3 auszuführen.
9. Computerlesbareres Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 7 gespeichert ist.
10. Fahrzeug mit mehreren Steuereinheiten nach Anspruch 4 umfassendes Ethernet-Bordnetzwerk.
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