JP2007523576A - 自動車内の情報を伝送する方法および通信システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、複数の電気的コンポーネント（２、３、４）、電気的コンポーネント（２、３、４）が同コンポーネント（２、３、４）間で情報伝送するために接続されている、データバス構造（９）および、コンポーネント（２、３、４）がエネルギ供給のために接続されている、供給線構造（１０）を有する、自動車のための通信システム（１）に関する。情報伝送は、データバス構造（９）を介して互いに連続するサイクル内で行われ、その場合に各サイクルは、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している。通信システム（１）は、冗長に情報伝送するための手段を有しており、その手段は、少なくとも１つの時間窓内でデータバス構造（９）を介して伝送される情報のみを、少なくとも部分的に、供給線構造（１０）を介しても伝送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の電気的コンポーネント間で自動車内の情報を伝送する方法に関する。コンポーネントは、情報伝送のために自動車のデータバス構造に、そしてエネルギ供給のために自動車の供給の線構造に接続されている。情報は、互いに連続するサイクルにおいてデータバス構造を介して伝送される。各サイクルは、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している。
本発明は、さらに、冗長な情報伝送のために情報が一部データバス構造を介しても、供給の線構造を介しても伝送される、自動車の電気的コンポーネント間で自動車内の情報を伝送する方法に関するものである。
さらに、本発明は、自動車のための通信システムに関する。通信システムは、複数の電気的コンポーネント、コンポーネント間で情報伝送するためにコンポーネントが接続される、データバス構造および、エネルギ供給のためにコンポーネントが接続される、エネルギ供給構造を有している。情報伝送は、データバス構造を介して互いに連続するサイクルにおいて行われ、その場合に各サイクルは、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している。
そして、本発明はまた、自動車の通信システムに関する。通信システムは、複数の電気的コンポーネント、コンポーネント間で情報伝送するためにコンポーネントが接続されるデータバス構造、およびエネルギ供給のためにコンポーネントが接続される、エネルギ供給構造を有している。通信システムにおいて情報伝送は、少なくとも部分的に、データバス構造を介しても供給線構造を介しても行われる。
自動車内には、電気的コンポーネントが使用される程度がますます多くなり、それらは情報伝送のためにデータバス構造を介して互いに接続されている。エネルギ供給のために、電気的コンポーネントはエネルギ供給の線構造に接続されている。電気的コンポーネントは、たとえばセンサ、アクチュエータおよび／または制御装置である。さらに、自動車内には、従来は安全の理由から、あるいは他の理由から少なくとも一部機械的に実現されていた機能も、電気的に実現される程度がますます多くなっている。たとえば、以前は、アクセルペダルからの指令はボーデンワイヤを介して絞り弁または内燃機関の制御装置へ伝達されたが、これらの機能は今日では、通常、電子的に形成され、その場合にセンサがアクセルペダルの位置を記録し、変換器がセンサ信号を該当する電気信号に変換し、それがその後データ線を介して絞り弁または内燃機関の制御装置へ伝達されて、そこでさらに処理される。制御装置からは、駆動信号が燃料噴射弁および／または内燃機関のガス交換弁（吸気／排気弁）へさらに伝えられる。絞り弁、噴射システムおよび／またはガス交換弁の本来の駆動は、駆動信号によって駆動される、専用のアクチュエータを介して行われる（いわゆるスロットル−バイ−ワイヤ）。自動車内のいわゆるＸ−バイ−ワイヤ−機能、たとえばブレーキ−バイ−ワイヤ、ステア−バイ−ワイヤ、シフト−バイ−ワイヤなどの全部が、同様な方法で機能し、それらにおいて従来は少なくとも一部機械的に実現されていた機能が、もっぱら電気的に実現される。
自動車内の個々の電気的コンポーネント間の配線の費用と手間をできる限り小さく抑えるために、電気的コンポーネントは、通常、データバス構造を介して互いにネットワーク化されており、そのデータバス構造を介して情報、たとえば測定信号、駆動信号、状態情報などが、所定の通信プロトコルに従って伝送できる。自動車機能の機械的実現の撤退が多くなることにより、一方では、自動車通信システム内で伝送すべき情報の量が著しく増大し、他方では、データバス構造を介しての情報伝送の安全性に対する要求も増大している。
自動車内の情報伝送における重要な安全の観点は、一方では、いずれの場合にも情報がデータバス構造を介して伝送され、いずれの場合にもその受信器へ到達し、たとえばデータバス構造の過負荷または故障によって失われること、あるいは誤った受信器へ達することがないことである。この安全の要求を考慮するために、情報がデータバス構造を介してだけでなく、供給線構造を介しても冗長に伝送される、自動車のための通信システムが知られている。供給線構造を介しての情報伝送は、パワーラインコミュニケーション（ＰＬＣ）とも称される。この種の通信システムの構造と機能方法、トポロジーおよび供給線構造の必要な調節は、公報ＤＥ１０１４２４０８Ａ１、ＤＥ１０１４２４０９Ａ１およびＤＥ１０１４２４１０に記載されている。
他方では、伝送された情報が確実に正しい受信器に達するだけでなく、予め定めることのできる伝送時間内においてもこの受信器に達することが、重要な安全の視点である。この安全の要求を満たすことができるようにするために、過去において多数の異なる通信プロトコルが開発されており、そのうちの幾つかについて、以下で簡単に説明する。
安全上重要な適用の枠内で、情報を伝送するためのこの種の通信プロトコルは、たとえば、いわゆるタイムトリガードコントローラエリアネットワーク（ＴＴＣＡＮ）プロトコルである。ＴＴＣＡＮプロトコルは、ＩＳＯ１１８９８−１に詳細に記載されている、いわゆるコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データ伝送層に基づいている。ＴＴＣＡＮプロトコルは、高速度送信／受信ユニットについてＩＳＯ１１８９８−２に、エラー許容された低速度送信／受信ユニットについてＩＳＯ１１８９８−３に詳細に記載されているように、標準化されたＣＡＮ物理層である。ＴＴＣＡＮプロトコルは、メッセージを時間制御でも、事象制御でも伝送することができるようにするために、機構を提供する。それによってＣＡＮベースのネットワークは、安全上重要な環境（たとえば閉成された閉ループ制御回路）内で使用することができる。ＴＴＣＡＮプロトコルの他の利点は、ＣＡＮベースのネットワーク内の実時間行動の改良である。
ＩＳＯ（International Standardization Organisation）は、ＴＴＣＡＮプロトコルをＩＳＯ１１８９８−４内で詳細に説明している。この説明書において、通信サイクル（ベーシックサイクル）内に３つの異なる種類の時間フレームが存在し、その内部でメッセージを伝送することができる：排他的時間窓（いわゆるExclusive Time Windows）、調整する時間窓（いわゆるArbitrating Time Windows）および自由な時間窓（いわゆるFree Time Windows）である。調整する時間窓内では、複数のメッセージがデータバス構造へのアクセスを競う。排他的時間窓は、データバス構造へのアクセス権の競合なしに周期的に伝送される、所定のメッセージに対応づけられている。従って排他的時間窓は、本発明の主旨における時間窓に相当する。
時間制御される通信を支援できるようにするために、すべてのコンポーネント（ネットワークノード）が共通のタイムベースを使用し、そのタイムベースは内部のタイマーによって、あるいは外部のタイマーによって提供される。ＣＡＮ−典型の事象制御される情報伝送は、調整する時間窓内で可能である。従ってこれは、本発明に基づく事象窓に相当する。自由な時間窓によって、比較的簡単な方法で、通信システムを後から拡張することが可能である。情報伝送するためのサイクルは、コンポーネントの同期化をもたらす、基準メッセージで開始される。ＣＡＮ典型の、成功裏に伝送できなかったメッセージの自動的な伝送の繰返しは、非アクティブにされている。
従って、情報はＴＴＣＡＮプロトコルに従って、周期的に繰り返されるサイクルで伝送され、その場合に各サイクルは少なくとも１つの時間窓（Exclusive Time Windows）を有しており、その中で定められたメッセージをサイクル内の所定の時点で伝送することができる。さらに、各サイクルは少なくとも１つの事象窓（Arbitrating Time Windows）を有しており、それを事象制御される情報伝送のために使用することができる。従ってＴＴＣＡＮプロトコルにおいては、ＣＡＮのデータ伝送のための時間制御されるアプローチの中に事象制御されるアプローチが一体化される。それによって、ＴＴＣＡＮデータバス構造内で使用される通信が確定的に振舞うことができ、すなわちメッセージの送信時間に関する説明を行うことができる。従ってＴＴＣＡＮプロトコルは、安全上重要なシステム内に使用するのに、極めて適している。ＴＴＣＡＮプロトコルに関する他の情報は、多数の出版物、たとえばフューラー、Ｔ．他（Fuehrer T. et al:Time-Triggered Communication on CAN）、ハルトヴィッヒ、Ｆ．他（Hartwich, F. et al:CAN Netword With Time-Triggered Communication）およびフォンセカ、Ｊ．他（Fonseca, J.et al:Scheduling For a TTCAN Network With a Stochastic Optimization Algorithm）の出版物を有するインターネットのhttp://212.114.78.132/can/ttcan/から取り出すことができる。
安全上重要な環境内で使用するのに適した、他の通信プロトコルは、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルである。ＦｌｅｘＲａｙの開発において、要請において特に高いデータ伝送率、確定的な通信、高いエラー許容およびフレキシビリティが全面に出た。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルにおいては、情報伝送は互いに連続する通信サイクル内で行われる。電気的コンポーネント（ネットワークノード）内に、共通の時間の理解が存在し、その場合にコンポーネントはサイクル内部の基準メッセージ（いわゆるＳＹＮＣメッセージ）によって同期化される。同期メッセージ伝送も非同期メッセージ伝送も可能にするために、通信サイクルは静的な部分（static segment）と動的な部分（dynamic segment）に分割されており、それらがそれぞれ情報伝送するための少なくとも１つの窓（Slot or Timeslot）を有している。
静的な部分のスロットは、所定のメッセージに割り当てられており、そのメッセージはＦｌｅｘＲａｙデータバス構造へのアクセス権をめぐる競合なしで、所定の時点で周期的に伝送される。その限りにおいて静的な部分のスロットは、本発明の主旨における時間窓に相当する。動的な部分のスロット内で、事象制御される情報伝送を実現することができる。その限りにおいて動的な部分のスロットは、本発明の主旨における事象窓に相当する。
サイクルの静的な部分内では、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方法に従ってデータバス構造へアクセスされ、サイクルの動的な部分の間はいわゆるフレキシブル時分割多重アクセス（ＦＴＤＭＡ）方法に従ってバス構造へアクセスされる。サイクルの動的セグメントの間にデータバス構造にアクセスするために、いわゆるミニスロット方法が使用される。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルのために、現在はまだ、たとえばＩＳＯによる規格はない。従ってここに一応記載されている、プロトコルの詳細は、将来まだ変化する可能性がある。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルに関する他の情報は、インターネットのhttp://www.flexray.deから取り出すことができ、そこには特に多数の出版物が誰でもアクセスできるように格納されている。
安全上重要な環境に適した、他の通信プロトコルは、Time-Triggered Communication Protocol（TTP））、特にこのプロトコルのバージョンＣ（TTP/C））である。ＴＴＰにおいては、情報は互いに連続するサイクル（Rounds）で伝送される。各サイクルは、情報伝送するための複数の窓（Slots）を有している。窓の一部は、実時間データの保証された、確定的な伝送に用いられる。窓のこの部分（Slot for State Data)は、本発明の主旨における時間窓に相当する。さらに、窓の一部は、事象制御される情報伝送のためにリザーブされており、その場合に事象制御されるメッセージはＴＴＰデータフレーム上に乗せて伝送される。窓のこの部分（Slot for Event Data）は、本発明の主旨における事象窓に相当する。他の情報は、インターネットのオーストリア、ウィーンの、TTTech Computertechnik AG社のホームページのhttp://www.tttech.com/technology/articles.htmから取り出すことができ、そこにはテーマＴＴＰに関する多数の出版物が誰でもアクセスできるように格納されている。
いわゆるＤＩＳＣＯ（Distributed Embeddable Systems for Control Applications）−プロジェクトの枠内で、ポルトガルのAveiro大学で新しいＭＡＣ（Medium Access Control）プロトコルが開発され、ＦＴＴ−ＣＡＮ（Flexible Time-Triggered Controler Area Network）プロトコルと称されている。ＦＴＴ−ＣＡＮプロトコルも、安全上重要な環境において使用するのに適している。ＦＴＴ−ＣＡＮプロトコルは、ＴＴＣＡＮプロトコルに極めて似ており、大体において情報伝送のシーケンスコーディネート（いわゆるスケジューリング）の種類によってこのＴＴＣＡＮプロトコルから区別される。ＦＴＴ−ＣＡＮプロトコルに従っても、情報は互いに連続するサイクル内で伝送され、その場合に各サイクルは、時間制御される情報伝送のための時間窓と、事象制御される情報伝送のための事象窓を有している。ＤＩＳＣＯプロジェクトは、種々のポルトガルの研修所、特にポルトガルのAveiro大学のInstituto de Engenharia Elektronica e Telematica de Aveiro(IEETA)が有している。ＦＴＴ−ＣＡＮ−プロトコルに関する詳しい情報は、インターネットの、http://www.ieeta.pt/~jaf/papers/ano2001/DISCO.pdf、特にフォンセカ、Ｊ．他の出版物(Fonseca,J.A.et al:DISCO-DIStributed Embeddable Systems for COntrol Applications:Project Overview）から取り出すことができる。
安全上重要な環境内で使用するための他の通信プロトコルは、Media Oriented Systems Transport(MOST)プロトコルであって、それにおいては、情報は、同様に互いに連続するサイクル（フレーム）内で伝送される。各サイクルは、時間制御される情報伝送のための時間窓（同期エリア）と事象制御される情報伝送のための事象窓（非同期エリア）とを有している。ＭＯＳＴプロトコルに関する他の情報は、インターネットの、たとえばhttp://www.mostcooperation.comから取り出すことができ、そこには誰でもアクセスできるようにＭＯＳＴテクノロジーが詳細に説明されており、かつＭＯＳＴプロトコルのテーマに関する多数の出版物が格納されている。
上ではっきりと名指して、簡単に説明した、安全上重要な環境内で使用するための通信プロトコルの他に、情報伝送が互いに連続するサイクル内で行われる、さらに他の通信プロトコルがあり、あるいは将来さらに他の通信プロトコルが生じ、その場合に各サイクルは、時間制御される情報伝送のための時間窓と、事象制御される情報伝送のための事象窓とを有しており、従ってこれらも安全上重要なシステム内で使用するのに適している。
これらの通信プロトコルに共通なのは、情報伝送の種類であって、それにおいては事象窓内で、たとえば、予測できない時点で発生する方法が伝送される。この種の情報は、たとえば、センサ信号、制御装置のアラーム報告またはエラー報告、手動で作動可能な信号（自動車内の快適機能を駆動するための信号）などである。それに対して安全上重要で、時間的に厳しい情報は、通常、サイクルの時間窓内で伝送される。このようにして予め定めることのできる伝送時間内で伝送された情報は、実際にも受信者へ伝送されて、受信者によって受信されることを、保証することができる。この理由から、安全上重要な適用のための通信プロトコルにおいては、まさに時間窓内で伝送される情報が、実際にも受信者へ到着することが、特に重要である。情報伝送がそれによって損なわれ、あるいはまったく阻止される可能性のある、データバス構造の故障は、安全上重要な適用の内部の安全性にとって致命的結果を有する。
従って、データバス構造の損傷または故障にもかかわらず、それでもデータバス構造に接続されているコンポーネント間のデータ伝送を可能にするために、比較的大きな手間と費用が費やされる。たとえば、データバス構造を何重にも冗長に形成することが、考えられる。しかしそれは、極めて煩雑かつ高価である。というのは、付加的なデータバス構造と、付加的なデータバス構造にコンポーネントを接続するための付加的な送信／受信ユニットが設けられなければならないからである。特に自動車において効力を発揮する、他の欠点は、付加的なデータバス構造とコンポーネントの付加的な送信／受信ユニットのための付加的な空間の需要である。この付加的に必要とされる空間は、自動車内では提供されないか、あるいは室内または荷物室の増大によって自動車の搭乗者に提供できた方がよい。
上述した従来技術に基づいて、本発明の課題は、上述した、安全上重要な適用の枠内で情報伝送に対する要請を考慮して、自動車の通信システム内で冗長に情報伝送するための、簡単、安価で場所をとらない可能性を提供することである。
この課題を解決するために、特許請求項１の上位概念に記載の情報伝送方法に基づいて、少なくとも１つの時間的に定められた時間窓内でデータバス構造を介して伝送される情報のみが、冗長な情報伝送のために、少なくとも部分的に供給線構造を介しても伝送されることが、提案される。
本発明の課題の他の解決として、特許請求項２の上位概念に記載の情報伝送方法に基づいて、情報が互いに連続するサイクル内でデータバス構造を介して伝送され、その場合に各サイクルが、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間的に定められた時間窓と、所定の事象において情報伝送するための、少なくとも１つの、事象によって定められた事象窓とを有しており、かつ、少なくとも１つの時間窓内でデータバス構造を介して伝送される情報のみが、少なくとも部分的に、供給線構造を介して伝送されることが、提案される。
従って本発明によれば、データバス構造に加えて、データバス構造のコンポーネントにエネルギを供給する、自動車の供給線構造も、冗長な情報伝送のために使用することが、提案される。しかし、供給線構造を介して伝送すべき情報の量をできるだけ小さく抑えることができるようにするためには、データバス構造を介して伝送されるすべての情報を供給線構造を介しても伝送する必要はなく、単に、通常伝送サイクルの時間窓内でデータバス構造を介して伝送される、安全上重要および／または時間的に厳しい情報のみを伝送すればよい。
供給線構造上には、データ伝送を損なうことになりかねない障害が存在する。たとえば、供給線構造の適切な調整によって、かつ／または電気的コンポーネントないしはコンポーネントのトランシーバ内の適切な手段によって、供給線構造を介しても極めて高いデータ伝送率を得ることが、可能である。現在では、供給線構造を介して１０メガボーまでのデータ率を得ることができる。しかし、自動車内では、たとえば非常走行駆動を保証するためには、データバス構造が故障した場合にデータ伝送のための簡単かつ安価に設計された回帰平面を提供すれば、すでに十分であることが多い。そのためには、データバス構造を介して伝送されるデータの一部のみが供給線構造を介して伝送されれば、十分であろう。供給線構造を介してのこのようにわずかなデータ伝送率は、単純な手段ですでに、すなわちたとえばほとんど調整されていない供給ネットワークとトランシーバにおけるわずかな費用および手間とによって、達成することができる。従って本発明によれば、供給線構造を介してのデータ伝送のための簡単に構築された安価な回帰平面が可能にされる。
本発明によれば、データバス構造を介して時間窓内で伝送されるすべての情報を供給線構造を介しても伝送する必要はない。むしろ、時間窓内で伝送される情報の一部だけが、冗長に供給線構造を介しても伝送されることが、考えられる。データバス構造を介して事象窓内で伝送される情報は、いずれにしても供給線構造を介して冗長に伝送されない。しかし、この情報のために他の種類の冗長なデータ伝送が設けられることは、排除されていない。
情報伝送するための本発明に基づく方法を実現するための通信システムは、特に簡単かつ安価に実現可能である。そのために、付加的な冗長なデータバス構造のための付加的な組込みスペースは必要とされない。というのは、コンポーネントは、いずれにせよデータバス構造と供給線構造を介して互いに接続されているからである。ただ、データ伝送のために供給線構造にコンポーネントを接続するための、付加的な送信／受信ユニットのみが、必要とされる。
本発明の好ましい展開によれば、情報はデータバス構造を介してタイムトリガードコントローラエリアネットワーク（ＴＴＣＡＮ）プロトコルに従って伝送される。ＴＴＣＡＮプロトコルにおいては、時間窓は”Exclusive Windows”、そして事象窓は”Arbitrating
Windows”と称される。従って本発明によれば、ＴＴＣＡＮプロトコルに従って”Exclusive Windows”内でデータバス構造を介して伝送される情報が、冗長な情報伝送のために、少なくとも部分的に供給線構造を介しても伝送される。
本発明の他の好ましい実施形態によれば、情報がデータバス構造を介してＦｌｅｘＲａｙプロトコルに従って伝送されることが、提案される。ＦｌｅｘＲａｙプロトコルにおいては、時間窓は通信サイクルの”static Segments”と、事象窓は”dymamic Segments”と称される。従って本発明によれば、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルに従って”static Segments”内でデータバス構造を介して伝送される情報が、少なくとも部分的に供給線構造を介しても伝送される。
本発明の他の好ましい実施形態によれば、情報がデータバス構造を介してタイムトリガードプロトコル（ＴＴＰ）に従って伝送されることが、提案される。ＴＴＰにおいては、時間窓は、定常的なデータ（"State Data"）の伝送に用いられる、スロット（伝送フレーム）の一部と称される。事象データ（"Event Data"）の伝送に用いられる、スロットの一部が、事象窓と称される。従って本発明によれば、ＴＴＰにおいては、”State Data”を伝送するために設けられている、スロットの一部において伝送される情報が、少なくとも部分的に供給線構造を介しても伝送される。
本発明の課題の他の解決として、特許請求項６の上位概念に記載の通信システムに基づいて、通信システムが冗長に情報伝送する手段を有しており、その手段が少なくとも１つの時間窓内でデータバス構造を介して伝送される情報のみを、少なくとも部分的に、供給線構造を介しても伝送することが、提案される。
本発明の課題の他の解決として、特許請求項７の上位概念に記載の通信システムに基づいて、情報伝送がデータバス構造を介して互いに連続するサイクル内で行われ、その場合に各サイクルが所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有しており、かつ通信システムが、冗長に情報伝送するための手段を有しており、その手段が少なくとも１つの時間窓内でデータバス構造を介して伝送される情報のみを、少なくとも部分的に、供給線構造を介しても伝送することが、提案される。
特許請求項１と特許請求項６は、複数の電気的コンポーネントを有し、それらコンポーネントがエネルギ供給のために供給線構造を介して、さらに情報伝送のためにデータバス構造を介して互いに接続されている、既知の通信システムに基づいている。情報伝送は、既知の通信システムにおいては、互いに連続するサイクルにおいて行われ、その場合に各サイクルは時間制御されて情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、事象制御されて情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している。この種の通信システムは、たとえばＴＴＣＡＮ通信システム、ＦｌｅｘＲａｙ通信システムまたはＴＴＰ／Ｃ通信システムである。この種の通信システムに基づいて、コンポーネント間で伝送すべき情報が、データバス構造を介しての他に、付加的に供給線構造を介しても伝送されることが、提案される。その場合にデータバス構造を介して伝送されるすべての情報が、供給線構造を介しても伝送される必要はなく、通信サイクルの時間窓内で伝送される、安全上重要および／または時間的に厳しい情報のみが、伝送される。
特許請求項２と７は、複数の電気的コンポーネントを有し、それらのコンポーネントがエネルギ供給のために供給線構造に、そして情報伝送のためにデータバス構造に接続されている、既知の通信システムに基づいている。既知の通信システム内部の情報伝送は、少なくとも部分的に、データバス構造を介しても、供給線構造を介しても行われる。この種の通信システムは、たとえば、ＤＥ１０１４２４０８Ａ１から知られており、そこには通信システムが記載されており、その通信システムにおいて情報はデータバス構造を介しても供給線構造を介しても伝送される。この種のデータ伝送は、パワーラインコミュニケーション（ＰＬＣ）とも称され、それは供給線構造を介してのデータ伝送を意味する。既知の通信システムとは異なり、本発明によれば、データバス構造を介しての情報伝送は、互いに連続するサイクルにおいて行われ、その場合に各サイクルは、時間制御されて情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、事象制御されて情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している。さらに、本発明によれば、データバス構造を介して伝送されるすべての情報が供給線構造を介しても伝送される必要はなく、時間窓内でデータバス構造を介して伝送される、安全上重要および／または時間的に厳しい情報のみが、伝送される。
本発明に基づく通信システムの種々の好ましい展開によれば、データバス構造を介しての情報伝送は、タイムトリガードコントローラエリアネットワーク（ＴＴＣＡＮ）プロトコルに従って、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルに従っておよび／またはタイムトリガードプロトコル（ＴＴＰ）に従って、特にＴＴＰプロトコルのバージョンＣ（ＴＴＰ／Ｃ）に従って行われる。
以上説明したように本発明によれば、安全上重要な適用の枠内で情報伝送に対する要請を考慮して、自動車の通信システム内で冗長に情報伝送するための、簡単、安価で場所をとらない可能性を提供することができる。
本発明の他の特徴、適用可能性および利点は、図面に示す本発明の実施例についての以下の説明から明らかにされる。その場合に記載され、あるいは図示されているすべての説明は、それ自体で、あるいは任意の組み合わせにおいて、特許請求項におけるその要約あるいは帰属に関係なく、明細書ないし図面におけるその表現ないし表示に関係なく、本発明の対象を形成する。
図１には、本発明に基づく通信システムの全体が、参照符号１で示されている。通信システム１は、自動車の複数の電気的コンポーネント２、３、４を有している。電気的コンポーネント２、３、４は、たとえば任意の自動車機能のための制御装置、特に、たとえば内燃機関、ドライブトレイン、ブレーキシステムのため、あるいは任意の他のいわゆるＸ−バイ−ワイヤ−適用のための、自動車内の安全上重要な適用のための制御装置である。しかしまた、油圧式、空気圧式あるいは電気的に駆動可能な任意の他のコンポーネントも、本発明の主旨における電気的コンポーネント２、３、４と称される。
通信システム１は、さらに、データバス構造９を有しており、そのデータバス構造にコンポーネント２、３、４が同コンポーネント２、３、４間で情報伝送するために接続されている。データバス構造９を介しての情報伝送は、互いに連続するサイクル内で行われる。各サイクルは、時間的に厳しい情報、および／または安全上重要な情報を時間制御で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、事象制御で情報伝送するための少なくとも１つの事象窓を有している。この種のデータバス構造は、それ自体従来技術から知られている。既知のデータバス構造を介しての情報伝送は、たとえば、いわゆるＦｌｅｘＲａｙプロトコルに従って、ＴＴＣＡＮ（Time Triggered Controller Area Network）プロトコルに従って、ＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport）プロトコルに従って、あるいはまたいわゆるＴＴＰ（Time Triggered Protocol）に従って、特にＴＴＰ／Ｃプロトコルに従って行われる。コンポーネント２、３、４は、さらに、供給線構造１０に接続されており、その供給線構造を介してコンポーネント２、３、４に電気エネルギが供給される。
本発明によれば、通信システム１のコンポーネント２、３、４間で伝送される情報は、データバス構造９を介してだけでなく、一部は供給線構造１０を介しても伝送される。データバス構造９を介して時間窓内で伝送される情報のみが、供給線構造１０を介しても伝送される。それは、通常、たとえばＸ−バイ−ワイヤ−適用の正常な駆動のために必要な、時間的に厳しい、および／または安全上重要な情報である。それに対して、たとえば自動車のコンフォート機能の、安全上余り重要ではない情報あるいは折りにふれて発生するセンサ信号は、単にデータバス構造９を介して事象窓内で伝送されるだけで、供給線構造１０を介しては伝送されない。
従って、本発明によれば、単純に構築された安価な通信システム１が提案され、その通信システムにおいては安全上重要な機能を維持するために、部分的に冗長な情報伝送がデータバス構造９を介して、かつ供給線構造１０を介して行われる。しかし、安全上重要な適用の正常な機能のために無条件に必要とされる情報のみは、供給線構造１０を介しても伝送される。それによって、データバス構造９の故障後も、自動車内の安全上重要な適用の正常な機能は、それが単に非常走行機能であろうと、保証される。
供給線構造１０を介して伝送される情報を、データバス構造９を介して時間窓内で伝送される、安全上重要な情報に限定することによって、供給線構造１０を介して伝送すべき情報のデータ量が減少する。それによって、供給線構造１０のための伝送率をデータバス構造９のための伝送率に対して情報損失なしで減少させることが、可能になる。これは特に、供給線構造１０内の障害によってそこで得られる最大の伝送率が、データバス構造９を介して得ることのできる伝送率よりも小さい場合に、必要になることがある。供給線構造１０を介しての情報の伝送は、パワーラインコミュニケーション（ＰＬＣ）とも称される。
自動車コンポーネント２、３、４は、データバス構造９を介して他の電気的コンポーネント２、３、４へ情報を送信し、かつデータバス構造９を介して他の電気的コンポーネント２、３、４から情報を受信するために、バストランシーバ５を有している。さらに、コンポーネント２、３、４は、供給線構造１０を介して他の電気的コンポーネント２、３、４へ情報を送信し、かつ供給線構造１０を介して他の電気的コンポーネント２、３、４から情報を受信するために、それぞれＰＬＣトランシーバ６を有している。コンポーネント２、３、４は、さらに、計算機７、特にマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを有しており、その上で、コンポーネント２、３、４の機能、たとえば開ループ制御または閉ループ制御機能を実施するための制御プログラムが遂行可能である。そして、コンポーネント２、３、４は、送信／受信ユニット（トランシーバ）５、６を介しての情報伝送を制御するための他の計算機８を有している。他の計算機８は、計算機７の負担を軽減するために用いられる。しかし、２つの計算機７と８は、唯一の共通の計算機にまとめることもできる。計算機８は、通常、通信コントローラと称され、計算機７はホスト（アプリケーションのための）と称される。その裏には、ホストは通信コントローラの通信基礎機能に従事する必要はない、という哲学がある。
供給線構造１０を介しての情報伝送を実現するために、障害をできるだけ小さく抑えて、より高い伝送率を得ることができるように供給線構造がそれに応じて調整される。供給線構造１０の調整は、たとえば供給線構造１０の個々の供給線の撚り合わせ、修正された、アクティブなスターポイントの使用および、情報伝送のための高周波の修正されたキャリア信号を分離するためにも、−いわゆるＰＬＣカプラの形式で−接続および分離するための、フェライトの使用を含んでいる。それに応じた、供給線構造１０の調整は、ＤＥ１０１４２４０９Ａ１とＤＥ１０１４２４１０Ａ１から取り出すことができ、これに関して明確に参照している。
本発明を実現するために、ＦｌｅｘＲａｙ伝送プロトコルに基づいてデータバス構造９を介して情報伝送することが、特に適している。というのは、このプロトコルはすでにマルチチャネル駆動を可能にしているからであって、その場合に本発明においては、データバス構造９を介して情報伝送するために１つのチャネルを、そして供給線構造１０を介して情報伝送するために他のチャネルを利用することができる。最初は単にシングルチャネル駆動を支援する他の伝送プロトコルは、比較的わずかな手間と費用で、同様にマルチチャネル駆動を支援するように拡張することができる。さらに、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルは、特に適している。というのは、通信システムの全コンポーネントが供給線構造に接続され、それによって付加的な接続を行わずに、供給線構造を介しての冗長な情報伝送を用いてコンポーネントの各々に到達できるからである。通信システムの物理的な層は、電気的または光学的に形成することができる。
本発明に基づく方法を実現するために、データバス構造９を介して時間窓内で伝送される情報は、バストランシーバ５を介しても、少なくとも部分的にＰＬＣトランシーバ６を介しても案内される。ＰＬＣトランシーバ６は、伝送すべき情報信号を変調し、受信した、変調された情報信号を復調する。変調された情報信号は、ＰＬＣカプラを介して撚られた供給線（バッテリ電圧ＵｂａｔｔとアースＧＮＤ）へ誘導的に結合され、対称に伝送されて、受信側でいわゆるＰＬＣカプラを介して分離される。ＰＬＣカプラにおいて使用されるフェライトは、重要な供給線上で通信システム１のすべてのコンポーネント２、３、４を高周波分離するために使用され、それによって伝送区間の特性インピーダンスに適合された、伝送帯域幅全体にわたって一定の成端を保証する（ＤＥ１０１４２１０９Ａ１を参照）。この措置は、得ることのできるデータ率、キャリア周波数、導線の長さ、ネットワーク構造および他のパラメータに従って極めて推奨されるが、必ずしも必要ではない。しかし、いわゆるハイデータレート（ＨＤＲ）−ＰＬＣ−情報伝送のためには、上述した措置が必要である。
好ましくは使用されるＨＤＲ−ＰＬＣ情報伝送のための効果的なネットワークトポロジーは、スター構造である（ＤＥ１０１４２４１０Ａ１を参照）。修正された、直流に影響を与えないスターポイントが使用される。ここでもフェライトの使用が提供される。というのは、フェライトは、ｆ＝０Ｈｚの周波数について抵抗値を持たないからである。この理由から、直列抵抗ＺＳｅｒｉｅのために、周波数に依存する抵抗を発生させるための二重穴コアフェライトが使用される。パッシブなスターポイントによって搬送される情報信号は高い信号減衰にさらされるので、スターポイントは好ましくはアクティブに設計される。搬送される情報信号は、低インピーダンスのスターポイントの前でＰＬＣカプラを介して分離される。情報信号は、ドライバ段（双方向、半二重、すなわち信号は元のパスへ結合されてはならない）によってスターポイントの向こう側で、再びＰＬＣカプラを介してそれぞれのパスへ分配される。選択的に、ドライバ段のために、増幅器段あるいはまた完全なトランシーバを使用することができる。
２＊ＺＳｅｒｉｅ／２は、スターポイントがアクティブに設計されている場合には、付加的に挿入された容量的なスターポイントの結合（スターポイントＵｂａｔｔとスターポイントＧＮＤ）によって、もはやパッシブな設計におけるＺＳｅｒｉｅには相当しない（ＤＥ１０１４２４１０Ａ１を参照）。アクティブなスターポイントのためには、ＺＳｅｒｉｅ＝ＺＬが成立しなければならず、その場合にＺＳｅｒｉｅはシリーズ抵抗であって、ＺＬは特性インピーダンスであって、それによって導線分岐が終了する。
図２には、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルに基づく通信サイクルが例示されている。サイクルは、その全体が参照符号１１で示されている。サイクル１１は、静的なセグメント１２と動的なセグメント１３を有している。ここに図示されているセグメント１２と１３の他に、サイクル１１は他のセグメント、たとえばシンボル窓（Symbol Window）またはいわゆるネットワークアイドルタイム（ＮＩＴ）を有することができる。通信サイクル１１は、周期的に繰り返される。静的なセグメント１２は、少なくとも２つの静的なスロット（Static Slots）、本例においては４つのスロットを有している。静的なセグメント１２の内部では、種々の情報伝送を調整するために、静的な時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）図式が使用される。静的なセグメント１２内で、すべてのスロットは、静的に予め定められた等しい長さを有しており、伝送すべき情報を内容とする、すべてのメッセージ（フレーム）は、静的に予め定められた等しい長さを有している。
図２に示す実施例において、通信サイクル１１は１２のスロットに分割されており、その場合にスロット０から４は静的なセグメント１２に、スロット５から１１は動的なセグメント１３に対応づけられている。スロット１から４において伝送すべきメッセージは、その識別子ＩＤ１からＩＤ４によって、対応するスロット＃１から＃４に対応づけられている。メッセージ内に含まれる情報は、Ｉ１からＩ３およびＩ５で示されている。
サイクル１１の動的なセグメント１３は、予め定められた数の同じ長さのミニスロット（Mini Slots）に分割されている。さらに、動的なセグメント１３は、予め定めることのできる数の動的なスロット（Dynamic Slots）を有しており、それらは１つまたは複数のミニスロットを有している。動的なスロットの長さは、通信、すなわち伝送またはメッセージの受信が行われるか否か、に依存する。動的なスロットの長さは、各チャネルについて別々に定められる。各ミニスロットの最後において、通信が行われるか否か、が調べられる。通信が行われない場合には、動的なスロットは１つのミニスロットのみを有し、すなわちそれに応じた通信チャネルは全ミニスロットの間アイドリング状態にある。通信が行われる場合には、動的なスロットは、複数のミニスロットを有している。
極めて一般的に、コンポーネント２、３、４は、動的なセグメント１３の内部で事象制御されて情報を伝送する可能性を有していることを、確認することができる。従って、ある程度、各サイクル１１内で事象制御される情報伝送のためにある程度の伝送長さ、すなわち所定の数のスロットが予約される。サイクル１１の間に、情報伝送を作動させる事象が発生した場合に、それに応じた情報をこのサイクルまたは次のサイクル１１の動的セグメント１３の間に伝送することができる。しかし、サイクル１１内で事象制御される情報伝送が行われない場合には、このサイクル１１内の動的サイクル１３は利用されないままである（スロット＃６を参照）。図２に示す本実施例においては、動的なセグメント内で情報Ｉ４とI６からＩ８を有するメッセージＩＤ５からＩＤ１１が伝送される。
本発明によれば、図２に示す実施例において、すべてのメッセージＩＤ１からＩＤ１１ではなく、メッセージＩＤ１からＩＤ４のみが、データバス構造９を介して伝送される他に、供給線構造１１を介しても伝送される。
図３には、ＴＴＣＡＮプロトコルに従って情報伝送する場合に使用されるような、いわゆるシステムマトリクスが、その全体を参照符号１４で示されている。システムマトリクス１４は、複数の行＃０から＃３を有しており、その場合に各行は、基礎サイクル（Basic Cycle）１５から１８に相当する。各サイクル１５から１８は、所定の数の時間窓（Time Windows）に分割されている。個々の時間窓の数と長さは、サイクル１５から１８の内部で変化することができるが、各サイクル１５から１８について等しい。図３に示す実施例においては、各サイクル１５から１８は８つの時間窓＃０から＃７に分割されている。
ＴＴＣＡＮプロトコルに従って、種々の種類の時間窓が存在する。時間窓の種類は、サイクルからサイクルへ異なるように選択することができる。すなわち、たとえば、データバス構造９へのアクセス権をめぐる競争なしで周期的に伝送される所定のメッセージＮに対応づけられた、排他的な時間窓（いわゆるExclusive Time Windows）Ｎｉが存在する。さらに、事象制御される情報伝送のために使用することのできる、調整する時間窓（いわゆるArbitrating Time Windows）Ｖが存在する。そしてまた、いわゆる自由な時間窓（Free Time Windows）Ｆが存在し、それによってシステムマトリクス１４を大きなコストなしで拡張された通信またはネットワーク構造へ適合させることができる。その場合に元の自由な時間窓は、通信システム１を他のコンポーネントだけ拡張する場合に、あるいはすでにあるコンポーネント２、３、４の付加的な情報伝送の際に、付加的な情報伝送のために利用することができる。
従って排他的な時間窓Ｎｉの内部では、情報は時間制御されて伝送される。調整する時間窓Ｖは、サイクル１５から１８の内部で事象制御される情報伝送のために使用される。
本発明によれば、図３に示す実施例において、すべてのメッセージではなく、データバス構造９を介して時間窓（Exclusive Windows）内で伝送される、メッセージＮ１からＮ７のみが、データバス構造９を介しての伝送に加えて、供給線構造１０を介しても伝送される。
本発明の一実施形態にかかる通信システムを示す説明図である。 ＦｌｅｘＲａｙ通信システムを示す説明図である。 ＴＴＣＡＮシステムマトリクスを示す説明図である。

Claims (10)

  1. 情報伝送のために自動車のデータバス構造（９）に、そしてエネルギ供給のために自動車の供給線構造（１０）に接続されている、自動車の電気的コンポーネント（２、３、４）間で自動車内の情報を伝送するための方法であって、その場合に情報が互いに連続するサイクル内で前記データバス構造（９）を介して伝送され、その場合に各サイクルが、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報を伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している、前記方法において、
    少なくとも１つの時間窓内で前記データバス構造（９）を介して伝送される情報のみが、冗長な情報伝送のために、少なくとも部分的に前記供給線構造（１０）を介しても伝送されることを特徴とする、自動車内の情報を伝送する方法。
  2. 情報伝送のために自動車のデータバス構造（９）に、そしてエネルギ供給のために自動車の供給線構造（１０）に接続されている、自動車の電気的コンポーネント（２、３、４）間で自動車内の情報を伝送するための方法であって、その場合に情報は、冗長な情報伝送のために、少なくとも部分的に前記データバス構造（９）を介しても、前記供給線構造（１０）を介しても伝送される、前記方法において、
    情報が互いに連続するサイクル内で前記データバス構造（９）を介して伝送され、その場合に各サイクルが、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有しており、かつ、少なくとも１つの時間窓内で前記データバス構造（９）を介して伝送される情報のみが、少なくとも部分的に、前記供給線構造（１０）を介して伝送されることを特徴とする、自動車内の情報を伝送する方法。
  3. 前記データバス構造（９）を介して情報が、タイムトリガードコントローラエリアネットワーク（ＴＴＣＡＮ）プロトコルに従って伝送されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記データバス構造（９）を介して情報が、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルに従って伝送されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  5. 前記データバス構造（９）を介して情報が、タイムトリガードプロトコル（ＴＴＰ）に従って伝送されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  6. 複数の電気的コンポーネント（２、３、４）、前記コンポーネント（２、３、４）が前記コンポーネント（２、３、４）間で情報伝送するために接続されているデータバス構造（９）および、前記コンポーネント（２、３、４）がエネルギ供給のために接続されている、供給線構造（１０）を有する、自動車のための通信システム（１）であって、その場合に互いに連続するサイクル内で前記データバス構造（９）を介して情報伝送が行われ、その場合に各サイクルは、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有している、前記通信システムにおいて、
    前記通信システム（１）が、冗長に情報伝送するための手段を有しており、前記手段が、少なくとも１つの時間窓内で前記データバス構造（９）を介して伝送される情報のみを、少なくとも部分的に、前記供給線構造（１０）を介しても伝送することを特徴とする自動車のための通信システム。
  7. 複数の電気的コンポーネント（２、３、４）、前記コンポーネント（２、３、４）が前記コンポーネント（２、３、４）間で情報伝送するために接続されているデータバス構造（９）および、前記コンポーネント（２、３、４）が前記コンポーネント（２、３、４）のエネルギ供給のために接続されている供給線構造（１０）を有する、自動車のための通信システム（１）であって、その場合に情報伝送が少なくとも一部、前記データバス構造（９）を介しても、前記供給線構造（１０）を介しても行われる、前記通信システムにおいて、
    情報伝送が、前記データバス構造（９）を介して互いに連続するサイクル内で行われ、その場合に各サイクルが、所定の時点で情報伝送するための少なくとも１つの時間窓と、所定の事象において情報伝送するための少なくとも１つの事象窓とを有しており、かつ、前記通信システム（１）が、冗長に情報伝送するための手段を有しており、前記手段が、少なくとも１つの時間窓内で前記データバス構造（９）を介して伝送される情報のみを、少なくとも部分的に、前記供給線構造（１０）を介しても伝送することを特徴とする、自動車のための通信システム。
  8. 前記データバス構造（９）を介しての情報伝送が、タイムトリガードコントローラエリアネットワーク（ＴＴＣＡＮ）プロトコルに従って行われることを特徴とする請求項６または７に記載の通信システム（１）。
  9. 前記データバス構造（９）を介しての情報伝送が、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルに従って行われることを特徴とする請求項６または７に記載の通信システム（１）。
  10. 前記データバス構造（９）を介しての情報伝送が、タイムトリガードプロトコル（ＴＴＰ）に従って行われることを特徴とする請求項６または７に記載の通信システム（１）。
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