TWI253253B - System for use in a vehicle, vehicle active network and a method of communicating data within a vehicle - Google Patents

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John D Bruner
Oda D Drake Iv
Donald J Remboski
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Description

1253253 A7 B7 五、發明説明（1 ) 相關申請案 本發明涉及下列各項申請案，各申請案與本發明有相同 的受讓人： 「有保留部份的車輛啟動網路」，代理人待決案件編號 IA00002，申請日 2001年 8月 31 日，序號 09/944, 892 ; 「有資料冗餘的車輛啟動網路」，代理人待決案件編號 IA00003，申請日 2001 年 8月 31日，序號09/943, 908 ; 「有通信路徑冗餘的車輛啟動網路」，代理人待決案件 編號1八00004，申請日2001年8月31日，序號09/943,870; 「適用傳統結構的車輛啟動網路」，代理人待決案件編 號IA00005，申請日2001年8月31日，序號09/945, 585 ; 「有容錯裝置的車輛啟動網路」，代理人待決案件編號 IA00006，申請日 2001 年8月 31 日，序號 09/943, 882 ; 「連結的車輛啟動網路」，代理人待決案件編號IA00007 ，申請日2001年8月31日，序號09/944, 653 ; 「有資料加密的車輛啟動網路」，代理人待決案件編號 IA00008，申請日 2001年8月 31日，序號 09/944, 883 ; 「車輛啟動網路和裝置」，代理人待決案件編號IA00009 ，申請日2001年8月31日，序號09/944, 887 ; 「有主幹結構的車輛啟動網路」，代理人待決案件編號 IA00010，申請日 2001年 8月 31 日，序號09/943, 921 ; 「車輛啟動網路拓撲」，代理人待決案件編號IA0001 1 ，申請日2001年8月31日，序號09/944, 891 ;以及 「用於車輛啟動網路的資料封包」，代理人待決案件編 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 -訂
線 1253253
號IA00012，申請日2001车8日 T月川丄平8月31日，序號09/943, 914。 發明背景 1. 發明領坺 本發明-般而言涉及車輛的通信系統領域，例如像汽車 和卡車，更特言涉及以通信…合在車輛 2. 相關技藝說明 微處理器技術已經大幅改良汽車的效率、可靠度和安全 性。微處理器裝置已經使氣囊、反鎖死煞車、離合器控制 、自適應懸吊和動力系控制，僅提出數項實際上已改變汽 車的處理技術。這些系統，剛開始時由製造業者提供，僅 用在最責且最豪華的汽車和性能車上，但現在十分常見， 甚至是一般可負擔的經濟型汽車的標準配備。很快地線 路控制應用將變成相當普遍。例如，線路控制油門已成功 地建置在許多車輛的平台上。線路控制方向盤和線路控制 煞車應用也指日可待。替代性燃料車輛，包括燃料電池車 輛，電和混合燃料的車輛將需要更複雜的控制應用，因此 有更多的處理功能將由此而來。 汽車同時因資訊技術而增強。衛星導覽系統、語音和資 料通信、和車輛遙測系統，可通知駕駛、娛樂乘客並監控 車輛性能。這些系統可提供行駛方向，找出行致路線沿線 的景點，從遠端診斷及/或預測車輛問題、打開門鎖、如果 車子被偷可使車子熄火，或有意外事件發生時，可召嗔条 救人員。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 1253253 A7 _____ ___ B7 五、發明説明（3 ) 車輛相關資訊技術複雜度增加的數量和程度，汽車工程 卸所需面對的挑戰，是以有效率的方法實現這些技術，並 將這些技術與現有和新興的車輛系統整合在一起。目前的 設計原理主要集中在結合一或多個車輛通信匯流排架構， 以互連在車輛之内各種不同的控制元件、感應器、驅動器 和類似事物上。這些匯流排架構的設計通常必須符合政府 法規’例如像第二代内建診斷裝置（〇BD—n)和聯邦機動車 輛安全標準（FMVSS)。這些結構提供有限的功能使新的技術 適用車輛。而且，若考慮到典型四年設計週期和汽車的十 年生命週期’車輛甚至在上市之前，車輛内的技術就落伍 了 ’該®流排架構讓車主很難將新技術裝配到車輛上。縱 使有這些限制，但該匯流排架構在車輛之内為連結電子裝 置和系統提供一個可靠、相當快速的平台。 為了要將車輛資訊技術與車輛資訊技術連結，已有方法 能夠合併車輛内的網路結構。例如，已發表的專利合作條 約（PCT)申請編號00/77620 A2，說明以乙太網路為基礎 的結構，其中在車輛之内的裝置耦合到該網路。這一份報 告說明包括一該裝置耦合至之纜線主幹的網路，和一網路 公用程式，以控制網路上裝置之間的通信。重要的是要注 意：所提出的網路並不整合車輛系統，而是為車輛提供一 平台，用以增加資訊技術，例如像呼叫器、個人數位助理 、導覽等技術。例如，電力系、懸吊、煞車和氣囊系統， 為資料通信利用一車輛匯流排，而且在該報告中這些系統 獨立自主地運作網路。提供一橋接器或閘道，以將車輛匯
1253253 A7 -------- --— Β7 五、發明説明（4 ) ~" 流排耦合至該網路作為一裝置或用戶端，允許在匯流排和 網路之間共用資料，但是車輛系統的資料通信需求不是由 該網路提供服務。這些系統設計為獨立自 主地操作所述及 網路的原目’是他們具有時間急迫性、系統資料需求急迫 性，而這正是上述網路結構無法滿足的。此外，在報告中 述及的網路有很多單點致命傷，例如像如果纜線主幹^打 亂或網路公用程式當機。 因此需要有一種汽車電子系統結構，有助於有效率且可 靠地整合車輛内電子技術和隨插即用可升級性。 圖式簡單說明 本發明將藉由以下所提出的一些較佳具體實施例並參考 下列圖示來加以說明，其中相似的參考數字係指同樣的元 件。 圖1是一根據本發明的車輛啟動網路具體實施例之方塊 圖例。 圖2是圖1中所顯示的車輛啟動網路的方塊圖例，說明多 個車輛啟動網路的通信路徑功能。 圖3是一車輛啟動網路的另一具體實施例之方塊圖例。 圖4是一根據本發明的車輛啟動網路具體實施例之圖例。 圖5是圖4所說明之車輛啟動網路的部份圖例，以說明整 個網路時序資訊的傳播。 圖6是一三度空間的車輛啟動網路的另一具體實施例之 圖例。 圖7是一根據本發明結合禁區的車輛啟動網路的另一具 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1253253 五、發明説明（5 A7 B7
體實施例之圖例。 圖8是一根據本發明提供封包冗餘的車輛啟動網路具體 實施例之圖例。 圖9是一根據本發明的啟動網路元件具體實施例之簡圖。 圖10是一車輛啟動網路具體實施例之簡圖，包括一形成 部份車輛啟動網路的裝置。 圖11是一車輛啟動網路的另一具體實施例之簡圖，包括 一形成部份車輛啟動元件的裝置。 圖12是一車輛啟動網路的另一具體實施例之簡圖，包括 一形成部份車輛啟動元件的裝置。 圖13是一車輛啟動網路的另一具體實施例之簡圖，包括 一形成部份車輛啟動元件的裝置。 圖14是根據本發明另一具體實施例的連結啟動網路之方 塊圖例。 圖15是根據本發明另一具體實施例的連結啟動網路之方 塊圖例。 圖16是一根據本發明結合核心部份的車輛啟動網路的另 一具體實施例之圖例。 圖17是一車輛啟動網路的另一具體實施例之方塊圖例， 說明適合的擴充性。 圖18是一車輛啟動網路的另一具體實施例之方塊圖例， 說明適合的擴充性。 圖19是一根據本發明較佳具體實施例的車輛啟動網路拓 撲之方塊圖例。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1253253 A7
圖20是一根據本發明另一較佳具體實施例的車輛啟動網 路拓撲之方塊圖例。 圖21說明各種不同的資料封包，可適用於根據本發明較 佳具體實施例的車輛啟動網路。 較佳具體實施例之詳細說明 根據本發明的汽車功能系統結構，係以交互網路和計算 原則為基礎。該結構結合一種車輛啟動網路，以通信方式 耦合在車輛之内的裝置。裝置操作與裝置的介面以及啟動 網路無關。此外，啟動網路的結構提供一或多個等級的通 信冗餘。該結構提供用於車輛系統及功能的總體整合，並 允許隨插即用裝置的整合、擴充性和可升級性。 啟動網路包括複數個以通信方式耦合的啟動元件，即使 沒有網路公用程式或判別器，也允許耦合到啟動網路的裝 置之間通信。啟動元件使車輛内的裝置之間具有多個同步 通信路徑。該多個同步的通信路徑，可包括在啟動元件之 中多個可能的路徑，包括，例如，回答網路狀態的替代選 擇路程、冗餘路徑，或甚至具有迴路資料率與其他通信路 徑資料率不同的迴路。 該啟動網路可以封包資料原則為基礎，並執行任何適當 的封包資料傳輸協定。適當的封包資料協定包括，但不限 定於：傳輸控制協定/網際網路協定（TCP/IP)、非同步傳輸 模式（ATM)、Inf ini band和Rap idio。這些協定，在根據本 發明各種不同具體實施例建置於一啟動網路中時，允許一 或多個等級的冗餘通信功能以確保可靠的資料轉移，同時 •10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） !253253
允許啟動系統診斷程式和故障容錯。 該啟動網路可以結合以通財式Μ該裝置的啟動網路 元件的架構。該架構允許多個同步的對等通信。啟動網路 兀件可排列在，例#，陣列拓撲、多點拓撲、或不對稱拓 撲中。此外’結構可結合一或多個等級的無線通信。例如 ’該結構支援對等、-對多廣播、多對多廣播、内部網路
裴 和交互網路通信、裝置對網路、車輛對車輛和車輛對遠端 台的無線通信。 本發明許多額外的優點和特徵將因各種不同的較佳具體 實施例的描述而變得明顯。首先，本發明係根據建置在一 車輛之内的具體實施例來加以說明的，這一點很重要，或 更特言之，在一輛汽車内。此處所指的車輛和汽車可包括 汽車、卡車、公車、拖車、船、飛機、火車和類似事物。 因此，在述及車輛或汽車時，事實上同樣適用於任何類型 的商用車輛。
線 圖1說明包括一種啟動網路12的車輛10，各種不同的車輛 裝置14-20經由個別的介面22-28耦合。該裝置可以是用來 連接各種不同車輛功能的系統和子系統的感應器、驅動器 和處理器，例如像，但不限於，線路控制的油門' 煞車和 方向盤控制、自適應懸吊裝置、電力系附屬控制、通信、 娛樂等等。 介面22-28是任何適當的介面，可用於將特定裝置耦合至 該啟動網路12,且可以是電線、光學、無線或上述組I。 該作為介面的裝置特別地適合提供與車輛有關聯的一或多 -11 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 1253253 A7 ______B7 五、發明説明（8^' " 個功能。這些裝置可製造資料，例如像感應器，用來耗用 資料，例如像驅動器，或處理資料，包括製造及耗用資料 。‘然’獎動器’通常是資料耗用裝置，也可製造資料， 例如其中驅動器製造資料，指出它已經達到所要求的狀態 ，或是一感應器，可耗用資料，例如，提供它作用方法的 指示。裝置製造的資料或提供給裝置的資料，和由啟動網 路12攜帶的資料，與裝置本身的功能無關。也就是說，介 面22-28在耦合的裝置和啟動網路12之間提供與裝置無關 的資料交換。 該啟動網路12定義在裝置之間的複數個通信路徑3〇。通 信路控30允許在裝置14 - 20之間多個同步的對等、一對多、 多對多等等的通信。在圖1中，由粗箭號說明的一通信路徑 32，在裝置14和裝置20之間形成。這不只是唯一可用於裝 置14和20之間通信的通信路徑。如圖2所示，路徑34也會轉 合裝置14和20。在車輛10的操作期間，在裝置14和2〇之間 的資料交換可利用在裝置之間的路徑32和34或其他路徑。 在操作時，單一路徑可攜帶在裝置14和裝置20之間的所有 單一資料通信，或一些通信路徑可攜帶部份的資料通信。 後來的通信可使用相同的路徑或其他的路徑，依照啟動網 路12接下來的狀態所要求。·這為提供裝置之間單一通信路 徑的匯流排架構，提供可靠度和加速度的優點，因此適用 於發生單一路徑故障時的故障。而且，其餘裝置2〇之間 的通信，使用通信路徑30時可同時發生。 該啟動網路12符合傳輸控制協定/網際網路（TCP/IP)、非 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1253253 A7 B7 五、發明説明 同步傳輸模式（ATM)、Inf ini band、Rap id 10或其他封包資 料協定。同樣地，啟動網路12利用資料封包，具有固定或 可變長度’由適用的協定定義。例如，如果啟動網路12使 用非同步傳輸模式（ATM)通信協定，則使用ATM標準資料單 元。 裝置14-20需要是沒有分離的裝置。而是，該裝置可以是 車輛的系統或次系統，並可包括一或多個傳統通信介質， 也就是’傳統匯流排架構，例如像CAN、LIN、FLEXRAY或類 似的匯流排架構。在這類具體實施例中，個別的介面2 2 一2 8 可組態為一代理或閘道，以允許在啟動網路12和傳統裝置 14-20之間的通信。另一方面，請參見圖3，車輛1〇的裝置 18以通信方式經由一介面35耦合至匯流排架構33。然後， 該匯流排架構33經由介面26耗合到啟動網路12。該匯流排 架構可以疋CAN、LIN、FLEXRAY或類似的匯流排架構。 參見圖4, 一種啟動網路36,為根據本發明的另一具體實 施例，包括啟動網路元件40的架構38，經由個別的介面 52 - 58，以通信方式輕合複數個裝置44-50。連結介質42互 連該啟動網路元件40。該連結介質42可以是有界介質，例 如像電線或光纖，無界介質，切如像自由的光學或射頻， 或上述的組合。除此之外，啟動網路元件這個辭彙廣義來 看與架構38的定義有關，可包括任何數目的智慧型結構， 用以在沒有判別器或其他網路控制器的情況下在啟動網路 36之内傳送資料封包，並可包括··開關、智慧型開關、路 由器、橋接器、閘道等等。因此資料由網路36遞送，由啟 -13- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公
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動元件40以資料封包形式引導。 啟動元件40和連結介質42的合作，定義在以通信方式耦 合到啟動網路36的裝置44-50之間的複數個通信路徑《例如 ，路徑60定義從裝置44到裝置50的通信路徑。如果沿著路 徑60有一中斷61，禁止資料封包從裝置44到裝置5〇的通信 ，例如，如果網路中有一或若干啟動元件或已失效，或是 沿著路徑60在連接啟動元件的連結介質中有一中斷，則可 使用圖中所示路徑62的新路徑。路線62可動態產生或預先 定義為一可能的通信路徑，以確定裝置44和裝置50之間的 通信。 在一些應用中，必須提供同步化的活動，該活動要求啟 動網路中必須有時序資訊。圖5說明啟動網路的一部份8〇 ，包括啟動元件84的架構82。連結介質86互連該啟動元件 84。啟動元件88定義為一根節點或根元件。可將生成樹運 算法和啟動網路共同使用，以定義在啟動網路之内所出現 的複數個通信路徑。複數個通信路徑可在起始配置期間由 生成樹運算法來定義，或在每一週期電力期間藉由連續的 生成樹運算法來定義，或藉由生成樹運算法的其他週期連 續性來定義。時序可從根節點元件88，以時序訊息90的形 式，從根節點啟動元件88，經由複數個通信路徑，傳播到 每一啟動元件84。從根節點，每個啟動元件84之間的連接 介質86的跨距，以及由此而來在這類跨距的時脈週期中任 何的延遲，均為已知的，因此從根節點，精確的時序可在 每一啟動元件84以及在每一耦合到啟動網路的裝置上建立 -14· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1253253 11 五、發明説明（ 或可以是有 起來。在啟動網路之㈣時序可以是絕對的 差異的。 包==是相對時序’都可以啟動網路和該資料封 匕的配置為基礎。在啟動網路之内的點對點連結 確地：算出穿越網路的時間。因此’我們能夠根據封L 網路中起始的點知道：封包何時產生、它走㈣徑1及 何時到達目前的點。因此產生封包的時間為“現在，，減掉" 間單位’其中x時間單元是依路徑所得知的時間。在這—個 時序架構中，可能不需要一中心或根節點。 在網路之内的時序資訊可能降級，例如時脈相位差的結 果。讓根節點傳送週期性的時序訊息，可重新整理時序資 訊。在啟動網路之内傳送的資料封包也可包含時序資訊， 以允許個別裝置不間斷地更新時序資訊。當然，資料封包 也可包含時序資訊，以指出某些活動要發生的時間，或指 出資訊的更新程度。除了根節點觀念以外，也可使用其他 方法在啟動網路之内建立時序。 圖6說明一種啟動網路1 〇〇，包括排列成一三度空間配置 中啟動網路元件1〇4的架構1〇2。連結介質以通信方式轉 合該啟動網路元件104。連結介質可以是電線、光學、射頻 或上述組合。架構102的三度空間配置，可以與任何根據本 發明的啟動網路的虛擬具體實施例共用，並展示這類啟動 網路的彈性和擴充性。 圖7說明啟動網路3 6 (圖4 )，該網路經過修改以包括一禁 區64。該禁區64僅僅保留部份的架構38，即包含於禁區64 -15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1253253 A7 B7 五、發明説明（12 ) ---- 之2的啟動元件和連結介質，用於在裝置46和裝置48之間 的資料通信。禁區64可保留足夠的架構38，以提供裝置46 和48之間的複數個可能的通信路徑，或可保留單一通信路 徑。禁區64可配置成攜帶至/來自裝置46和至/來自裝^48 的資料封包，不包括其他任何資料封包。另一方面，假使 至/來自裝置46和48的資料封包具有傳輸優先順序，禁區64 可用於至/來自裝置的資料封包的通信。另外，可建立與使 用禁區64有關的標準，以傳送除了裝置46和“之外的至/ 來自裝置的資料。例如，其中開關架構的故障需要使用禁 區64，或是禁區64的非唯一使用比例，不超過禁區的整體 容量的臨界百分比。 禁區64提供與禁區64有關裝置之間確實的通信功能。例 如’如果裝置46和48與線路控制方向盤應用有關，適當的 車輛功能需要這一應用資料傳送到適當的裝置。提供優先 順序給與線路控制方向盤應用有關的資料封包，並在開關 架構38之内傳送，通常不足以確保資料封包會按照時序遞 送。但是，保留部份的開關架構38,也就是，禁區64，可 k供裝置之間的硬式連結的優點，同時保留利用整個開關 架構38的彈性，萬一故障在禁區64之内發生時。上述說明 與圖4中的啟動網路36有關，禁區的觀念可應用到創造力所 想出的任何啟動網路結構，包括圖1和2具體實施例所顯示 的結構。此外，禁區64顯示如圖7的二度空間，禁區μ的大 小可對應到啟動網路元件架構的大小。並且，禁區64可在 車輛的操作期間動態地重新定義。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 1253253 A7 _________B7 五、發明説明（13 ) 啟動網路12和啟動網路36的多路徑結構，允許故障容錯 和故障診斷經由資料流回答很容易地加以合併。使用沿著 相同通信路徑或多個資料路徑傳送的複製資料封包，可提 供故障容錯。一具體實施例，其中資料封包受到複製，並 沿著几餘路徑傳送，如圖8所示，又再一次描述啟動網路％ 。裝置46以通信方式由介面54耦合至架構⑽。在開關元件 66 ,從裝置44接收到的資料封包受到複製，形成兩個資料 封包流（資料流）當然可產生兩個以上的資料流，而且額外 的資料流可增加額外的冗餘位準。該資料流經由不同的通 信路徑從裝置44傳輸到裝置5〇，而路徑68和7〇，僅是可從 裝置46傳送到裝置50的開關架構38中所形成的眾多可能的 路徑中其中兩個。不是所有的資料封包都需要在相同的路 徑上傳輸，路徑68和70只說明冗餘路徑的觀念。由兩個資 料流（複製的資料封包）提供的冗餘可提高可靠度，因為其 中一個資料流的故障或中斷不會完全中斷在裝置之間的資 料傳輸。而且，藉著在裝置50監控資料流的接收，有可能 決定故障是否在架構38中存在，並將該故障隔離到架構38 的某一區。也就是說，故障將位於兩個路徑68和7〇其中之 一上，即個別資料流傳輸失敗的那一個路徑上。此外，架 構38的效能可根據兩個資料流的抵達資料時間來加以計 算。 圖9說明一啟動元件π〇,可用來與架構38共用。為了要 說明啟動元件110的功能性和適應性，顯示時，它包括複數 個輸入埠112,輸出埠114和輸入/輸出埠n 6和118。一啟動 -17- 1253253 A7 B7 五、發明説明（14 網路，可根據應用，具有較多或較少槔的啟動元件110配置 。啟動元件110另可包括一與記憶體122编合的處理器120 。處理器120包括一適當的控制程式，用於影響啟動元件 110耦合輸入至輸出的操作，以便在架構38之内傳送資料封 包。 單工輸入埠112和輸出埠114可用於光學介質，而雙工輸 入/輸出埠116和118可用於電介質。此外，啟動元件11〇包 括一個射頻（RF)收發器124,可在開關架構38之内對其他開 關元件以RF傳送資料封包，並切換其他啟動網路元件，例 如在附近車輛中的啟動網路。開關元件11Q可以是電路元件 的組合或可形成如單一的積體電路裝置。 圖10說明提供故障容錯和故障偵測的另一具體實施例。 如圖8所示，一單一介面52使裝置44耦合至架構38。介面52 的故障將會造成裝置44與架構38分開。然後參見到圖1 〇 , 架構的一部份130，例如像架構38,包括複數個啟動元件 132以通信方式由連接介質134耦合。裝置136以通信方式耦 合到部份130。該裝置136包括一啟動元件138,是該裝置的 一部份，並提供複數個輸入/輸出埠。複數個輸入/輸出埠 ，其中二個如圖1〇所示，耦合到介面14〇、142和144。介面 140、142和144分別以通信方式耦合至部份130的切換元件 146、148和150。依此方式，裝置136以通信方式經由複數 個通信路徑耦合到架構的部份13〇。資料流沿著每一個通信 路徑傳送至目的地裝置。這藉由提供裝置136的冗餘路徑給 架構，以增加可靠度。藉著沿著複數個通信路徑的每一個 1253253 A7 B7 五、發明説明（15 路徑’監控在目的地裝置上收到的資料流，也可以決定故 障是否存在和其位置以及架構的效能。 在圖11中’圖10的裝置i 36已經由一子系統152取代。該 子系統152包括複數個裝置154 —158，經由介面16〇一164分別 耗合到在裝置136之内的啟動元件166。然後該啟動元件166 輕合到架構的部份13〇。啟動元件166可將一或多個裝置 160-164的資料流，耦合至部份丨3〇。而且，資料流可在多 個通信路徑140-144上耦合到部份130。 在圖12中’裝置170包括冗餘元件172和174。也就是說， 每一元件172和174設計成提供裝置170的必要功能·除了提 供車輛相關的功能，裝置17〇也包括裝置元件176和178，也 就是’整合在裝置170之内的啟動網路元件，也形成啟動網 路的一部份。裝置元件176和178耦合到部份130上的啟動元 件146和148。裝置元件172和174也經由連結介質184轉合到 在裝置170之内的每一啟動元件176和178。這一配置提供冗 餘功能和裝置170對架構的冗餘耦合，確保裝置元件172或 174任一元件的故障及/或啟動元件176和178及/或啟動元 件146和148的故障將不會導致裝置17〇的功能喪失。 在圖13中，系統180包括裝置182、184和186。每一裝置 182-186可設計成提供相同的功能，也就是，三倍的冗餘， 或可提供單獨的功能。系統18〇也包括裝置元件188-192。 裝置元件188-192分別耦合到部份13〇的啟動元件ι46 — 15〇 。裝置元件188-192也藉由連結介質183-187彼此耦合。因 此’提供三倍的冗餘功能和择合。 -19· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(⑽/撕公爱) 1253253 A7 B7 五、發明説明（16 ) 圖14說明車輛上啟動網路的無線耦合。一第一車輛200 包括一種啟動網路202,具有複數個啟動元件，其中兩個標 示為204和206。所有啟動元件，包括元件204和206，以通 信方式經由介質208耦合。一第二車輛210包括一種啟動網 路212，具有複數個啟動元件，其中兩個標示為214和216 。所有啟動元件，包括啟動元件214和216，以通信方式經 由介質218耦合。每一啟動元件2 04和206包括無線通信功能 ’同樣地，每一啟動元件214和216包括無線通信功能。例 如’啟動元件204、206和214、216可結合一射頻收發器， 允許這些裝置經由射頻傳輸通信。 如圖13所示，啟動元件204經由射頻傳輸220以通信方式 與啟動元件214耦合，而且啟動元件2〇6經由射頻傳輸222 以通信方式與啟動元件216耦合。依此方式，多個車輛可經 由位在啟動網路之内的啟動元件加以連結。依此方式連結 啟動網路能有效地擴充兩車輛的啟動網路，以及連結在任 一連結車輛内裝置的通信路徑的數量。一輛汽車可以通信 方式耦合至正在拖運的拖車。一起行駛的兩台車可加以連 結以交換訊息、車輛功能資料、娛樂節目等。例如，連結 車輛上的乘客可共同玩電玩遊戲或觀看錄影帶。由於一或 多個裝置的故障使車輛不能使用，可藉由與救援車串聯使 重新運作，利用救援車上能夠運作的裝置加以連結，同時 為兩台車提供功能。同樣地，如果由於一部份啟動網路的 故障，使一車輛中的某一裝置孤立起來，該裝置的通信可 使用連結的備用車重新建立，以提供通信路徑給該孤立的 -20-
1253253 A7 B7 五、發明説明（17 裝置。 若形成啟動網路的所有啟動元件都包括射頻傳輸功能， 以用於啟動網路的車輛間彼此連結，而非啟動元件的車輛 内部連結’這種連結僅限於選定的啟動元件。這些選定的 啟動元件可包括安全、驗證、加密等功能。因此，若車輛 内的啟動元件可以無線方式連結到實際上啟動網路之内的 任何其他啟動元件，啟動網路就可限制在經由特定啟動元 件來連結。而且，資料交換的類型和數量也可限制。對於 具有低安全性和缺乏加密的連結啟動網路，連結可限制在 非識別車輛操作資料的傳輸《例如，在一對多的廣播應用 中’車輛的車前燈可加以調整，以用信號通知前方交通事 件的交通狀況。在這情況中，發訊車輛的車前燈是一第一 無線介面，而在接收車輛上的光電二極體或類似的裝置是 第二無線介面。許多車輛可以這類或類似的形式來通報事 件，許多其他的車輛可接收所通報的資訊因此建立一多對 多的多點廣播。 連結啟動網路的許多應用的其中之一，是升級系統的能 力，不需要車輛返回維修點就可升級車輛内的軟體。車輛 可經由啟動網路的連結識別升級軟體，並要求升級的軟體 複本傳送到啟動網路。雖然這個程序完全不會影響到駕駛 者，但為安全起見，仍可包含讓駕駛者能授權這類共用以 及升級軟體的建置等權利。導覽、娛樂和其他類似的節目 資料，可經由啟動網路的車輛間連結來共用。 圖15說明車輛上啟動網路的無線轉合之另一配置。一第 -21 -
1253253 A7 B7 五、發明説明（18 ) 一車輛240包括一啟動網路242，具有複數個啟動元件。耦 合到啟動網路242的元件，是一無線介面244。一第二車輛 246包括一啟動網路248，具有複數個啟動元件。該第二車 輛246也包括一無線介面250。每個無線介面244和250包括 一適當的收發器，例如像一光學或射頻收發器，每一介面 也可包括處理功能和記憶體。無線介面244和250判別啟動 網路242和248的無線連結，提供必要的驗證、安全和加密。 現在參見圖16,啟動網路36 (圖4)可調整為包含核心網路 部份260。核心網路部份260包括複數個核心啟動元件262 。核心啟動元件262以通信方式只有對其他啟動元件耦合， 不論是核心啟動元件262或其他元件，週邊啟動元件40形成 啟動網路36的周邊部份.高速介質264提供核心啟動元件 262之間的互連。依此方式，資料可透過核心網路部份260 以第一高速資料率轉移，並以第二較慢速的資料率從耦合 至啟動網路36的裝置轉移或是轉移至耦合至啟動網路36的 裝置。另一方面，可使用多個通信連結產生核心啟動元件 的互連，以提供增強的通信容量。裝置經由周邊的啟動元 件耦合到啟動網路。 圖17說明啟動網路36，可調整以包括“油管”組件270和 272。油管組件270和272分別提供啟動元件274的直接耦合 至啟動元件276，並提供啟動元件278耦合至啟動元件280 。油管組件270和272可以是且通常是高速資料，攜帶為特 定應用調整的組件，並可特別調整以提供汽車零件市場配 置的擴充性，例如像結合一台數位影音光碟機和一影像顯 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1253253 A7 B7 五、發明説明（19 ) 示。在該考慮下，原始設備啟動元件可取代為能夠操作油 管組件270和282的較高資料容量的啟動元件274-280。另一 方面，油管組件270和272可提供原始設備應用所需的擴充 性。例如，架構38可組態為一基本等級的車輛配備，而高 級配備則藉由增加油管組件270和272來提供。 圖18說明啟動網路36，該啟動網路調整為具有額外啟動 元件290和292，以及將啟動元件290和292耦合到啟動網路 36的連結介質294-302。圖18說明根據本發明擴大啟動網路 的方法，視需要把連結介質和額外啟動元件加入架構。如 果需要，現有啟動元件可由具有足夠埠數的啟動元件所取 代，即能夠增加連結介質294-302。而且，連結介質294-302 可具有一較高的資料容量，超過現有的連結介質294-302 。從圖17和18的本發明具體實施例中可更加瞭解，包括 “油管”組件或額外啟動元件的架構不需要具有一致的配置 ，可具有一不對稱的配置。 圖19和20說明替代的啟動網路配置。在圖19中，一種啟 動網路310，包括互連的啟動網路元件的環312(未顯示）。 複數個裝置314-322以通信方式由介面324-332分別耦合至 一多點配置中的環312。此外，裝置320和322係藉由通信連 結344針對對等共享通信來加以耦合。通信連結334可由任 何的適當介質形成，包括電線、光學、射頻或上述的組合 。該裝置320因此可經由網路312或直接經由對等通信連結 334與裝置322通信。 在圖20中，一種啟動網路340包括互連的啟動元件的一主 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
裝 訂
線 1253253 A7 B7 五、發明説明（20 ) 幹342，複數個裝置344-352分別以通信方式由介面 354-362耦合至該在一多點配置中的主幹。此外，裝置348 和352係藉由通信連結364針對對等共享通信來加以耦合。 通信連結364可由任何適當的介質形成，包括電線、光學、 射頻或上述的組合。該裝置348因此可經由網路340或直接 經由對等通信連結364與裝置352通信。 圖21說明若干資料封包配置，該配置與根據本發明具體 實施例的啟動網路有關。如說明所述，啟動網路可配置成 符合吖？/1?、人了*«、1^0丨(11〇、11^丨[1丨5311(1和其他適當通信 協定運作。這些資料封包所包括的結構，符合所要求的標 準。典型的資料封包，例如像資料封包400，包括標題部份 402、負載量部份404和附加部份406。如此處描述，形成啟 動網路的啟動網路和網路元件可包含處理功能。就這一點 而言，一資料封包410除了包括標題部份412、負載量部份 414和附加部份416之外，還包括啟動部份418。啟動部份可 導致網路元件採取一些特定的動作，例如提供資料封包的 替代通信路線、資料封包的重新配置、網路元件的重新配 置、或其他的動作，取決於啟動部份的内容而定。該資料 封包420包括一啟動部份428，整合了標題部份422，以及負 載量部份424和附加部份426。資料封包430包括標題部份 432、負載量部份434和附加部份436。也提供啟動部份438 ，位在負載量部份434和附加部份436之間。另一方面，如 圖所示，藉著資料封包440，啟動部份442可與附加部份444 ，連同負載量部份446和標題部份448—起整合。資料封包 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 钉
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450说明第一啟動部份46〇和第二啟動部份，其中第一啟 動部份460與標題部份452整合，以及第二啟動部份458與 附加部份456整合。資料封包45〇也包括負載量部份454。當 然還可想出許多可與本發明共用的資料封包配置。 該-貝料，特別是資料封包，在啟動網路之内傳送時可予 乂加法、加密功能可由裝置的介面提供給啟動網路，例如 介面22-28(圖1)，或藉由裝置所耦合的啟動網路的啟動網 路疋件。資料可加密，確保當它在啟動網路之内傳送的時 候不會被改變，這對車輛各種不同的安全系統的正常運 作是很重要的，或是可確保符合政府的法規。可使用適當 的公用或私用的金鑰加密運算法，而且資料可在被封包化 之前加密，或是個別的資料封包可在封包化之後加密。而 且，解密時在資料中偵測到錯誤，表示啟動網路中資料封 包所使用的路徑上發生錯誤或故障，這將導致資料封包的 損壞。 資料封包的啟動部份可代表一封包狀態。例如，啟動部 份可根據經過的時間反映資料封包的優先順序。也就是說 ，一封包最初產生具有一正常狀態，要不是各種不同的理 由，不會被快速地遞送。當資料封包通過啟動網路時變衰 弱，啟動部份可以監控資料封包產生的時間或需要封包的 時間’並隨之變更資料冑包的優先順序。冑包狀態也可代 表一錯誤狀態，資料封包的錯誤狀態或是啟動網路的一或 多個兀件的錯誤狀態。啟動部份也可用於網路之内與負載 量無關的先驅資料，追蹤透過網路由資料封包所採用的通 -25-
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五、發明説明（22
信路徑，提供組態資訊（路徑，時序等）給啟動網路的啟 元件，提供功能的資料給耦合到啟動網路的一或多個裝動 ，或提供接收確認。 I 本發明已就一些具體實施例加以說明，包括許多特徵及 功能。不是本發明的每個具體實施例都需要所有的特徵和 功能，依此方式本發明提供可用車輛的可調整、容錯的啟 動網路結構。此處所討論的特徵試圖用來說明那些可實施 的特徵；但是，這類特徵不應該視為包含所有可能實施在 根據本發明具體實施例所組態的一系統中的特徵。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

Claims (1)

  1. 屬讓HIS 專利申請案 中文申請專利範圍替換本(94年11月） A8 B8 C8 D8 六 申清專利祀圍 I 一種使用於一車輛之系統.，其包括一第一裝置和一第二 裝置及一以通信方式耦合該第一和第二裝置的啟動網路 其中該啟動網路包括複數個耦合的啟動網路元件，其 用於提供在該第一裝置和該第二裝置之間的複數個通信 路徑。 2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路包括一啟 動網路元件的架構，而且其中該第一和第二裝置耦合至 該架構。 3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路包括一封 包資料網路。 4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路符合一網 際網路協定標準。 5 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路符合非同 步傳輸模式協定。 6 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中呈少一啟動網路元件 包括一交換器。 7.如申請專利範圍第1項之系統，其中奚少一啟動網路元件 包括一橋接器。 8·如申請專利範圍第1項之系統，其中奚少一啟動網路元件 包括一路由器。 9.如申請專利範圍第i項之系統，其中，部份的該啟動網路 元件以電性連結。 10·如申請專利範圍第1項之系統，其中，部份的該啟動網路 79245-941108.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1253253 φο ^ 六、申請專利範圍 元件以光學連結。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中，邵份的該啟動網路 元件由射頻連結。 12.如申請專利範圍第1項之系統，其中 > 邵份的該啟動網路 元件由有線媒體連結。 1 3 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中，部份的該啟動網路 元件由無線媒體連結。 14·如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一裝置製造的資 料經由該啟動網路傳送，且其中該第一裝置的該操作與 用於該資料傳送的該啟動網路的該第一裝置之一介面無 關。 1 5 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該第二裝置耗用的資 料經由該啟動網路接收，且其中該第二裝置的該操作與 用於該資料接收的該啟動網路的該第二裝置之一介面無 關。 1 6·如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路元件排列 成一陣列狀的拓撲。 1 7 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路元件排列 成一多點狀的拓撲。 18.如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路元件排列 成一不對稱的拓撲。 1 9·如申請專利範圍第1項之系統，其中該啟動網路支援在該 第一裝置和該第二裝置之間的多個同步通信路徑。 20· —種在一車輛内的啟動網路，用於在該車輛之内的一第 79245-941108.doc 本紙張尺度it财國國家標準(CNS) “見格(21〇 x 297巧 ABCD 「1253253 ㈣i f ::， 六、申請專利範圍 一裝置和一第二裝置之間傳送資料，該啟動網路包括： 一介接每一該第一裝置和該第二裝置的資料介面，分 別用於將該第一裝置和該第二裝置耦合至該啟動網路， 其中該資料介面操作以便以與該個別裝置功能無關的方 式從該個別裝置接收資料或傳送資料至該個別裝置；及 資料傳送媒體，其以通信方式經由複數個通信路徑耦 合該介面。 2 1 ·如申請專利範圍第20項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括複數個耦合的啟動網路元件。 22·如申請專利範圍第20項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括一韓合啟動網路元件的架構。 23 ·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括至少一交換器。 24·如申請專利範圍第20項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括至少一橋接器。 25·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括至少一路由器。 26·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路’其中該貧料傳送媒 體包括一封包資料網路。 27.如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該/貝料傳送媒 體符合一網際網路協定標準。 28·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 月豆付合一非同步傳輸模式協定。 29·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 79245-941108.doc 〇 本紙張尺度適财® 規格(210 x 297公iT l·月及曰修(更)正替獲頁丨
    申請專利範圍 體包括複數個排列成陣列拓撲的啟動網路元件。 30·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括複數個排列成多點拓撲的啟動網路元件。 3 1 ·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 體包括複數個排列成一不對稱拓撲的啟動網路元件。 32·如申請專利範圍第2〇項之啟動網路，其中該資料傳送媒 月豆支挺在该第一裝置和該第二裝置之間的複數個同步通 信路徑。 33· —種在一車輛内的一第一裝置和一第二裝置之間傳送資 料的方法，該方法包括： 以通信方式耦合該等使用一資料傳送媒體的裝置，該 資料傳送媒體定義在該第一裝置和該第二裝置之間的複 數個潛在通信路徑， 從互連該第一裝置和第二裝置可用之複數個潛在通信 路徑之中’識別在該資料傳送媒體之内的一通信路徑以 及 使用該通信路徑在該第一裝置和該第二裝置之間傳送 該資料。 34·如申請專利範圍第33項之方法，其中該資料傳送媒體包 括一架構’且其中該識別一通信路徑的該步驟包括從該 架構内識別一通信路徑。 35·如申請專利範圍第3 3項之方法，其中該識別在該資料傳 送媒體之内的一通信路徑的步驟包括識別在該資料傳送 媒體之内的多個通信路徑。 79245-941108.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 36.如申請專利範圍第3 5項之方法，其中該使用該通信路徑 在該第一裝置和該第二裝置之間傳送該資料的步騾包括 使用該多個通信路徑同步傳送該資料。 79245-941108.doc - 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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