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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung von deaktivierten Steuergeräten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in mindestens einem, vorzugsweise drahtgebundenen, insbesondere Ethernet-basierten, Fahrzeugnetz, in dem die die Knoten des Fahrzeugnetzes bildenden Steuergeräte des Fahrzeugs unter Verwendung mindestens eines Netzwerk-Protokolls, insbesondere des Ethernet-Protokolls, miteinander kommunizieren können. Dabei ist es möglich, eine zu aktivierende, ausgewählte Gruppe von untereinander in Kommunikationsbeziehung stehenden Steuergeräten des Fahrzeugs zu einem zu aktivierenden Teilnetz des gesamten Fahrzeugnetzes zusammenzufassen.
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Die Erfindung betrifft ferner einen zur Durchführung des Verfahrens eingerichteten Knoten eines Fahrzeugnetzes sowie das aus mehreren entsprechend eingerichteten Knoten ausgebildete Fahrzeugnetz.
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Neben den typischen Bussystemen im Automobilbereich, beispielsweise einem CAN-Bus, einem MOST-Bus, einem FlexRay-Bus oder einem LIN-Bus, hält auch das aus Internetanwendungen bekannte Ethernet zunehmend Einzug in die Automobil- bzw. Fahrzeugtechnik. Das Ethernet-Netzwerk verfügt über eine hohe dedizierte Datenrate, ist in hohem Maße flexibel und weltweit standardisiert. Daher bietet sich Ethernet als eine wichtige Systemschnittstelle innerhalb des Fahrzeugs an und wird zunehmend auch als solche eingesetzt werden.
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Durch die zunehmende Elektrifizierung der Fahrzeuge steigt jedoch auch deren Strombedarf zunehmend an. Dies wiederum führt – bei konventionellen Fahrzeugen – zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, was sich kostenmäßig direkt auf den Endverbraucher (Fahrzeughalter) umlegt. Weiterhin wird die heutige Besteuerung der Kraftfahrzeuge durch den Ausstoß von CO2 (Kohlendioxid) errechnet, was aus dem Energieverbrauch (Kraftstoffverbrauch von Benzin oder Diesel) abgeleitet wird.
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Insbesondere bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist dagegen die Reichweite unmittelbar von der Kapazität der Batterie und dem Strombedarf der durch die Batterie versorgten Verbraucher abhängig, so dass ein hoher Strombedarf die Reichweite eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vermindert. Dies ist bei einem Verbrennungsmotor zwar grundsätzlich auch der Fall, weil bei einem hohen Strombedarf die Lichtmaschine stärker belastet ist und dies zu einem höheren Treibstoffverbrauch und damit verbinden einer geringeren Reichweite führt. Bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug kommt aber die – bei den bisherigen Akkumulatorkapazitäten erreichbaren – geringen Reichweiten von etwa 100 km in Verbindung mit den langen Standzeiten beim Wiederaufladen der Akkumulatoren deutlicher zum Tragen.
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Eine Möglichkeit zur Energieeinsparung besteht darin, nur diejenigen Steuergeräte des Fahrzeugs einzuschalten, die in der jeweiligen Situation bzw. in dem jeweiligen Fahrzeugzustand benötigt werden. Dies wird als Teilnetzbetrieb bezeichnet, in dem eine Gruppe von untereinander in Kommunikationsbeziehung stehenden Steuergeräten des Fahrzeugs zu einem aktiven bzw. zu aktivierenden Teilnetz zusammengefasst ist. Um einen solchen Teilnetzbetrieb zu realisieren, müssen Steuergeräte aktiviert, d. h. aus einem Standby-Modus geweckt bzw. eingeschaltet, werden. Die Information, welche Steuergeräte im Netzwerk benötigt werden, muss koordiniert werden, so dass in bisherigen Anwendungen eine zentrale Instanz die Aktivierung (Weckvorgang) der Steuergeräte bei Bedarf durchführen müsste.
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In den heute im Automobilbereich in Serie eingesetzten Fahrzeugnetzwerken, die auf den Bussystemen CAN, FlexRay, MOST oder LIN beruhen, gibt es noch keinen Teilnetzbetrieb. Dort wachen alle Teilnehmer, zu denen auch die Steuergeräte gehören, gleichzeitig auf, entweder durch die Zündung des Fahrzeugs gesteuert oder durch eine Aktivität auf dem Fahrzeugbus, d. h. in dem Fahrzeugnetz.
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In der
DE 10 2010 008 818 A1 wird ein Verfahren zur Aktivierung einer Netzwerk-Komponente eines Fahrzeug-Netzwerksystems für Ethernet-basierte Fahrzeugnetze vorgeschlagen, welches entsprechend auf einem zentralen Netzwerkmanager basiert. Hierfür wird die Information, welches Steuergerät sich an welcher Stelle unter welcher Netzwerkadresse im Netz befindet und in welchem Falle dieses Steuergerät geweckt werden muss, zentral verwaltet, so dass ein Aktivierungs- bzw. Weckvorgang bei Bedarf durch die zentrale Instanz ausgeführt wird. Dies ist in der Verwaltung jedoch aufwendig und führt zu einem erhöhten Energieverbrauch für den Netzwerkmanager.
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AUTOSAR (Automotive Open System Architecture, Release 3.2) spezifiziert in dem Dokument
"Specification of Communication Manager", Version 2.2.0, einen Mechanismus, um ein Teilnetzbetrieb in einem Fahrzeugnetzwerk umzusetzen. Dieser beruht auf dem zyklischen Versenden einer Netzwerkmanagement-Botschaft auf dem Fahrzeugbus, in der mittels eines Bitfeldes angezeigt wird, welche Teilnetze der angeschlossenen Netzwerkteilnehmer (Steuergeräte) aktiv sein sollen. Die Bustransceiver, d. h. die Sendeempfänger, aller Teilnehmer sind somit immer aktiv und in der Lage, diese Botschaften auszuwerten. Wenn ein Teilnetz in der Netzwerkmanagement-Botschaft als aktiv angezeigt wird, weckt der empfangende Busstransceiver den Rest des Steuergerätes, wobei als Teilnetz eine Gruppierung von Signalen oder Nachrichten verstanden wird, welche durch dieser Gruppierung zugehörige Steuergeräte empfangen oder gesendet werden. Dieses Verfahren ist für heutige Bussysteme im Automobil standardisiert, lässt sich aber in dieser Weise nicht mit den Ethernet-Standards für Ethernet-Protokolle realisieren.
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Die
WO 2003/061175 A2 beschreibt ein hierarchisch gegliedertes Funknetzwerk mit mehreren Clusterköpfen zur Organisation des Netzwerks, mit denen einfache Netzwerkknoten auf einer ersten Frequenz kommunizieren können. Ferner ist eine direkte Kommunikation zwischen den Clusterköpfen auf einer anderen, zweiten Frequenz vorgesehen. Durch das Vorsehen verschiedener Clusterköpfe mit Organisationsfunktion wird erreicht, dass der Ausfall einer zentralen Basis nicht zu einem Komplettausfall des Funknetzwerkes führt. Eine gezielte Adressierung von Teilnetzwerken ist allerdings nicht möglich. Außerdem wird ein proprietäres Netzwerkprotokoll verwendet.
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Aus der
US 2011/0138044 A1 ist eine Wake-on-LAN (WOL) Technologie für Local Area Networks (LAN) bekannt, bei der einzelne Teilnehmergeräte des Netzwerks durch spezielle Netzwerkpakte angeschaltet werden können. Dazu bleibt der Netzwerkanschluss eines sonst ausgeschalteten Teilnehmergeräts aktiviert, wobei der Netzwerkanschluss das Teilnehmergerät nach Empfang eines entsprechenden Weck-Datenpakts anschaltet. Wenn ein Mehrfachnetzwerkanschluss mehrere Teilnehmergeräte gleichzeitig an das Netzwerk anschließt, wird vorgeschlagen, dass das Weck-Datenpaket eine MAC-Adresse (Media Access Control-Adresse) enthält, die genau einem der durch den Mehrfachnetzwerkanschluss verwalteten Teilnehmergeräten zugeordnet ist. Der Mehrfachnetzwerkanschluss verwaltet intern die MAC-Adressen der über einen separaten Anschluss angeschlossenen Teilnehmergeräte, so dass einzelne Teilnehmergeräte oder eine Gruppe von Teilnehmergeräten selektiv eingeschaltet werden können.
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Hierbei handelt es sich jedoch insofern um einen hierarchischen Netzwerkaufbau, als für das Ansprechen sowie ggf. Einschalten einzelner Teilnehmergeräte der Mehrfachnetzwerkanschluss als zentrales Steuergerät notwendig ist. Bei Ausfall dieses Mehrfachnetzwerkanschlusses kann auf diese Teilnehmergeräte nicht zugegriffen werden.
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Die bisherigen Systeme zur Teilnetzverwaltung sind also vergleichsweise aufwändig in der Realisierung und erfordern für die Energieverwaltung einen signifikanten zusätzlichen Stromverbrauch.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine energieeffiziente Möglichkeit zur Realisierung eines Teilnetzbetriebs in einem Fahrzeugnetz zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art insbesondere vorgesehen, dass jeder Knoten, d. h. jeder an das Fahrzeugnetz als Kommunikationseinheit angeschlossener Teilnehmer, mindestens eine Netzwerkschnittstelle zu einem über diese Netzwerkschnittstelle direkt ansprechbaren benachbarten Knoten und eine Teilnetzverwaltung aufweist, welche angibt, über welche der ggf. mehreren Netzwerkschnittstellen der Knoten des Fahrzeugnetzes mit welchem Teilnetz kommunizieren kann. Somit bildet jedes an das Fahrzeugnetz anschließbare Steuergerät einen Knoten des Fahrzeugnetzes, ohne dass die Knoten zwangsläufig auf derartige Steuergeräte beschränkt sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Knoten bei Vorliegen eines Aktivierungsbefehls für die Steuergeräte eines vorgegebenen Teilnetzes (sei es als die Aktivierung des Teilnetzes initiierender Knoten bzw. als die Aktivierung des Teilnetzes initiierendes Steuergerät oder nach Empfang eines Aktivierungsbefehls für das zu aktivierende Teilnetz) in seiner Teilnetzverwaltung identifiziert, über welche seiner Netzwerkschnittstellen der Knoten mit dem zu aktivierenden Teilnetz kommunizieren kann, wobei der Knoten anschließend über die identifizierten Netzwerkschnittstelle(n) den Aktivierungsbefehl an den/die benachbarten Knoten, d. h. die unmittelbar an den Knoten angeschlossenen Knoten, überträgt und wobei durch das Aussenden des Aktivierungsbefehls der benachbarte Knoten aktiviert wird, sofern der Knoten vor dem Aussenden des Aktivierungsbefehls, der einen Weckmechanismus in allgemeiner Form darstellt, deaktiviert war, d. h., dass der benachbarte Knoten ggf. aus einem Schlafzustand geweckt wird.
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Da jedes an der Kommunikation über das Fahrzeugnetz teilnehmende Steuergerät auch einen Knoten des Fahrzeugnetzes darstellt, werden so nach und nach alle Steuergeräte des zu aktivierenden Teilnetzes aktiviert, ohne dass ein zentraler Netzwerkmanager vorgesehen sein muss. Zusätzlich werden die für die Kommunikation der zu aktivierenden Steuergeräte des Teilnetzes notwendigen Knoten des Fahrzeugnetzes aktiviert, auch wenn diese keine dem zu aktivierenden Teilnetz zugehörigen Steuergeräte sind, sondern lediglich zur Vermittlung der Kommunikation für die Steuergeräte des Teilnetzes in dem Fahrzeugnetz notwendig sind.
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In diesem Sinne wird als Teilnetz des Fahrzeugnetzes eine Gruppierung von an das Fahrzeugnetz angeschlossenen Steuergeräten verstanden, die untereinander in Kommunikationsbeziehung stehen. Somit wird durch die Erfindung ein dezentrales Verfahren vorgeschlagen, um Teilnetze in einem zumindest teilweise auch auf einem Ethernet-basierenden Fahrzeugnetz zu aktivieren und die entsprechenden, dem Teilnetz zugehörigen Steuergeräte zu aktivieren. Dazu verfügt jeder Knoten im Fahrzeugnetz, d. h. jeder an der Kommunikation des Fahrzeugnetzes beteiligte Netzwerkteilnehmer, eine auch als Energiemanager (EM) bezeichnete Teilnetzverwaltung, die die Teilnetze und Netzwerkschnittstellen des eigenen Knotens verwaltet und über das Netzwerk (Fahrzeugnetz) mit den Teilnetzverwaltungen (Energiemanager) der anderen Knote kommuniziert kann. Durch diese dezentrale Verwaltung muss keiner der Knoten über die gesamte Topologie des Fahrzeugnetzes Bescheid wissen, sondern lediglich darüber, welche der verfügbaren Teilnetze er über welche Netzwerkschnittstellen erreichen kann und welchem Teilnetz er selbst angehört. Dies kann beispielsweise als Parameterdatei in jedem Netzwerkknoten eingegeben werden.
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Da sich die Erfindung bei den Fahrzeugnetzen insbesondere auf drahtgebundener Fahrzeugnetze bezieht, kann mittels bekannter Weckmechanismen für drahtgebundene Netze auf einfache Weise jeweils der unmittelbar an eine Knoten benachbart angeschlossene Nachbarknoten geweckt werden. Die Mechanismen hierfür, beispielsweise das Aussenden von Weckimpulsen, sind bekannt und müssen daher nicht näher beschrieben werden. Entsprechendes gilt natürlich auch bei Funk-Fahrzeugnetzwerken, bei denen unter benachbarten Knoten insbesondere solche Knoten versendet werden, die in der direkten Funkreichweite eines Knotens liegen.
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Aufgrund der dezentralen Eigenschaft des vorgeschlagenen Verfahrens kann jeder Knoten, respektive jedes Steuergerät, den Aktivierungsvorgang (Weckvorgang) für ein Teilnetz initiieren.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein einen Aktivierungsbefehl für die Steuergeräte eines Teilnetzes empfangender Knoten in seiner Teilnetzverwaltung identifiziert, über welche seiner ggf. mehreren Netzwerkschnittstellen er mit dem zu aktivierenden Teilnetz kommunizieren kann, und dass der Knoten anschließend über die identifizierten Netzwerkschnittstellen den Aktivierungsbefehl an die benachbarten Knoten des Fahrzeugnetzes überträgt. So pflanzt sich der Aktivierungsbefehl ausgehend von dem die Aktivierung initiierenden Steuergerät bzw. Knoten durch das gesamte Fahrzeugnetz (Netzwerk) fort, bis alle für die Kommunikation in dem Teilnetz benötigten Knoten und Steuergeräte aktiviert sind. Dieses dezentrale Vorgehen hat auch den Vorteil, dass ggf. verschiedene Netzwerke mit verschiedenen Netzwerkprotokollen über Gateways miteinander verbunden sein können, wobei die Gateways eine Übersetzung der Steuerbefehle aus dem einen Netzwerkprotokoll in das andere Netzwerkprotokoll leisten müssen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, dass bei einem zu aktivierenden Teilnetz der initiierende Knoten bzw. das initiierende Steuergerät zunächst alle Nachbarknoten aktiviert bzw. weckt, die (direkt bzw. unmittelbar) an solche Netzwerkschnittstellen (eine oder mehrere) des Knotens angeschlossen sind, über die das zu aktivierende Teilnetz erreichbar ist. Anschließend wird eine Weckanfrage an jeden dieser Nachbarknoten weitergeleitet. Auf jedem dieser Nachbarknoten läuft wiederum der gleiche, zuvor beschriebene Prozess ab, so als käme die Weckanfrage von ihm selbst. Dadurch pflanzt sich der Weckvorgang rekursiv durch das Netzwerk fort, bis alle Mitglieder des Teilnetzes aktiviert sind, ohne dass ein zentraler Netzwerkmanager vorgesehen sein muss.
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Gemäß einer bevorzugten Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Teilnetzverwaltung eines Knotens die Energieversorgung des Knotens steuert. Somit kann die Teilnetzverwaltung des Knotens bei Anliegen eines Aktivierungsbefehls den gesamten Knoten respektive das Steuergerät aktivieren und einschalten, ohne dass ein zusätzlicher Weckmechanismus installiert werden müsste. Eine konkrete Möglichkeit für eine Aktivierung, d. h. ein Wecken, ist ein Hardware-Modul, das das Anliegen von Energie auf der Leitung feststellt und daraufhin die Energieversorgung für den Rest des Knotens (Steuergerät) aktiviert. Beispielsweise ein solches Hardware-Modul kann Bestandteil der Teilnetzverwaltung sein.
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Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Teilnetzverwaltung eines Knotens mit der Teilnetzverwaltung anderer Knoten des Netzwerkes kommuniziert, beispielsweise um Teilnetze zu ändern oder neu zu installieren und/oder eine Qualitätsüberwachung der Netzwerkverbindung zu realisieren.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass ein Knoten beispielsweise die Teilnetzverwaltung eines Knotens durch einen Weckbefehl, der ggf. mit dem Aktivierungsbefehl für Steuergeräte eines Teilnetzes identisch sein kann, benachbarte Knoten aktivieren kann, wenn diese deaktiviert sind. Die hierfür vorgesehenen Mechanismen sind bei drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsnetzwerken grundsätzlich bekannt. Der Vorteil der Anwendung bei der Aktivierung von Teilnetzen besteht darin, dass eine sehr effektive Möglichkeit zur dezentralen Verwaltung der Teilnetze und der Teilnehmer der Teilnetze erreicht werden kann und die nicht benötigten Teilnehmer vollständig deaktiviert werden können, wenn sie nicht gebraucht werden.
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Durch die dezentrale Teilnetzverwaltung gemäß dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist ferner möglich, dass ein Knoten, vorzugsweise jeder durch ein Steuergerät gebildete Knoten, einen Aktivierungsbefehl für das Aktivieren eines Teilnetzes initiieren kann, sofern in diesem Steuergerät bzw. in diesem Knoten der Bedarf zur Kommunikation in diesem Teilnetz entsteht. Neben einer besonders energieeffizienten Verwaltung der Teilnetze lässt sich hierdurch auch eine besonders schnelle Aktivierung eines Teilnetzes erreichen, da jeder den Bedarf für ein solches Teilnetz festellende Knoten (Steuergerät) die Aktivierung des Teilnetzes unmittelbar beginnen kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Kommunikation in dem Netzwerk (zumindest teilweise) als Ethernet-basierte Kommunikation erfolgt, d. h. mit einem Ethernet-Netzwerkprotokoll (Transportprotokoll) stattfindet. Hierdurch lassen sich die Vorzüge und die Flexibilität der Ethernet-Kommunikation auch in Fahrzeugnetzwerken einfach nutzen.
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Zusätzlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein als Gateway ausgebildeter Knoten eine Vermittlung zwischen Teilnetzen unterschiedlicher Netzwerkstruktur herstellt, insbesondere eine Vermittlung zwischen einem Teilnetzwerk mit Ethernet-basierter Kommunikation und einem Teilnetzwerk mit CAN-Bus-basierter Kommunikation, ohne dass die Erfindung auf genau diese Kombinationen unterschiedlicher Teilnetze beschränkt wäre. Die erfindungsgemäß dezentrale, nicht hierarchische Verwaltung der Teilnetzaktivierung ist daher besonders flexibel.
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Entsprechend betrifft die Erfindung auch einen Knoten in einem vorzugsweise drahtgebundenen, insbesondere Ethernet-basierten, Fahrzeugnetz mit mindestens einer Netzwerkschnittstelle und einer eine Recheneinheit aufweisenden Teilnetzverwaltung, welche auch als Energiemanager des Knotens bezeichnet wird. Der Knoten kann insbesondere ein Steuergerät des Fahrzeugnetzes bilden, jedoch auch als Steuergerät ohne zusätzliche Funktionen beispielsweise nur als Relaisstation oder Gateway ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Recheneinheit zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens oder Teilen hiervon eingerichtet ist.
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Entsprechend betrifft die Erfindung ein Fahrzeugnetz mit mehreren Knoten, die zu dem vorzugsweise drahtgebundenen, insbesondere Ethernet-basierten, Fahrzeugnetz über Netzwerkschnittstellen zusammengeschaltet sind. Die das Fahrzeugnetz bildenden Knoten sind erfindungsgemäß entsprechend den zuvor beschriebenen Knoten zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens oder Teilen hiervon eingerichtet.
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Die Einrichtung der Knoten erfolgt erfindungsgemäß durch Programmcodemittel zur Ausführung auf einer Recheneinheit, die derart ausgestaltet sind, dass sie bei Ausführung auf der Recheneinheit das vorgeschlagene Verfahren ausführen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.
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Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbezügen.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Fahrzeugnetzwerkes mit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktivierung von deaktivierten Steuergeräten eingerichteten Netzwerkknoten.
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Das in 1 dargestellte Fahrzeugnetz 1 weist also Knoten 2 auf, die als Kreise oder Vierecke dargestellt sind, wobei der Übersichtlichkeit halber nicht alle Knoten mit dem Bezugszeichen 2 versehen sind. Die als Kreise dargestellten Knoten 2 weisen jeweils nur eine Netzwerkschnittstelle auf. Die als Quadrate dargestellten Knoten 2 weisen mehrere Netzwerkschnittstellen auf. Mit den Netzwerkschnittstellen sind die Knoten 2 über ein drahtgebundenes Netzwerk mittels Kommunikationsleitungen 3 miteinander verbunden. Die Kommunikationsleitungen 3 werden auch als Busleitungen des Fahrzeugnetzes 1 bezeichnet. Auch hier sind der Übersichtlichkeit halber nicht alle Kommunikationsleitungen 3 mit Bezugszeichen versehen.
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Ein Knoten 2 ist insbesondere als Steuergerät oder Gateway ausgebildet und zur Identifikation in der der Zeichnung mit Buchstaben A bis M gekennzeichnet. Ferner ist in jedem Knoten eine Teilnetznummer TN1 bis TN3 vorgesehen, welche angibt, welches Steuergerät A bis M zu welchem Teilnetz TN1 bis TN3 gehört. Alle Steuergeräte A bis M (respektive Koten 2), die einem Teilnetz TN1 bis TN3 angehören, stehen untereinander in Kommunikationsbeziehung und sind bei zu einem aktivierenden Teilnetz TN1 bis TN3 daher zu aktivieren, wobei zusätzlich zu den zu aktivierenden Knoten 2, die einem Teilnetz TN1 bis TN3 angehören, auch die Knoten 2 aktiviert werden müssen, die nur eine Kommunikationsschnittstelle für die Knoten 2 eines Teilnetzes TN1 bis TN3 bilden.
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Dazu weist jeder Knoten 2 eine insbesondere in seiner Recheneinheit implementierte Teilnetzverwaltung auf, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist und welche angibt, über welche Netzwerkschnittstelle der Knoten 2 des Fahrzeugnetzes 1 mit welchen Knoten 2 welchen Teilnetzes TN1 bis TN3 kommunizieren kann.
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Im Falle des Knotens D gibt die Teilnetzverwaltung also an, dass das Steuergerät D (Knoten) über seine Netzwerkschnittstellen zu den Steuergeräten A, B und E mit Knoten 2 des Teilnetzes TN1 kommunizieren kann. Entsprechend gibt die Teilnetzverwaltung des Steuergeräts D an, dass über die Netzwerkschnittstellen zu den Steuergeräten B, C und E mit dem Teilnetz TN2 (d. h. den Knoten oder Steuergeräten 2 dieses Teilnetzes) kommunizieren kann, wobei das Steuergerät E als Knoten 2 selbst dem Teilnetz TN2 nicht angehört, aber eine Kommunikation beispielsweise an das Steuergerät H vermittelt. Ferner gehört der Knoten D selbst auch dem Teilnetz TN3, wobei der über die Netzwerksschnittstelle zu dem Knoten E mit diesem Teilnetz TN3 kommunizieren kann. Auch dies ist in der Teilnetzverwaltung vermerkt.
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In dem dargestellten Beispiel bilden die Steuergeräte A bis J jeweils Knoten (2) eines Ethernet-Netzwerks und die Steuergeräte H, K, L, M jeweils Knoten (2) eines CAN-Bus-Netzwerks. Das Steuergerät H (Knoten 2) stellt dabei ein Gateway dar, welches die beiden Netzwerktechnologien Ethernet und CAN-Bus miteinander verbindet.
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Nachfolgend wird die Durchführung des Verfahrens zur Aktivierung von deaktivierten Steuergeräten A bis M des Fahrzeugnetzes 1 beispielhaft für den Fall beschrieben, dass das Steuergerät A das Teilnetz TN1 aktivieren will.
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Das Steuergerät A kann das Teilnetz TN1 über seine einzige Netzwerkschnittstelle erreichen und weckt somit über diese Netzwerkschnittstelle den daran angeschlossenen Knoten 2, d. h. das Steuergerät D. Hierzu gibt es über die Kommunikationsleitung 3 bspw. einen Steuerimpuls aus, der das Steuergerät D über seine Netzwerkschnittstelle bzw. die den Energiemanager enthaltene Teilnetzverwaltung aktiviert, auch wenn das Steuergerät D zum Zeitpunkt des Empfangs des Aktivierungspulses deaktiviert war. Grundsätzlich kommt anstelle eines Steuerimpulses natürlich ein geeigneter Weckmechanismus in Frage, mit dem das Steuergerät A den an der Kommunikationsleitung 3 angeschlossenen Knoten (Steuergerät D) aktiviert.
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Auch wenn das Steuergerat D selbst dem Teilnetz TN1 nicht angehört, muss dieses aktiviert werden, um dem Steuergerät A die Kommunikation mit anderen Steuergeräten 2 des Teilnetzes TN1 zu ermöglichen.
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Nach dem Aktivieren, d. h. dem Aussenden des Weckbefehls beispielsweise als Steuerimpuls, leitet das Steuergerät A den Aktivierungsbefehl zur Aktivierung des Teilnetzes TN1 an das Steuergerät weiter. Dies kann ggf. auch zusammengefasst mit dem Weckbefehl erfolgen.
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Das Steuergerät D bzw. dessen Teilnetzverwaltung erkennt, dass es das Teilnetz TN1 über zwei seiner vier Netzwerkschnittstellen erreichen kann, nämlich die Netzwerkschnittstellen zu dem Steuergerät B und dem Steuergerät E. Daher sendet das Steuergerät D einen Weckbefehl bzw. einen den Weckbefehl enthaltenen Aktivierungsbefehl jeweils an die Steuergeräte B und E weiter.
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Der das Steuergerät B bildende Knoten 2 verfügt nur über eine Netzwerkschnittstelle, über die er aktiviert bzw. von dem Steuergerät d angesprochen wurde. Damit ist das Steuergerät B aktiv und weiß, dass sein Teilnetz TN1 angefordert wurde. Dieser Knoten B hat daher nichts weiter zu veranlassen.
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Bei dem Steuergerät E (Knoten 2) ist das Verhalten analog. Dieses Steuergerät weiß, dass nur das Steuergerät G über eine seiner Netzwerkschnittstellen noch dem Teilnetz TN1 angehört. Daher wird ein Weckbefehl nur an das Steuergerät G gesendet. Nach dem Wecken des Steuergerätes G sendet das Steuergerät D den Aktivierungsbefehl für das Teilnetz TN1 an das Steuergerät G weiter, das sich genauso verhält wie das Steuergerät B. Alternativ ist es immer möglich, den Weckbefehl und den Aktivierungsbefehl in einem Befehl zusammenzufassen.
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Damit sind nun alle Steuergeräte A, B, E und G, die dem Teilnetz TN1 angehören, sowie das zur Kommunikationsvermittlung als Knoten 2 benötigte Steuergerät D aktiviert, so dass diese Steuergeräte 2 untereinander kommunizieren können. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aktivierung der Steuergeräte 2 des Teilnetzes TN1 ist damit abgeschlossen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivierungsverfahrens zeigt, wie das Aktivieren auch Netzwerktechnologie-übergreifend funktioniert, d. h. auch dann, wenn in dem Fahrzeugnetz verschiedene Netzwerktechniken zum Einsatz kommen, wobei ein Knoten 2, im Beispiel der 1 das Steuergerät H, als Gateway funktioniert, das ein Ethernet-basiertes Netzwerk und ein CAN-Bus-basiertes Netzwerk Netzwerktechnologie-übergreifend miteinander verbindet.
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In diesem Beispiel, das auch anhand von 1 erläutert wird, fordert das Steuergerät B eine Aktivierung des Teilnetzes TN2 an. Bis zum Erreichen des als Knoten 2 dienenden Steuergeräts H in seiner Funktion als Gateway läuft das Verfahren analog zu dem vorbeschriebenen Verfahren betreffend die Aktivierung des Teilnetzes TN1 ab, so dass auf eine entsprechende ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.
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Das Steuergerät B aktiviert also das Steuergerät D, welches daraufhin die Steuergeräte C und E aktiviert. Das Steuergerät E wird aktiviert, weil das einen Knoten 2 bildende Steuergerät D in seiner Teilnetzverwaltung Kenntnis darüber hat, dass über die Netzwerkschnittstelle zu dem Steuergerät E, welches dem Teilnetz TN2 selbst nicht angehört, weitere Steuergeräte H, I, K und M des Teilnetzes TN2 angesprochen werden können.
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Das Steuergerät E leitet einen Weck- und Aktivierungsbefehl an das Steuergerät H weiter. Analog zu dem vorherigen Vorgehen aktiviert das Steuergerät E seine Netzwerkschnittstelle zu dem Steuergerät I, welches dem Teilnetz TN2 angehört, um einen Weckbefehl und einen Aktivierungsbefehl bzw. einen kombinierten Weck- und Aktivierungsbefehl an das einen Knoten 2 bildende Steuergerät I weiterzuleiten. Jetzt sind alle Steuergeräte B, D, C, H und I des nach dem Ethernet-Protokoll funktionierenden Netzwerkteils des Fahrzeugnetzes 1 aktiviert.
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Das als Gateway funktionierende Steuergerät H setzt den Aktivierungsbefehl aus dem Ethernet-gebundenen Teil des Fahrzeugnetzes 1 nun auf einen dem CAN-Bus-basierten Netzwerk eigenen Weckmechanismus um, bei dem der Bustransceiver ein angefordertes Teilnetzwerk erkennt und daraufhin den Rest des Knotens weckt. Somit werden über den bekannten, CAN-Bus eigenen Weckmechanismus noch die verbleibenden Steuergeräte K und M geweckt. Damit sind alle Steuergerät B, D, C, H, I, K und M, die dem Teilnetz TN2 angehören, sowie das Steuergerät E zur Kommunikationsvermittlung aktiviert, so dass eine Kommunikation des Teilnetzes TN2 stattfinden kann und dieses vollständig aktiv ist. Das Verfahren zur Aufweckung von Steuergeräten des Teilnetzes TN2 ist damit abgeschlossen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich also um ein vollständig verteiltes, nicht hierarchisches Konzept, so dass die Verwaltung insgesamt einfach ist. Es gibt damit keine einzelnen, entscheidenden Instanzen, deren Ausfall zu einem Ausfall des Kommunikationssystems insgesamt führen würde, insbesondere solange Umleitungskommunikationswege möglich sind, auch wenn diese in dem einfachen Beispielnetzwerk gemäß 1 nicht dargestellt sind.
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Damit wird die Sicherheit des Systems erhöht. Gleichzeitig wird die Komplexität auf alle Knoten 2 bzw. Steuergeräte A bis M verteilt. Der Aktivierungsbefehl bzw. der Weck- und Aktivierungsbefehl navigiert sich selbst durch das Netzwerk 1, ohne dass eine zentrale Steuerung dafür vorgesehen sein müsste. Es wird also eine Möglichkeit vorgeschlagen, ein verteiltes Netzwerkmanagement zur Realisierung von Teilnetzbetrieb bei Ethernet-basierten Fahrzeugnetzen bzw. Ethernet-basierten Fahrzeugnetzen in Kombination mit weiteren, im Automobilbereich eingesetzten Bussystemen umzusetzen.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird zudem nur während des Aktivierungsvorganges eines Teilnetzes TN1 bis TN3 Netzwerkkommunikation erzeugt. Es sind keine zyklischen Nachrichten notwendig. Ferner ist es durch die Möglichkeit des Weckens direkter Nachbarn mittels geeigneter, an sich bekannter Weckmechanismen nicht notwendig, dass die Netzwerkschnittstellen abgeschalteter Knoten aktiv bleiben müssen, um Netzwerkmanagementbotschaften auszuwerten. Nicht benötigte Steuergeräte 2 können somit komplett abgeschaltet werden, ohne Ruhestrom zu verbrauchen, da sie durch einen Weckimpuls eines unmittelbar benachbarten Knotens 2 in jedem Fall geweckt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch kombinierbar mit den durch AUTOSAR standardisierten Konzepten für heute bereits eingesetzte Fahrzeugbussysteme, so dass sich in einer Architektur, die Ethernet-basierte und klassische Bussysteme gemeinsam verwendet, eine netzweite Abdeckung des Teilnetzbetriebs ergibt. Ferner kann es auch bei Vorhandensein geeigneter Steuergerät-selektiver Weckmechanismen direkt auf die heutigen Bussysteme angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugnetz
- 2
- Knoten, Steuergerät
- 3
- Kommunikationsleitung, Busleitung
- A ... M
- Steuergerät, Gateway
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010008818 A1 [0008]
- WO 2003/061175 A2 [0010]
- US 2011/0138044 A1 [0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- "Specification of Communication Manager", Version 2.2.0 [0009]
