DE102009057773A1

DE102009057773A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Datenübertragung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009057773A1
Application number: DE200910057773
Authority: DE
Inventors: Thomas Koenigseder; Thomas Klattig
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011069826A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Datenübertragung in einem Fahrzeug angegeben, bei dem bzw. bei der eine Übertragungsqualität ermittelt und abhängig von der ermittelten Übertragungsqualität eine vorgegebene Aktion durchgeführt wird. Weiterhin wird ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Datenübertragung in einem Fahrzeug. Weiterhin wird ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung vorgeschlagen.
Die Übertragung von analogen oder digitalen Daten in einem Fahrzeug (z. B. über ein Bussystem des Fahrzeugs) kann auf unterschiedliche Arten gestört werden.
Beispielsweise ist es möglich, dass es zu Interferenzen durch Übersprechen einzelner Kabel kommt oder dass ein externer Störer die Übertragungsqualität verschlechtert. Auch können Alterungseffekte oder Temperaturveränderungen die Übertragungsqualität beeinflussen. Da das Fahrzeug in unterschiedlichen Umgebungen und über lange Zeit funktionieren muss, werden die Datenübertragung bzw. die an der Datenübertragung beteiligten Komponenten so dimensioniert, dass unter allen definierten Randbedingungen eine Funktionalität gewährleistet ist.
Entsprechend diesen Randbedingungen werden also ausreichend Reserven vorgehalten, so dass auch bei einer angenommenen größtmöglichen Störung die Datenübertragung noch funktioniert. Diese größtmögliche Störung tritt in der Praxis jedoch eher selten auf, so dass das System zur Datenübertragung im Hinblick auf durchschnittliche Betriebsanforderungen ineffizient ausgelegt ist.
Zusätzlich ist es von Nachteil, dass die Auslegung des Systems zur Datenübertragung in der Praxis oft ohne detaillierte Kenntnis der realen Störung aber mit ausreichenden Reserven ausgelegt wird, die womöglich in dem Fahrzeug auch unter hohem Störeinfluss nie benötigt werden.
Entsprechend kann es bei Unkenntnis möglicher Störungen und unzureichender Auslegung des Systems jedoch auch zu Fehlern in der Datenübertragung kommen, die erst dann erkannt werden, wenn sie auftreten.
Aufgrund der sehr niedrigen Bitfehlerrate eines in einem Fahrzeug eingesetzten digitalen Bussystems ist es schwierig, eine ansteigende Bitfehlerrate zu erkennen, insbesondere weil die Bitfehler selbst im Fehlerfalle noch sehr selten auftreten.
Beispielsweise dauert es bei einer Datenübertragungsrate von 10 Mbps etwa 10⁴ Sekunden, also ca. 2,8 Stunden, bis ein einzelner Fehler beobachtbar wäre. Wegen dieses verhältnismäßig langen Beobachtungszeitraums ist eine Fehlerbehebung nahezu ausgeschlossen.
Allerdings kann auch ein selten auftretender Fehler eine essentielle Funktion des Fahrzeugs beeinträchtigen und ist daher äußerst unerwünscht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Möglichkeit zur Überwachung eines Datenübertragungssystems bzw. eines Teils eines solchen Systems in einem Fahrzeug zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Überwachung einer Datenübertragung in einem Fahrzeug vorgeschlagen,

– bei dem eine Übertragungsqualität ermittelt wird,
– bei dem abhängig von der ermittelten Übertragungsqualität eine vorgegebene Aktion durchgeführt wird.

Somit ist es insbesondere von Vorteil, dass ein Übertragungsfehler bereits erkannt werden kann bevor dieser tatsächlich auftritt. Auch ist es möglich, dass Verschlechterungen der Übertragungsqualität geeignet ausgewertet werden und zur Auslegung des Kommunikationssystems eingesetzt werden können.
Eine Weiterbildung ist es, dass die Übertragungsqualität in einem Steuergerät des Fahrzeugs ermittelt wird.
Insbesondere kann das Steuergerät hierzu über eine Verarbeitungseinheit sowie einen Transceiver verfügen. Vorzugsweise ist das Steuergerät an ein Bussystem des Fahrzeugs gekoppelt. Bei dem Bussystem kann es sich um einen Ethernet-Bus handeln.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass das Steuergerät über ein Bussystem des Fahrzeugs mit mindestens einem weiteren Steuergerät verbunden ist.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die Übertragungsqualität anhand mindestens einer der folgenden Größen ermittelt wird:

– eines Signalrauschabstands;
– eines Signalstörverhältnisses;
– ein digital berechneter Fehlerwert.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass die vorgegebene Aktion eine Anpassung der Übertragungsrate umfasst.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die vorgegebene Aktion eine Anpassung der Fehlerkorrektur umfasst.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst die vorgegebene Aktion eine Abspeicherung der Übertragungsqualität und/oder der Veränderung der Übertragungsqualität.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass eine Art, eine Position und/oder ein Ausmaß einer Störung abgespeichert wird/werden.
Eine Ausgestaltung ist es, dass die vorgegebene Aktion eine Abspeicherung eines Übertragungsfehlers umfasst.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die vorgegebene Aktion eine Kommunikation mit einem weiteren Steuergerät umfasst.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die vorgegebene Aktion durchgeführt wird bevor ein Übertragungsfehler auftritt.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Übertragungsqualität kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitdiskreten Schritten ermittelt wird.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst mittels einer Vorrichtung umfassend eine Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass das hierin beschriebene Verfahren ausführbar ist.
Die Verarbeitungseinheit kann z. B. eine analoge oder digitale Verarbeitungseinheit sein, sie kann als ein Prozessor und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete Schaltungsanordnung ausgeführt sein, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist.
Der Prozessor kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder einen solchen umfassen. Weiterhin kann eine festverdrahtete Schaltungseinheit, z. B. ein FPGA oder ein ASIC oder eine sonstige integrierte Schaltung, vorgesehen sein.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die Vorrichtung ein Steuergerät oder Teil eines Steuergeräts eines Fahrzeugs ist.
Auch wird die oben genannte Aufgabe gelöst mittels eines Fahrzeugs umfassend mindestens eine der hierin beschriebenen Vorrichtungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Steuergeräts in einem Fahrzeug, bei dem auch eine Ermittlung des Signalrauschabstands erfolgt;
2 eine schematische Anordnung mehrerer miteinander verbundener Steuergeräte in einem Fahrzeug.
Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht eine proaktive Fehlererkennung in einem Bussystem eines Fahrzeugs. Dies wird insbesondere erreicht durch eine kontinuierliche Überwachung der Übertragungsqualität.
Mittels eines Transceivers (d. h. einer Kombination aus Sender und Empfänger) kann ein Signalrauschabstand (Signalstörabstand – SNR, Signalstör-zu-Interferenz-Abstand SNIR) während der Datenübertragung bestimmt, insbesondere gemessen und/oder berechnet, werden.
Anhand des Signalrauschabstands kann die Übertragungsqualität in einer vorgebbaren Auflösung oder Granularität ermittelt werden. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Übertragungsqualität während der Datenübertragung bestimmt werden kann und somit bei Auftreten eines Fehlers (z. B. bei einer Verschlechterung des Signalrauschabstands) eine vorgegebene Aktion durchgeführt werden kann.
Beispielsweise kann die Störung (Art, Ort und/oder Ausmaß der Störung) abgespeichert werden oder es kann auf die Störung reagiert werden. Bei der Störung kann es sich auch um einen Übertragungsfehler, z. B. einen (oder mehrere) Bitfehler handeln.
Somit kann im Fehlerfall, z. B. bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für den Signalrauschabstand, während der Datenübertragung ein Fehlerspeicher gesetzt werden und/oder es können Maßnahmen eingeleitet werden, geeignet auf den Fehler (und damit auf die Störung) zu reagieren. Beispielsweise kann eine erneute Übermittlung angefordert werden oder es kann ein Fehlerkorrekturmittel aktiviert und/oder erhöht werden. Das Fehlerkorrekturmittel kann vorzugsweise so ausgelegt sein, dass aufgrund redundanter Information die Daten zumindest teilweise beim Empfänger rekonstruierbar sind, auch wenn ein Teil der Daten aufgrund der Störung verfälscht wurde.
Ein Vorteil besteht darin, dass die Reaktion auf den Fehler örtlich begrenzt, also in dem von der Störung betroffenen Bereich, erfolgen kann. Auch ist es von Vorteil, dass bereits eine Erkennung einer gestörten Datenübertragung möglich ist, bevor es zu einem Übertragungsfehler kommt. In modernen Bussystemen sind Bitfehlerwahrscheinlichkeiten z. B. von 10^–10 üblich, so dass einer Verschlechterung der Datenübertragung bereits begegnet werden kann, bevor ein tatsächlicher Kommunikationsfehler auftritt.
Damit ermöglicht es der hier vorgestellte Ansatz, einen Übertragungsfehler zu erkennen (Abtastraten z. B. im Bereich von Millisekunden); es ist nicht notwendig, auf den vielleicht unwahrscheinlichen Fall des Eintretens des Fehlers mehrere Stunden warten zu müssen.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Steuergeräts 101 in einem Fahrzeug, bei dem auch eine Ermittlung des Signalrauschabstands erfolgt. Das Steuergerät 101 umfasst eine Prozessoreinheit HOST 102, einen Transceiver 104 (umfassend einen Sender und einen Empfänger) mit Anschluss an einen Bus 105 des Fahrzeugs sowie einen Monitor 103.
Der Transceiver 104 übermittelt Busparameter an den Monitor 103, der anhand dieser Busparameter den Signalrauschabstand vorzugsweise (nahezu) in Echtzeit bestimmt. Der Signalrauschabstand kann dann an die Prozessoreinheit HOST 102 zur weiteren Auswertung weitergeleitet werden. Abhängig von dem Signalrauschabstand kann die Prozessoreinheit HOST 102 z. B. die dem Transceiver 104 zur Verfügung gestellte Datenrate beeinflussen. Auch ist es möglich, dass die Prozessoreinheit HOST 102 Informationen betreffend den Signalrauschabstand abspeichert, so dass diese später ausgewertet werden können.
Aufgrund der Überwachung des Signalrauschabstands ist es somit möglich, bereits frühzeitig graduelle Verschlechterungen der Übertragung und somit bevorstehende Übertragungsfehler zu erkennen. Entsprechend können insbesondere für sicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeugs entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden: Beispielsweise kann das Steuergerät einer graduellen Verschlechterung z. B. aufgrund von Alterungseffekten, Temperaturvariationen, Störungen durch externe Quellen, etc. entgegenwirken, indem die Prozessoreinheit HOST 102 z. B.

– zusätzliche Daten überträgt, die eine verbesserte Fehlerkorrektur ermöglichen (z. B. mehr redundante Daten um die Möglichkeiten der Bitfehlerkorrektur zu verbessern);
– weiteren Steuergeräten mitteilt, dass diese entsprechend auf einen Modus mit einer höheren Fehlerkorrektur umschalten sollen;
– einer zentralen Steuereinheit mitteilt, dass ein Übertragungsfehler bevorsteht;
– einer zentralen Steuereinheit mitteilt, dass ein Übertragungsfehler eingetreten ist;
– einer zentralen Steuereinheit die ermittelte Übertragungsqualität mitteilt.

Entsprechend ist es auch möglich, dass die Prozessoreinheit HOST 102 die ermittelten Übertragungsqualitäten speichert und diese z. B. bei Bedarf einem Steuergerät zur Verfügung stellt.
Auch kann die Prozessoreinheit HOST 102 die Redundanzinformation für die Fehlerkorrektur reduzieren (bzw. dies den an der Kommunikation beteiligten Einheiten, z. B. Steuergeräten) mitteilen, wenn festgestellt wird, dass sich die Übertragungsqualität wieder verbessert.
Hierbei sei angemerkt, dass der hier erwähnte Signalrauschabstand nur beispielhaft als ein mögliches Maß genannt ist, anhand dessen die Übertragungsqualität bestimmt werden kann. Entsprechend können andere Größen, z. B. ein Signalstörverhältnis oder ein (digital oder analog) berechneter Fehlerwert, auch in Kombination miteinander bzw. mit dem Signalrauschabstand verwendet werden.
2 zeigt eine schematische Anordnung mehrerer Steuergeräte 201 bis 205 in einem Fahrzeug, die miteinander verbunden sind.
Im Beispiel von 2 ist das Steuergerät 201 mit den Steuergeräten 202 und 203 verbunden, das Steuergerät 202 ist weiterhin mit den Steuergeräten 204 und 205 verbunden und das Steuergerät 204 ist ferner mit den Steuergeräten 205 und 203 verbunden.
Beispielhaft ist die Verbindung zwischen dem Steuergerät 201 und dem Steuergerät 202 gestört bzw. kommt es auf dieser Verbindung zu einer Verschlechterung der Übertragungsqualität ohne dass bereits ein Übertragungsfehler auftreten müsste (siehe Störung 206).
Gemäß der vorliegenden Lösung können beide Steuergeräte 201, 202 die Art, den Ort sowie das Ausmaß der Störung 206 erkennen und entsprechend reagieren.
Auch ist es eine Option, dass ab einem bestimmten Maß der Verschlechterung der Übertragungsqualität beide Steuergeräte 201, 202 (oder jedes dieser Steuergeräte für sich) eine alternative Kommunikationsroute zu dem jeweilig anderen Steuergerät wählen. Somit kann auf einen möglichen Übertragungsfehler effizient reagiert werden bevor dieser tatsächlich eintritt.
(Weitere) Vorteile:
Die kontinuierliche Bestimmung des Signalrauschabstands ermöglicht es, Beeinträchtigungen der Datenübertragung zu erkennen noch bevor der Fehler auftritt und die unerwünschten Folgen eines solchen Fehlers im Fahrzeug erkennbar werden.
Somit ist es möglich, Störungen zu quantifizieren und zu lokalisieren. Vorzugsweise kann ein Schwellwert für den noch akzeptablen Signalrauschabstand so eingestellt werden, dass das Übertragungssystem in dem Fahrzeug einen Fehler erkennt.
Insbesondere muss das Übertragungssystem in dem Fahrzeug nicht vorab mit großen Sicherheitsreserven für eine vielleicht eher unwahrscheinliche größtmögliche Störung ausgelegt werden, sondern das Übertragungssystem selbst kann auf Störungen (z. B. dynamisch) reagieren.
Durch die kontinuierliche Bestimmung des Signalrauschabstands wird die Robustheit des Gesamtsystems deutlich gesteigert und unnötige Sicherheitsreserven und damit verbundene Kosten werden reduziert.
Bezugszeichenliste

101: Steuergerät
102: Prozessoreinheit HOST
103: Monitor
104: Transceiver
105: Bus
201: Steuergerät
202: Steuergerät
203: Steuergerät
204: Steuergerät
205: Steuergerät
206: Störung

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Datenübertragung in einem Fahrzeug, – bei dem eine Übertragungsqualität ermittelt wird, – bei dem abhängig von der ermittelten Übertragungsqualität eine vorgegebene Aktion durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Übertragungsqualität in einem Steuergerät des Fahrzeugs ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Steuergerät über ein Bussystem des Fahrzeugs mit mindestens einem weiteren Steuergerät verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Übertragungsqualität anhand mindestens einer der folgenden Größen ermittelt wird: – eines Signalrauschabstands; – eines Signalstörverhältnisses; – ein digital berechneter Fehlerwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Aktion eine Anpassung der Übertragungsrate umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Aktion eine Anpassung der Fehlerkorrektur umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Aktion eine Abspeicherung der Übertragungsqualität und/oder der Veränderung der Übertragungsqualität umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Art, eine Position und/oder ein Ausmaß einer Störung abgespeichert wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Aktion eine Abspeicherung eines Übertragungsfehlers umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Aktion eine Kommunikation mit einem weiteren Steuergerät umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Aktion durchgeführt wird bevor ein Übertragungsfehler auftritt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Übertragungsqualität kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitdiskreten Schritten ermittelt wird.
Vorrichtung mit einer Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Vorrichtung ein Steuergerät oder Teil eines Steuergeräts eines Fahrzeugs ist.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14.