DE102013223704A1

DE102013223704A1 - Fahrzeug mit einem Ethernet-Bussystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen Bussystems

Info

Publication number: DE102013223704A1
Application number: DE102013223704.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kirchmeier; Christoph Schmutzler; Thomas Königseder
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-21
Also published as: KR20160086825A; WO2015074938A1; US10374923B2; KR102239986B1; US20160269225A1; CN105745871A; CN105745871B; JP2017503378A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einem Bussystem (2), welches als Ethernet-Bussystem ausgebildet ist und zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) mit einer Vielzahl von Portanschlüssen (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) aufweist, an welche jeweils ein Busteilnehmer (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) angeschlossen ist, welcher über den zugeordneten Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) im Betrieb des Bussystems (2) Daten an die Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) übermittelt und/oder von der Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) empfängt. Die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) ist dazu ausgelegt, im Betrieb des Bussystems (2) eine Diagnose bezüglich zumindest eines der Portanschlüsse (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) durchzuführen und hierbei Diagnosedaten bezüglich des zumindest einen Portanschlusses (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Bussystem, welches als Ethernet-Bussystem ausgebildet ist und zumindest eine Verteilereinrichtung mit einer Vielzahl von Portanschlüssen aufweist, an welche jeweils ein Busteilnehmer angeschlossen ist, welcher über den zugeordneten Portanschluss im Betrieb des Bussystems Daten an die Verteilereinrichtung übermittelt und/oder von der Verteilereinrichtung empfängt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Ethernet-Bussystems in einem Fahrzeug.
Bussysteme für Kraftfahrzeuge sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Heutige Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit dem so genannten CAN-Bus (Controller Area Network) ausgestattet, welcher speziell für den schnellen seriellen Datenaustausch zwischen elektronischen Steuergeräten in Kraftfahrzeugen entwickelt wurde. Des Weiteren sind auch LIN-Bussysteme (Local Interconnect Network) bekannt, welche ebenfalls serielle Kommunikationssysteme darstellen, jedoch speziell für kostengünstigere Kommunikation von intelligenten Sensoren und Aktoren in Kraftfahrzeugen entwickelt wurden.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf ein Ethernet-Bussystem, welches alternativ oder zusätzlich zu dem CAN-Bus eingesetzt werden kann. Das Ethernet-Bussystem wurde zunächst insbesondere für Kamera-basierte Fahrerassistenzsysteme genutzt. Der neueste Trend geht jedoch dahin, auch andere Steuergeräte und Funktionseinrichtungen eines Kraftfahrzeugs über ein Ethernet-Netzwerk kommunikationstechnisch miteinander zu koppeln.
Ein Bussystem für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus dem Dokument WO 2008/095511 A1 bekannt. Das Bussystem umfasst mehrere Steuergeräte als Busteilnehmer. Zur Bereitstellung eines im Hinblick auf eine Fehlerdiagnose der Busteilnehmer flexibleren Bussystems wird hier vorgeschlagen, ein Gateway mit einer Ethernet-Schnittstelle einzusetzen, über welche ein externes Diagnosegerät an das Bussystem angeschlossen werden kann. Das Gateway kann in einen speziellen Diagnosemodus geschaltet werden, in welchem – im Unterschied zum normalen Betriebsmodus – unter der Kontrolle des Gateways eine Busnachricht an einen der Busteilnehmer übermittelt wird, welche einer Nachricht entspricht, die dieser Busteilnehmer auch während eines regulären Betriebs des Kraftfahrzeugs empfängt. Zwar ermöglicht dies eine zuverlässige und präzise Diagnose der Busteilnehmer, jedoch wird hier ein spezielles externes Diagnosegerät benötigt. Als nachteilig an diesem Stand der Technik ist somit der Umstand anzusehen, dass die Diagnose ausschließlich in ganz bestimmten Situationen durchgeführt werden kann bzw. nur in einer Werkstatt möglich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Gattung der Aufwand bei einer Diagnose des Bussystems im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfasst ein Bussystem, welches als Ethernet-Bussystem ausgebildet ist und zumindest eine Verteilereinrichtung – beispielsweise einen Switch und/oder ein Gateway – umfasst, welche eine Vielzahl von Portanschlüssen aufweist, welche die physikalischen Ports der Verteilereinrichtung darstellen. An die Portanschlüsse ist jeweils ein Busteilnehmer angeschlossen, der über den zugeordneten Portanschluss im Betrieb des Bussystems Daten an die Verteilereinrichtung übermittelt und/oder von der Verteilereinrichtung empfängt. Die zumindest eine Verteilereinrichtung ist dazu ausgelegt, im Betrieb des Bussystems und somit im Betrieb des Fahrzeugs eine Diagnose bezüglich zumindest eines der Portanschlüsse durchzuführen und hierbei Diagnosedaten bezüglich des zumindest einen Portanschlusses bereitzustellen.
Anders als im Stand der Technik gemäß WO 2008/095511 A1 wird die Diagnose des Bussystems erfindungsgemäß nicht oder nicht nur in einem speziellen Diagnosemodus durchgeführt, sondern im normalen bzw. regulären Betrieb des Fahrzeugs, in welchem reguläre Applikationsdaten zwischen der Verteilereinrichtung einerseits und den Busteilnehmern andererseits übertragen werden. Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zunutze, dass es bei einem Ethernet-Bussystem – anders als beispielsweise bei CAN-Bussen oder FlexRay-Bussen – grundsätzlich möglich ist, durch entsprechende Auslegung der Verteilereinrichtung eine „intelligente Infrastruktur“ zu schaffen, durch welche zur Laufzeit des Bussystems der genaue Netzwerkzustand ermittelt, Fehler lokalisiert und prognostiziert sowie gegebenenfalls auch korrigiert werden können. Um die Diagnose durchführen zu können, kann die Verteilereinrichtung mit einer entsprechenden Software ausgestattet werden, welche keine Auswirkung auf die Applikationsebene sowie auf die Busteilnehmer selbst hat. Die Diagnose kann dementsprechend parallel und somit im Hintergrund zum normalen Betrieb der Busteilnehmer und der Verteilereinrichtung vorgenommen werden. Dadurch sind grundsätzlich keine externen Diagnosegeräte erforderlich, und die Diagnosedaten können während des Betriebs des Fahrzeugs gesammelt und hierbei beispielsweise in einem zentralen Diagnosespeicher abgelegt werden.
Das Ethernet-Bussystem stellt ein LAN-Netzwerk des Fahrzeugs dar, bei welchem der Datenaustausch zwischen der Verteilereinrichtung und den Busteilnehmern in Form von Datenframes bzw. so genannten Datenpaketen ermöglicht wird. Der Datenaustausch erfolgt nach dem Ethernet-Protokoll.
Wie bereits ausgeführt, wird durch die zumindest eine Verteilereinrichtung eine Diagnose bezüglich zumindest eines der Portanschlüsse durchgeführt. In diesem Zusammenhang können verschiedene Ausführungsformen im Hinblick darauf vorgesehen sein, welche Komponenten des Bussystems tatsächlich der Diagnose unterzogen werden. Einerseits kann der Diagnose der Busteilnehmer selbst unterzogen werden. Andererseits kann aber auch vorgesehen sein, dass der Diagnose ein Datenübertragungskanal zwischen der Verteilereinrichtung und dem Busteilnehmer unterzogen wird, d.h. der zumindest eine Portanschluss selbst und/oder eine diesen Portanschluss mit dem Busteilnehmer koppelnde elektrische Busleitung. Situationsabhängig und bedarfsgerecht kann die Diagnose somit hinsichtlich unterschiedlicher Komponenten des Bussystems vorgenommen werden.
Auch hinsichtlich der Verteilereinrichtung können unterschiedliche Ausführungsformen vorgesehen sein:
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bussystem zumindest ein Steuergerät des Fahrzeugs als Verteilereinrichtung umfasst, an dessen Portanschlüsse Funktionskomponenten bzw. Funktionseinrichtungen des Fahrzeugs als Busteilnehmer angeschlossen sind. Ein solches Steuergerät kann beispielsweise ein zentrales Steuergerät (Head Unit) des Fahrzeugs sein, welches zur Ansteuerung verschiedenster Funktionskomponenten dient, wie beispielsweise eines Navigationssystems, eines Displays, eines Radiogeräts, einer Audioanlage, einer Telefonanlage und dergleichen. Ein Steuergerät kann aber auch ein Kamera-Steuergerät sein, welches zur Ansteuerung zumindest einer Kamera des Fahrzeugs und/oder zur Verarbeitung von Bilddaten der Kamera dient. Die zumindest eine Kamera stellt dann eine Funktionskomponente des Fahrzeugs dar. Bei dieser Ausführungsform wird folglich eine Diagnose von Funktionskomponenten des Fahrzeugs ermöglicht, wie insbesondere von Sensoren und/oder Aktoren.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Bussystem ein zentrales Gateway als Verteilereinrichtung umfasst, an dessen Portanschlüsse Steuergeräte des Fahrzeugs als Busteilnehmer angeschlossen sind. Diese Ausführungsform wiederum ermöglicht eine Diagnose der Steuergeräte selbst, da hier das zentrale Gateway die Funktion eines Diagnosegeräts übernimmt, mittels welchem eine Diagnose bezüglich der Steuergeräte durchgeführt werden kann.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Bussystem eine zentrale Auswerteeinrichtung aufweist, welche zur Speicherung und Auswertung der Diagnosedaten ausgebildet ist. Die zumindest eine Verteilereinrichtung ist dann dazu ausgelegt, die bereitgestellten Diagnosedaten an die zentrale Auswerteeinrichtung zu übermitteln. Die Diagnosedaten können somit zentral in der Auswerteeinrichtung abgelegt und ausgewertet werden, wodurch eine Überwachung der Diagnosedaten über eine längere Zeitdauer im Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht wird. Durch ein solches langfristiges „Monitoring“ ist beispielsweise eine Prognostizierung von Fehlern im Bussystem möglich. Werden Fehler im Voraus detektiert, so können beispielsweise entsprechende Fehlermeldungen bereits frühzeitig ausgegeben und die Fehler somit frühzeitig behoben werden.
Bevorzugt ist die zentrale Auswerteeinrichtung in das zentrale Gateway integriert. Da die Busteilnehmer – insbesondere die Steuergeräte und/oder Funktionseinrichtung – immer direkt oder indirekt über Verteilereinrichtungen bzw. Switches vom zentralen Gateway erreichbar sind bzw. das Gateway – wenn nötig – auch selbst erreichen können, kann das zentrale Gateway in vorteilhafter Weise als zentrale Auswerteeinrichtung zur Auswertung und Verwaltung der Diagnosedaten genutzt werden. Alle Diagnosedaten sind somit an der zentralen Stelle des Bussystems bekannt und können somit beispielsweise auch miteinander verglichen werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die zentrale Auswerteeinrichtung eine Schnittstelle, insbesondere eine Ethernet-Schnittstelle aufweist, an welche ein externes Diagnosegerät angeschlossen werden kann. Über diese Schnittstelle können dann die Diagnosedaten und/oder daraus gewonnene Informationen durch das externe Diagnosegerät ausgelesen werden. Die Kommunikation mit dem externen Diagnosegerät beschränkt sich somit vorzugsweise nur auf die Übermittlung der Diagnosedaten und/oder der daraus gewonnenen Informationen, ohne dass eine zusätzliche Diagnose durch das Diagnosegerät selbst durchgeführt werden muss.
Hinsichtlich der Durchführung der Diagnose durch die zumindest eine Verteilereinrichtung können folgende Ausführungsformen vorgesehen sein:
Die zumindest eine Verteilereinrichtung kann im Rahmen der Durchführung der Diagnose den zumindest einen Portanschluss und/oder eine an diesen Portanschluss angeschlossene Busleitung auf einen physikalischen Fehler hin überprüfen, insbesondere auf einen elektrischen Kurzschluss und/oder einen elektrischen Leerlauf bzw. eine Unterbrechung. Ein derartiger Fehler kann beispielsweise durch entsprechende Überwachung eines physikalischen Signals erkannt werden, wie einer elektrischen Spannung an dem Portanschluss und/oder des elektrischen Stroms. Eine solche portindividuelle Ermittlung von physikalischen Fehlern sorgt für einen sicheren Betrieb des Bussystems, denn im Falle eines physikalischen Fehlers kann der jeweilige Portanschluss durch die Verteilereinrichtung aktiv abgeschaltet bzw. von einer Spannungsquelle getrennt werden.
Im Rahmen der Durchführung der Diagnose kann die zumindest eine Verteilereinrichtung auch die Anzahl von verworfenen Datenpaketen (Datenframes) bestimmen. Als Diagnosedaten können dann Daten bereitgestellt werden, welche eine Information über die Anzahl der verworfenen Datenpakete umfassen. Die Anzahl der verworfenen Datenpakete kann in der so genannten MAC-Schicht (Media Access Control) der Verteilereinrichtung bestimmt werden und ermöglicht eindeutige Rückschlüsse auf Übertragungsfehler des Datenübertragungskanals zwischen der Verteilereinrichtung und dem jeweiligen Busteilnehmer.
Ergänzend oder alternativ kann die zumindest eine Verteilereinrichtung im Rahmen der Durchführung der Diagnose auch eine Signalqualität und/oder einen mittleren quadratischen Fehler (mean square error, MSE) eines physikalischen Signals an dem zumindest einen Portanschluss bestimmen, insbesondere der Spannung und/oder des Stroms. Der MSE bestimmt sich dabei insbesondere aus einem Abstand zwischen dem erwarteten Signalpegel (Spannungspegel) und dem tatsächlich anliegenden Signalpegel. Auf Basis des MSE kann wiederum die Signalqualität bestimmt werden. Auch die Bestimmung der Signalqualität und/oder des MSE ermöglicht einen eindeutigen Rückschluss auf die Qualität des Datenübertragungskanals. Anhand der Signalqualität lässt sich nämlich – unter Annahme einer bestimmten Störung, z.B. weißes Rauschen – die so genannte Bitfehlerrate bestimmen, welche ein unmittelbares Maß für die Qualität des Datenübertragungskanals darstellt. Dadurch lassen sich gestörte bzw. degradierte Busleitungen und somit eine unzureichende Übertragungsqualität detektieren. Durch eine Überwachung der Signalqualität über eine längere Zeitdauer ist es außerdem möglich, eine alternde bzw. degradierende Busleitung im Rahmen einer Prognose im Voraus zu erkennen. Wird ein solcher Fehler im Voraus detektiert, kann eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben werden, durch welche der Fahrer bereits frühzeitig auf einen möglichen Fehler hingewiesen wird.
Wie bereits ausgeführt, kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung abhängig von der erfassten Signalqualität eine Bitfehlerrate bestimmt. Als Diagnosedaten können dann Daten bereitgestellt werden, welche eine Information über die Bitfehlerrate umfassen. Somit lässt sich die Bitfehlerrate über die Zeit überwachen.
Als Diagnosedaten können ergänzend oder alternativ auch Daten bereitgestellt werden, welche eine Information über die Signalqualität und/oder den MSE umfassen.
Abhängig von der Signalqualität kann die zumindest eine Verteilereinrichtung auch auf einen technischen Zustand des Portanschlusses und/oder der an diesen Portanschluss angeschlossenen Busleitung zurück schließen. Wird beispielsweise eine unzureichende Signalqualität über eine vorbestimmte Zeitdauer detektiert, so deutet dies unmittelbar auf einen unzureichenden technischen Zustand des Portanschlusses und/oder der Busleitung hin.
Optional kann in einer Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass die Diagnose anhand der im Betrieb durch die Verteilereinrichtung von dem zumindest einen Busteilnehmer empfangenen Daten (Applikationsdaten) durchgeführt wird. Somit lassen sich gegebenenfalls applikative Fehler und somit beispielsweise so genannte „Babbling Idiots“ detektieren. Dadurch ist es wiederum möglich, diejenigen Portanschlüsse abzuschalten, an die solche fehlerhaften Busteilnehmer angeschlossen sind. Diese Busteilnehmer können somit vom restlichen Bussystem getrennt werden, um eine zu große Buslast des Bussystems zu vermeiden.
Also kann im Rahmen der Durchführung der Diagnose eine momentane Buslast an dem zumindest einen Portanschluss bestimmt werden. Die zumindest eine Verteilereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, abhängig von der momentanen Buslast auf einen Betriebsfehler bzw. Applikationsfehler des an den Portanschluss angeschlossenen Busteilnehmers zurückzuschließen. Wird ein solcher „Babbling Idiot“ detektiert, kann der zugeordnete Portanschluss abgeschaltet und der Busteilnehmer von dem Netzwerk getrennt und das Bussystem somit zuverlässig geschützt werden.
Insgesamt können im Rahmen der Diagnose Diagnosedaten bereitgestellt werden, welche folgende Fehler beschreiben:

– Kurzschlüsse und Unterbrechungen der Übertragungsleitung, d.h. physikalische Busfehler, und/oder
– eine unzureichende Übertragungsqualität durch gestörte bzw. degradierte Leitungen und/oder
– eine alternde bzw. degradierende Leitung – diese können erkannt und auch prognostiziert werden – und/oder
– aufgrund Übertragungsfehler vom MAC verworfene Frames und/oder
– Änderungen im Netzwerk, d.h. fehlende oder neu hinzugekommene Knoten, und/oder
– applikative Fehler, durch welche eine erhöhte Buslast resultiert.

Weiterhin können die Auswirkungen von applikativen Fehlern auf das Netzwerk limitiert werden, indem die Datenübertragung von fehlerhaften Knoten gestoppt wird. Die Diagnosefunktionen müssen dazu allgemein in Switch-Knoten, Root-Knoten, regulären Applikationsknoten implementiert werden. Die wesentliche Diagnose und Fehlerbehandlung beschränkt sich dabei auf Infrastrukturkomponenten (Root- und Switch-Knoten) und haben damit keinen applikativen Einfluss.
Langfristiges Monitoring und integrierte Überwachung der Netzwerkauslastung im Fahrzeuglebenszyklus ist damit erstmals möglich. Abschaltszenarien und Fehlerkorrekturen können auf dieser Basis ergriffen werden. Z.B. kann damit der fehlerhafte „kranke“ Teil des Fahrzeugs weggeschaltet werden. Zudem ist erstmals über das langfristige Monitoring von CRC-Fehlern und der Signalqualität eine Prognostizierung von degradierenden Komponenten (Kabelbaum) möglich.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ethernet-Bussystems in einem Fahrzeug, bei welchem zumindest eine Verteilereinrichtung mit einer Vielzahl von Busteilnehmern kommuniziert, die an jeweilige Portanschlüsse der Verteilereinrichtung angeschlossen sind und über den jeweils zugeordneten Portanschluss im Betrieb des Bussystems Daten an die Verteilereinrichtung übermitteln und/oder von der Verteilereinrichtung empfangen. Durch die zumindest eine Verteilereinrichtung wird im Betrieb des Bussystems eine Diagnose bezüglich zumindest eines der Portanschlüsse durchgeführt, und hierbei werden Diagnosedaten bezüglich des zumindest einen Portanschlusses bereitgestellt.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Fahrzeug vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit einem Bussystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein in der Figur schematisch dargestelltes Fahrzeug 1, beispielsweise ein Personenkraftwagen, umfasst ein Bussystem 2, welches als Ethernet-Bussystem bzw. als LAN ausgebildet ist. Das Bussystem 2 umfasst ein zentrales Gateway 3, welches mehrere Portanschlüsse 4, 5, 6, 7 aufweist. Bei den Portanschlüssen 4, 5, 6, 7 handelt es sich um physikalische LAN-Ports des zentralen Gateways 3. Das zentrale Gateway 3 kann eine zusätzliche Schnittstelle 8, insbesondere eine Ethernet-Schnittstelle, aufweisen, an welche ein fahrzeugexternes Diagnosegerät angeschlossen werden kann. In das zentrale Gateway 3 ist des Weiteren eine zentrale Auswerteeinrichtung 9 integriert, beispielsweise ein digitaler Signalprozessor.
Das Bussystem 2 umfasst auch mehrere Steuergeräte des Fahrzeugs 1, nämlich im Ausführungsbeispiel ein erstes Steuergerät 10, ein zweites Steuergerät 11 sowie ein drittes Steuergerät 12.
Das erste Steuergerät 10 ist mit seinem Port 13 über eine Busleitung 14 an den Portanschluss 4 des zentralen Gateways 3 angeschlossen. Das zweite Steuergerät 11 ist mit seinem Port 15 über eine Busleitung 16 an den Portanschluss 5 angeschlossen. Das dritte Steuergerät 12 ist wiederum mit seinem Port 17 über eine Busleitung 18 an den Portanschluss 7 des zentralen Gateways 3 kommunikationstechnisch angebunden.
Das erste Steuergerät 10 kann beispielsweise ein zentrales Steuergerät (Head Unit) des Fahrzeugs 1 sein. Das zweite Steuergerät 11 ist beispielsweise ein Kamera-Steuergerät. Das dritte Steuergerät 12 kann beispielsweise ein Airbag-Steuergerät oder aber ein Fahrerassistenz-Steuergerät sein, welches beispielsweise Radardaten bzw. Objektdaten eines Radarsensors verarbeitet.
Auch die Steuergeräte 10, 11, 12 ihrerseits weisen Portanschlüsse auf, an welche Funktionskomponenten des Fahrzeugs 1 angeschlossen sind. Und zwar weist das erste Steuergerät 10 drei solche Portanschlüsse 19, 20, 21 auf. Diese Portanschlüsse 19, 20, 21 sind physikalische LAN-Ports. An diese Portanschlüsse 19, 20, 21 ist jeweils eine Funktionskomponente 22 über ihren zugeordneten Port 23 sowie über eine Busleitung 24 angeschlossen. Die Funktionskomponenten 22 können beispielsweise folgende Funktionseinrichtungen des Fahrzeugs 1 umfassen: ein Infotainment-System, ein Antennenmodul, ein Kombiinstrument und dergleichen.
Entsprechend weist auch das zweite Steuergerät 11 mehrere Portanschlüsse 25, 26, 27, 28 auf, an welche jeweilige Funktionskomponenten 29 des Fahrzeugs 1 über jeweilige Ports 30 und jeweilige Busleitungen 31 angeschlossen sind. Bei den Funktionskomponenten 29 kann es sich beispielsweise um Kameras handeln, welche mittels des Steuergeräts 11 angesteuert werden.
In entsprechender Weise kann auch das dritte Steuergerät 12 einen Portanschluss 32 aufweisen, an welchen eine Funktionskomponente 33 über ihren Port 34 und eine zugeordnete Busleitung 35 kommunikationstechnisch angeschlossen ist. Die Funktionskomponente 33 kann beispielsweise ein Airbag-Sensor und/oder ein Airbag-Aktor oder aber ein Steuergerät mit einem Radarsensor zur Erfassung und Vorverarbeitung von Radardaten sein.
Das zentrale Gateway 3 sowie die Steuergeräte 10, 11, 12 stellen Verteilereinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung dar und haben somit jeweils die Funktion eines Switches. Bezüglich des zentralen Gateways 3 stellen die Steuergeräte 10, 11, 12 auch Busteilnehmer dar, welche an das zentrale Gateway 3 unmittelbar angeschlossen sind. Als Busteilnehmer ist hier zusätzlich auch eine Funktionskomponente 36 vorgesehen, die über ihren Port 37 unmittelbar an den Portanschluss 6 des zentralen Gateways 3 angeschlossen ist. Die Funktionskomponente 36 kann beispielsweise eine Frontkamera sein.
Auch die Steuergeräte 10, 11, 12 stellen ihrerseits Verteilereinrichtungen dar, an welche die jeweiligen Funktionskomponenten 22, 29, 33 angeschlossen sind. Hier stellen die Funktionskomponenten 22, 29, 33 Busteilnehmer dar, welche an das Bussystem 2 über die jeweilige Verteilereinrichtung 10, 11, 12 angebunden sind.
Die Verteilereinrichtungen, d.h. das zentrale Gateway 3 sowie die Steuergeräte 10, 11, 12, werden nun durch eine entsprechende Software dazu befähigt, zu jedem Portanschluss 4, 5, 6, 7, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28, 32 im Betrieb des Bussystems 2 und somit im Betrieb des Fahrzeugs eine Diagnose durchzuführen. Diese Diagnose wird grundsätzlich unabhängig von der jeweiligen Anwendung bzw. unabhängig von der jeweiligen Applikation durchgeführt und erfolgt somit im Hintergrund. Zu jedem Portanschluss 4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28 und 32 wird durch die jeweilige Verteilereinrichtung somit eine Diagnose vorgenommen, bei welcher zumindest eine der folgenden Funktionalitäten bereitgestellt werden kann:

– Die Portanschlüsse 4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28 und 32 und/oder die jeweiligen Busleitungen 14, 16, 18, 24, 31, 35 können auf einen physikalischen Fehler hin überprüft werden, insbesondere auf einen elektrischen Kurzschluss und/oder einen elektrischen Leerlauf;
– das zentrale Gateway 3 und die Steuergeräte 10, 11, 12 können zu jedem Portanschluss 4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28 und 32 jeweils die Anzahl von verworfenen Datenpaketen bestimmen;
– zu jedem Portanschluss 4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28 und 32 kann auch jeweils die Signalqualität eines physikalischen Signals bestimmt werden, insbesondere der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms – abhängig von dieser Signalqualität kann dann eine Bitfehlerrate bestimmt werden und/oder es kann abhängig von der Signalqualität auf den technischen Zustand des jeweiligen Portanschlusses 4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28 und 32 und/oder der jeweiligen Busleitung 14, 16, 18, 24, 31, 35 zurückgeschlossen werden;
– anhand der übertragenen Daten kann jeweils auch eine momentane Buslast an dem jeweiligen Portanschluss 4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28 und 32 bestimmt werden – abhängig von dieser Buslast können Applikationsfehler der jeweiligen Busteilnehmer detektiert und gegebenenfalls so genannte „Babbling Idiots“ identifiziert und abgetrennt bzw. abgeschaltet werden.

Die jeweilige Verteilereinrichtung 3, 10, 11, 12 stellt bei der Diagnose Diagnosedaten bereit und übermittelt diese an die zentrale Auswerteeinrichtung 9, in welcher die Diagnosedaten aller Busteilnehmer zentral ausgewertet und gespeichert werden. Auf diese Diagnosedaten kann dann bedarfsgerecht über die Schnittstelle 8 zugegriffen werden.
Anhand der Diagnosedaten kann auch ein langfristiges Monitoring bzw. eine Überwachung des Bussystems über eine längere Zeitdauer vorgenommen werden. Abschaltszenarien und Fehlerkorrekturen können auf dieser Basis ergriffen werden. Beispielsweise können damit die fehlerhaften Funktionskomponenten bzw. Busteilnehmer abgeschaltet und somit der restlicher Vernetzungssektor geschützt werden. Anhand der Überwachung der genannten Signalqualität und/oder der Anzahl von verworfenen Datenpaketen ist es außerdem möglich, fehlerhafte Komponenten bereits im Voraus zu detektieren und gegebenenfalls entsprechende Warnmeldungen frühzeitig auszugeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/095511 A1 [0004, 0008]

Claims

Fahrzeug (1) mit einem Bussystem (2), welches als Ethernet-Bussystem ausgebildet ist und zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) mit einer Vielzahl von Portanschlüssen (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) aufweist, an welche jeweils ein Busteilnehmer (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) angeschlossen ist, welcher über den zugeordneten Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) im Betrieb des Bussystems (2) Daten an die Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) übermittelt und/oder von der Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, im Betrieb des Bussystems (2) eine Diagnose bezüglich zumindest eines der Portanschlüsse (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) durchzuführen und hierbei Diagnosedaten bezüglich des zumindest einen Portanschlusses (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) bereitzustellen.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, der Diagnose: – den zumindest einen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) und/oder – den an den zumindest einen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) angeschlossenen Busteilnehmer (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) und/oder – eine diesen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) mit dem Busteilnehmer (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) koppelnde elektrische Busleitung (14, 16, 18, 24, 31, 35) zu unterziehen.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (2) zumindest ein Steuergerät (10, 11, 12) des Fahrzeugs (1) als Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) umfasst, an dessen Portanschlüsse (19 bis 21, 25 bis 28, 32) Funktionskomponenten (22, 29, 33) des Fahrzeugs (1) als Busteilnehmer (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) angeschlossen sind.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (2) ein zentrales Gateway (3) als Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) umfasst, an dessen Portanschlüsse (4 bis 7) Steuergeräte (10, 11, 12) des Fahrzeugs (1) als Busteilnehmer (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) angeschlossen sind.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (2) eine zentrale Auswerteeinrichtung (9) zur Speicherung und Auswertung der Diagnosedaten aufweist und die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, die bereitgestellten Diagnosedaten an die zentrale Auswerteeinrichtung (9) zu übermitteln.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Auswerteeinrichtung (9) in das zentrale Gateway (3) integriert ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Auswerteeinrichtung (9) eine Schnittstelle (8), insbesondere eine Ethernet-Schnittstelle, aufweist, über welche die Diagnosedaten und/oder daraus gewonnene Informationen durch ein externes Diagnosegerät auslesbar sind.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Durchführung der Diagnose den zumindest einen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) und/oder eine an diesen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) angeschlossene Busleitung (14, 16, 18, 24, 31, 35) auf einen physikalischen Fehler, insbesondere auf einen elektrischen Kurzschluss und/oder einen elektrischen Leerlauf, hin zu überprüfen.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Durchführung der Diagnose eine Anzahl von verworfenen Datenpaketen zu bestimmen und als Diagnosedaten Daten bereitzustellen, welche eine Information über die Anzahl der verworfenen Datenpakete umfassen.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, im Rahmen der Durchführung der Diagnose eine Signalqualität und/oder einen mittleren quadratischen Fehler eines physikalischen Signals an dem zumindest einen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) zu bestimmen.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist: – abhängig von der Signalqualität eine Bitfehlerrate zu bestimmen und als Diagnosedaten Daten bereitzustellen, welche eine Information über die Bitfehlerrate umfassen, und/oder – als Diagnosedaten Daten bereitzustellen, welche eine Information über einen mittleren quadratischen Fehler des physikalischen Signals und/oder über die Signalqualität umfassen.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, abhängig von der Signalqualität einen technischen Zustand des Portanschlusses (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) und/oder einer an den Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) angeschlossenen Busleitung (14, 16, 18, 24, 31, 35) zu bestimmen.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, die Diagnose anhand der im Betrieb empfangenen Daten durchzuführen.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) dazu ausgelegt ist, eine momentane Buslast an dem zumindest einen Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) zu bestimmen und abhängig von der momentanen Buslast auf einen Betriebsfehler des an den Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) angeschlossenen Busteilnehmers (10, 11, 12, 22, 29, 33, 36) zurück zu schließen.
Verfahren zum Betreiben eines Ethernet-Bussystems (2) in einem Fahrzeug (1), bei welchem zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) mit einer Vielzahl von Busteilnehmern kommuniziert, welche an jeweilige Portanschlüsse (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) der Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) angeschlossen sind und über den jeweils zugeordneten Portanschluss (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) im Betrieb des Bussystems (2) Daten an die Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) übermitteln und/oder von der Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zumindest eine Verteilereinrichtung (3, 10, 11, 12) im Betrieb des Bussystems (2) eine Diagnose bezüglich zumindest eines der Portanschlüsse (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) durchgeführt und hierbei Diagnosedaten bezüglich des zumindest einen Portanschlusses (4 bis 7, 19 bis 21, 25 bis 28, 32) bereitgestellt werden.