用于在机动车的控制器之间传输消息的方法以及交换装置和机动车与流程

本发明涉及一种用于在机动车的各控制器之间传输消息的方法。该消息作为数据包通过数据网络传输，在数据网络中，至少一个交换装置(交换机)继续传递或分配该消息。本发明也包括所述的交换装置以及具有数据网络的机动车。

背景技术：

在机动车中，通常在时间性能方面对数据网络提出要求，以针对例如与安全相关的驾驶员辅助系统的确定的消息限制最大传输持续时间。对此已知数据总线、例如flexray或ttethernet或ttp形式的时间控制方案。其基于在所有参与的控制器中必须实施的、时间控制的发送计划或工作计划。但是，其结果是，整个数据网络基于全局的静态的工作计划(时间表)，如果要加装新的控制器，需要为所有控制器调整该工作计划。

从专利文献de10309164a1中已知一种用于在所谓的切换式的网络(交换网络)中提供工作计划的方法。与其它的数据电报分开地传输应实时传输的数据电报。但是这意味着，在传输其它数据电报期间实时数据电报必须等待。

从专利文献de102011076357a1中已知一种用于飞机的数据网络，在该数据网络中，数据设有优先级，以由此优先继续传递特别重要的数据。但是，这不能防止，具有多个不重要的数据包的控制器还是会在网络中阻碍数据交通/数据传输。

从专利文献de102007061986a1中已知一种方法，以在时间控制的总线系统中、例如flexray总线中也能提供基于数据包的数据交通。

从专利文献wo2010/136023a1中已知一种用于优化基于数据包的数据传输的方法。在此，数据包设有优先级，以能够按照数据包重要性的顺序在局域的ethernet网中传输数据包。具有高优先级的数据包可通过自身的等候队列来传导。

技术实现要素：

本发明提出的目的是，在机动车的数据网络中，能将待传输的消息中的至少一些消息的最大延迟或等待时间限制在预设的最大值上。

该目的通过独立权利要求的主题实现。通过从属权利要求、以下的描述以及附图描述本发明的有利的改进方案。

本发明提出一种方法，借助于该方法可在机动车的各控制器之间传输信息或消息。为此，使用交换机，该交换机以下被称为交换装置。这种交换装置的另一名称也称为数据转接设备或数据桥。在本发明中，消息理解成数据包，该数据包包含或具有目标地址说明和优先级说明。交换装置将数据网络的各网络分支相连接，其中，在每个网络分支上可分别联接或者一个控制器或者一个另外的交换装置。网络分支可例如通过网络线缆或无线电路径形成。尤其是，为每个网络分支设置最多仅一个控制器或一个另外的交换装置。控制器的消息通过相应的网络分支抵达交换装置的相应的输入端口。

交换装置可在抵达的消息中识别出，应向何处继续传输该消息(通过目标地址给出)以及(在相应标记的帧中)消息有多重要，也就是说，消息具有怎样的优先级。现在，本发明不是开始于根据消息的优先级继续传输消息的地方，而是在输入端口处在接收每个消息期间便已开始。通过交换装置，在每个输入端口上，分别对于优先级中的一个或者但也对于优先级中的一些或所有，分别在每个预设的单位时间内分别最多接收如此多的消息，使得这些消息总体相应于每个单位时间预设的最大数据量。即，对于每个优先级，每个单位时间最多接受最大数据量。即，在该单位时间内抵达的并且超过了最大数据量的其它消息被拒绝。于是，仅仅将被接收的消息分别根据其目标地址分配给输出端口。然后，在每个输出端口上，相应于其优先级发送被分配的消息。

通过本发明，得到的优点是，不再通过交换装置将任意多的消息从一个网络分支继续传输到其它网络分支中。具有预设优先级的消息可在发送控制器的网络分支之外在交换装置另一侧在其它网络分支中仅产生与每个单位时间中预设的最高数据量所规定或允许的同样多的数据交通。即，如果发送控制器发送了具有较低优先级的消息，则其对在数据网络中的其它网络分支中的数据通信仅具有有限的影响。由此，不会由于不同优先级的消息导致交换机或交换装置的输出端口“堵塞”或过载。这保证了时间性能(例如等待时间)。

本发明也包括可选的附加的特征，通过这些特征得到附加的优点。

因此，通过将数据量最高或最大限制到最大数据量上，限制了数据率/数据速率，其以具有相应优先级的消息的形式经由输入端口接收或者为继续传输而被接受。然而，在计算数据率时可能会有如下问题：短时间地在单位时间内超过最高数据率而仅在全部单位时间上求平均值，于是仍又仅得到允许的最高数据率。但是，对于在单位时间内超过最高数据率的时间段，毫无疑问会阻断其它消息。为了避免这种情况，可规定，在每个输入端口上针对优先级分别确定消息数量，并且限制每单位时间消息的数量。即，交换装置也计数：接收了多少受监控的优先级的消息。如果达到了最大消息数量，则在该单位时间上不再接受该优先级的其它消息。由此即不会出现暂时超过允许的平均值。

为继续传输而被接收的消息以所描述的方式被传导到相应的输出端口。于是，在相应的输出端口上，所分配的消息优选地按照其优先级的顺序发送。由此，同样根据优先级从交换装置开始继续传输消息。即，根据优先级确定消息的发送顺序。由此，同样通过优先级控制交换装置的发送行为。

可以解析的方式根据期望的或预给定的传输等待时间确定最大数据量的值。为此，仅仅需要离线计算，但是离线计算意味着比完全在工作中计算更简单。因此，根据传输延迟或传输等待时间的最大值确定为至少一个优先级确定的最大数据量。这在机动车中是可行的，因为由机动车中的控制器产生的消息是所谓的静态消息，也就是说，由于机动车的结构而事先已知，哪个控制器在怎样的情况中产生了多少哪种消息类型的消息。现在，可针对每个控制器假设在数量和发送时刻方面的最差情况，并且随后从最高(最重要的)优先级出发来确定，之后要传输多少消息，并且确定，针对这些消息会出现怎样的传输延迟。

由此，当由结构决定地预给定了能在一个单位时间中被交换装置传输的总数据量时，针对较低的优先级分别逐级地得到用于其最大数据量的最大允许的值(最大值)。即，在该计算中，对于一个消息来说，低优先级的消息并不重要，而是尤其是所有(来自相同输入端和其它网络分支的)相同或更高优先级的消息的影响重要。

为了避免通过控制器操纵优先级，优选地在消息中通过密码加密的优先级数据来说明相应的优先级。随后，通过控制装置借助于密钥将优先级数据解密。即，换句话说，发送控制器自身登记其优先级，但是这必须借助于密码加密的优先级数据来进行，仅仅当交换装置的密钥与密码加密的优先级数据匹配时，该密码加密的优先级数据才被交换装置接受。由此可避免，控制器自己为其消息谋取更高的优先级。因此，优先级数据不能被交换装置解密的消息被摒弃。对此附加地或备选地，交换装置可在内部具有优选地密码保护的配置方案，其应不能从外部操纵。如果具有不适合的配置方案的消息到达交换机处(即与交换机内部的配置方案不一致)，交换机可摒弃该消息并由此将网络“保持干净”。

为了防止，多个消息同时在一个网络分支中被发送并且因此被推迟，可规定，控制器在发送消息时也彼此协调。为此，控制器中的至少两个彼此进行控制器的相应的计时器的时间同步。例如，这种计时器可为时钟或计数器。随后，同步的控制器彼此时间上错开地发送消息。控制器的发送行为因此是交叉或交错的，从而两个控制器的消息无冲突地交替地或者至少单独地抵达交换装置。尤其是，如果两个控制器中的至少一个控制器的消息显现出或输送音频信号或一般地说宽带信号，这是有利的。在本发明中，宽带信号理解成如下信号，即，其带宽或数据率大于(一般地说)数据网络的——尤其是控制器的网络分支的——净数据率的10％、尤其是大于30％或40％。宽带信号的另一示例是雷达信号。

即，例如两个控制器的两个视频流可由于两个控制器的消息的交替发送而通过数据网络和/或交换装置彼此交错地传输。

通过如下限制在控制器之间通过交换装置的消息传输，即，由交换装置忽略或摒弃过多的消息(超过单位时间的最大数据量)并且交换装置在输出端口上在具有较低优先级的消息之前发送具有更高优先级的消息，不需要全局时刻表或工作计划(控制器必须通过该全局时刻表或工作计划暗中协调)。即，由此，控制器优选地与全局发送计划或工作计划(其对于整个机动车或其控制器来说是必要的，以便为每个控制器确定发送时刻)无关地发送其消息。即，不需要事先协调控制器。由此，也可再安装控制器，而不需要匹配其它控制器的发送行为。

本发明也规定一种用于机动车的所描述的交换装置。因此，根据本发明的交换装置具有用于联接数据网络的网络分支的联接端口。即，这种联接端口可设计用于与网络分支的网络线缆电性地和机械地连接。这种联接端口中的至少一些被设定用于作为接收端口工作并且联接端口中的至少一些被设定用于作为发送端口或输出端口工作。这可通过为相应的联接端口设置相应的接收电路和/或发送电路而以已知的方式实现。在根据本发明的交换装置中，此外提供处理器装置，处理器装置被设定成，实施根据本发明的方法的实施方式。为此，处理器装置可具有至少一个微处理器和/或至少一个微控制器。此外，处理器装置可具有程序码，该程序码被设定成，在通过处理器装置执行该程序码时实施根据本发明的方法的实施方式。程序码可储存在处理器装置的数据存储器中。

同样通过本发明提供的机动车具有数据网络，在数据网络中控制器通过根据本发明的交换装置交换消息。因此，根据本发明的机动车具有一个交换装置或多个交换装置，控制器可分别通过交换装置耦联以交换信息。在此，该至少一个交换装置是根据本发明的交换装置的实施方式。对此附加地或备选地可规定，控制器被设定成，同步地在时间上彼此错开地发送其消息，以由此避免消息发送时刻冲突。总地来说，由此在根据本发明的机动车中保证，控制器可与全局发送计划或工作计划无关地发送其消息。

根据本发明的机动车优选地设计成汽车，尤其是轿车或载重货车。

附图说明

下文描述本发明的实施例。为此，唯一的附图(fig.)示出了根据本发明的机动车的实施方式的示意图。

具体实施方式

下文解释的实施例为本发明的优选的实施方式。在该实施例中，所描述的实施方式的部件分别表示单个的、被视为彼此独立的发明特征，这些发明特征也可分别彼此独立地改进本发明并且由此也可单独地或者以与所示出的组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，也可通过已经描述过的发明特征中的其它特征补充所描述的实施方式。

附图示出了机动车10，机动车例如为汽车、尤其是乘用车或载重货车。在机动车10中，各控制器11可通过数据网络12相互耦联。数据网络12尤其是可为ethernet网络。数据网络12可具有多个网络分支13，其中每个网络分支例如可通过网络线缆形成。此外，网络分支13可通过交换装置14连接或联络成数据网络12。放大地示出了交换装置14，以说明交换装置14的结构。交换装置14可以以已知的方式具有联接端口p1、p2、p3、…、pn(n为联接端口的总数)。在此，每个联接端口可同时作为接收端口ingress(入口)和输出端口egress(出口)工作。出于这一原因，在图中两次地示出了联接端口p1、p2、p3、…、pn：即，联接端口p1具有接收部分p1i和输出部分或发送部分p1o。为其它联接端口p2、p3、…、pn示出了相应的情况。每个接收部分为输入端口p1i、p2i、p3i、…、pni，每个发送部分为输出端口p1o、p2o、p3o、…、pno。

控制器11中的每一个都可通过一个网络分支13联接到联接端口p1、p2、…、pn上。在图中示例性地示出：控制器ecu1如何联接到联接端口p1上，控制器ecu2如何联接到联接端口p2上，并且控制器ecun如何联接到联接端口pn上。

示例性地，另一交换装置14可联接到至少一个联接端口(在此例如p3)上。联接端口p1、p2、p3、…、pn可以以已知的方式通过交换装置14的交换矩阵或切换矩阵15耦联。

通过交换装置14，可分别从各控制器11和/或从至少另一联接的交换装置14中接收消息16。每个消息16可包含可用数据17和对目标地址18以及优先级19的说明。

通过交换装置14保证时间上的确定性(determinismus)，从而根据消息16的相应的优先级19限制或决定消息的最大时间延迟。在控制器11不必根据预定的整车工作计划在数据网络12中交换其消息16的情况下，也保证控制器11的彼此间通信关系的确定性。

由此，通过更换或取出控制器11或者添加新的控制器11且此时在用于至少具有最高优先级19的消息16的时间延迟方面不会丧失确定性，在数据通信中得到灵活性。

为此，交换装置14给出如下可能性，即，通过在消息16中的优先级19的说明来设计例如在ethernet网络中的数据交通。为不同消息类型的消息16选择优先级19与为给定优先级19的抵达的数据16限制数据率相组合，整体实现了保证时间确定性。

为此，在输入端口p1i、p2i、p3i、…、pni(ingress端口)上，通过用于每个优先级19的数据率来限制到达的消息16。在输出端口p1o、p2o、p3o、…、pno(egress端口)上，根据优先级19按照消息的优先级顺序发送由交换装置14接收到或继续传输的消息16。

由此即必须由控制器16相应于消息的通信要求仅通过优先级19说明来设定消息16的优先级。所有交换机14都可配置成，使得交换机不允许所到达的通信比所决定的多。换句话说，在每个输入端口或ingress端口上，通过相应的交换装置14仅接受每个单位时间每个优先级的最大数据量。即，通过对于每个输入端口和优先级例如决定每个时间窗最大允许的数据量或每个时间窗最大允许的消息数量，从而在输入端口上限制到达的消息16的数据率。随后，在输出端口或egress端口上相应于消息的优先级发送所接受或接收的消息。

如果在机动车10中静态地确定了所有消息，即，已知待传输的消息的数量的最差情况，则可通过将在输入端口处限制最大数据量与在输出端口处为每个消息16设定优先级相结合，计算出在交换装置14中的最大延迟。在考虑网络分支13在数据网络12中的拓扑或连接结构的情况下，这一点以此为基于针对两个控制器11的所有连接路线或通信连接来确定并因此预测或保证。

在此，控制器的时间同步不是一定必需的，但是这可附加地减小确保的传输等待时间。这可通过避免由于同时发送两个消息而引起的冲突来实现，其方式为：使同步的控制器11时间上彼此错开地发送其消息16。每个控制器11可以以任意的数量发送至少优先级最低的消息，而不会阻塞较高优先级的消息。

总地来说，该示例表明，通过本发明在机动车的数据网络中可如何通过优先级保证时间确定性。