DE102022212629A1

DE102022212629A1 - Data processing device and processing system on board a vehicle

Info

Publication number: DE102022212629A1
Application number: DE102022212629.7A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Alsharif; Shruthi Reddy Morsu; Istvan Hegedüs-Bite; Hubert Bichelmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Eine Datenverarbeitungsvorrichtung (110) zur Verwendung an Bord eines Fahrzeugs (105) umfasst eine Verarbeitungseinrichtung (165); eine erste Datenschnittstelle (180), die zur Verbindung mit einem optischen Übertragungsmedium (140) eingerichtet ist; eine zweite Datenschnittstelle (185), die zur Verbindung mit einem elektrischen Übertragungsleiter (140) an Bord des Fahrzeugs (105) eingerichtet ist; eine Einrichtung (155) zur Entnahme eines elektrischen Stroms zum Betrieb der Datenverarbeitungsvorrichtung (110) aus dem Übertragungsleiter (140); und einen Umsetzer (170) für Daten zwischen der ersten Datenschnittstelle (180) und der zweiten Datenschnittstelle (185).

A data processing device (110) for use on board a vehicle (105) comprises a processing device (165); a first data interface (180) which is designed to be connected to an optical transmission medium (140); a second data interface (185) which is designed to be connected to an electrical transmission conductor (140) on board the vehicle (105); a device (155) for drawing an electrical current for operating the data processing device (110) from the transmission conductor (140); and a converter (170) for data between the first data interface (180) and the second data interface (185).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenverarbeitung an Bord eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Datenverarbeitungsvorrichtung und Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs.The present invention relates to data processing on board a vehicle. In particular, the invention relates to a data processing device and processing system on board a vehicle.

Ein Fahrzeug umfasst eine Vielzahl Steuervorrichtungen, die jeweils eines oder mehrere Systeme oder Subsysteme an Bord des Fahrzeugs steuern. Beispielhafte solche Systeme können eine Sitzverstellung oder eine elektrische Lenkung umfassen. Die Steuervorrichtungen sind miteinander kommunikativ vernetzt, um Anforderungen oder Ergebnisse miteinander auszutauschen. Dazu wird üblicherweise ein drahtgebundener serieller Bus verwendet, insbesondere ein CAN-Bus oder ein LIN-Bus. Zur Versorgung der Steuervorrichtungen mit elektrischer Energie ist ein separates Bordnetz vorgesehen.A vehicle comprises a plurality of control devices, each of which controls one or more systems or subsystems on board the vehicle. Examples of such systems may include seat adjustment or electric steering. The control devices are communicatively networked with one another in order to exchange requests or results with one another. A wired serial bus is usually used for this purpose, in particular a CAN bus or a LIN bus. A separate on-board network is provided to supply the control devices with electrical energy.

Es wurde vorgeschlagen, das Bordnetz mit dem Datenbus zu kombinieren, indem eine Datenübertragung durch Modulation einer Spannung oder eines Stroms erfolgt, mit dem eine Steuervorrichtung mit Energie versorgt wird. Dadurch kann ein separater Datenbus entfallen, wodurch ein Kabelbaum im Fahrzeug signifikant vereinfacht werden kann. Außerdem können dedizierte Datenleitungen eingespart werden, sodass der Kabelbaum leichter ausgeführt sein kann. Eine Steckverbindung zwischen dem Kabelbaum und der Steuervorrichtung kann mit nur zwei Kontakten sowohl eine Stromverbindung als auch eine Datenverbindung herstellen.It has been proposed to combine the on-board network with the data bus, whereby data transmission takes place by modulating a voltage or current that supplies a control device with energy. This eliminates the need for a separate data bus, which can significantly simplify a wiring harness in the vehicle. In addition, dedicated data lines can be saved, so that the wiring harness can be made lighter. A plug connection between the wiring harness and the control device can establish both a power connection and a data connection with just two contacts.

Eine solche Technik ist unter der Bezeichnung PLC (Power Line Communication) bekannt. Allerdings eignet sie sich nicht gut für eine schnelle Übertragung von Daten, eine große Anzahl Teilnehmer oder ein Echtzeitprotokoll, da eine nutzbare Bandbreite der Energieleitung begrenzt ist.Such a technology is known as PLC (Power Line Communication). However, it is not well suited for fast data transmission, a large number of participants or a real-time protocol, as the usable bandwidth of the power line is limited.

Ein anderer Vorschlag sieht vor, Faseroptik im Fahrzeug zu verwenden, um eine sehr schnelle Datenübertragung zu ermöglichen. Beispielsweise können Sensorwerte einer hochauflösenden Kamera mit einer hohen Abtastrate gut über eine Faserstrecke übertragen werden. Nachteilig an Faseroptik sind die Empfindlichkeit des Übertragungsmediums gegenüber mechanischer Beanspruchung, die während einer Montage oder im Betrieb des Fahrzeugs auftreten kann, oder die Gefahr von Funktionsstörungen durch Feuchtigkeit oder Verschmutzung.Another proposal is to use fiber optics in the vehicle to enable very fast data transmission. For example, sensor values from a high-resolution camera with a high sampling rate can be easily transmitted over a fiber link. The disadvantages of fiber optics are the sensitivity of the transmission medium to mechanical stress that can occur during assembly or operation of the vehicle, or the risk of malfunctions due to moisture or contamination.

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Datenübertragung an Bord eines Fahrzeugs. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.One object underlying the present invention is to provide an improved technology for data transmission on board a vehicle. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung an Bord eines Fahrzeugs eine Verarbeitungseinrichtung; eine erste Datenschnittstelle, die zur Verbindung mit einem optischen Übertragungsmedium eingerichtet ist; eine zweite Datenschnittstelle, die zur Verbindung mit einem elektrischen Übertragungsleiter an Bord des Fahrzeugs eingerichtet ist; eine Einrichtung zur Entnahme eines elektrischen Stroms zum Betrieb der Datenverarbeitungsvorrichtung aus dem Übertragungsleiter; und einen Umsetzer für Daten zwischen der ersten Datenschnittstelle und der zweiten Datenschnittstelle.According to a first aspect of the present invention, a data processing device for use on board a vehicle comprises a processing device; a first data interface arranged for connection to an optical transmission medium; a second data interface arranged for connection to an electrical transmission conductor on board the vehicle; a device for drawing an electrical current for operating the data processing device from the transmission conductor; and a converter for data between the first data interface and the second data interface.

Die Stromversorgung der Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgt somit bevorzugt über PLC. Zur Kommunikation mit anderen Steuervorrichtungen an Bord des Fahrzeugs kann jeweils dediziert die erste oder die zweite Schnittstelle verwendet werden. Beispielsweise können Steuervorrichtungen für weniger wichtige oder weniger sichere Funktionen oder Steuervorrichtungen, die nur eine geringe Bandbreite erfordern, über die zweite Schnittstelle mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden sein. Beispielhafte Steuergeräte dieser Art können beispielsweise eine Innenbeleuchtung oder eine elektrische Lenkhilfe betreffen.The power supply of the data processing device is therefore preferably via PLC. The first or the second interface can be used specifically for communication with other control devices on board the vehicle. For example, control devices for less important or less safe functions or control devices that only require a small bandwidth can be connected to the data processing device via the second interface. Example control devices of this type can relate to interior lighting or an electric power steering system, for example.

Eine Steuervorrichtung, die eine hohe Bandbreite erfordert, deren Daten nur einer geringe Latenzzeit ausgesetzt sein sollen oder die eine sicherheitskritische Aufgabe an Bord des Fahrzeugs erfüllt, kann hingegen mittels der ersten Schnittstelle mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden sein. Eine solche Steuervorrichtung kann insbesondere einen Sensor zur Abtastung eines Umfelds oder eines Innenraums des Fahrzeugs umfassen, etwa eine Kamera, einen Radarsensor oder einen LiDAR-Sensor.A control device that requires a high bandwidth, whose data should only be exposed to a low latency or that performs a safety-critical task on board the vehicle can, however, be connected to the data processing device via the first interface. Such a control device can in particular comprise a sensor for scanning an environment or an interior of the vehicle, such as a camera, a radar sensor or a LiDAR sensor.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann sich vorteilhaft in eine Infrastruktur eines Fahrzeugs einfügen, welche die Vorteile verschiedener Daten- bzw. Energieverteilungssysteme ausnutzt.The data processing device can advantageously be integrated into a vehicle infrastructure that exploits the advantages of various data or energy distribution systems.

In einer Ausführungsform sind mehrere erste Datenschnittstellen an der Verarbeitungseinrichtung vorgesehen. Eine erste Datenschnittstelle kann eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Teilnehmern oder einen Bus mit zwei oder mehr Teilnehmern und einem gemeinsamen Übertragungsmedium umfassen. Ein optisches Medium kann einen Lichtwellenleiter umfassen, insbesondere eine Faseroptik. Die Faser kann als Monomode-Faser oder als Multimode-Faser ausgeführt sein. Die Multimode-Faser ist bevorzugt in Form einer Gradientenfaser oder einer Stufenindex-Faser realisiert. Ein Ende einer optischen Faser kann fest oder mittels einer Steckverbindung an der Datenverarbeitungsvorrichtung oder einem anderen Gerät angebracht sein. Die Steckverbindung kann mechanisch so konstruiert sein, dass die Faser abgedeckt und so gegen Verschmutzung geschützt ist, wenn die Steckverbindung getrennt ist.In one embodiment, a plurality of first data interfaces are provided on the processing device. A first data interface can comprise a point-to-point connection between two participants or a bus with two or more participants and a common transmission medium. An optical medium can comprise an optical waveguide, in particular a fiber optic. The fiber can be designed as a monomode fiber or as a multimode fiber. The multimode fiber is preferably in the form of a gradient fiber or a step-index fiber. One end of an optical fiber can be attached to the data processing device or other device either permanently or by means of a connector. The connector can be mechanically designed so that the fiber is covered and thus protected against contamination when the connector is disconnected.

In einer ersten Variante ist der Umsetzer mittels eines optischen Übertragungsmediums mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden. Das Übertragungsmedium kann exklusiv für diese Übertragung vorgesehen sein und sich nur innerhalb der Datenverarbeitungsvorrichtung erstrecken. Dazu kann ein Ende des Übertragungsmediums mittels einer dedizierten ersten Datenschnittstelle mit der Verarbeitungseinrichtung und das andere mit dem Umsetzer beziehungsweise einer entsprechenden Datenschnittstelle des Umsetzers verbunden sein.In a first variant, the converter is connected to the processing device by means of an optical transmission medium. The transmission medium can be provided exclusively for this transmission and can only extend within the data processing device. For this purpose, one end of the transmission medium can be connected to the processing device by means of a dedicated first data interface and the other to the converter or a corresponding data interface of the converter.

In einer Ausführungsform umfasst das optische Medium zwischen der Verarbeitungseinrichtung und dem Umsetzer optische Faser; in einer anderen Ausführungsform kann auch eine Übertragung durch Luft oder durch eine Flüssigkeit erfolgen, insbesondere wenn eine Übertragungsstrecke kurz ist, beispielsweise kleiner als ca. 3 cm oder kleiner als ca. 1 cm.In one embodiment, the optical medium between the processing device and the converter comprises optical fiber; in another embodiment, transmission can also take place through air or through a liquid, in particular when a transmission path is short, for example less than about 3 cm or less than about 1 cm.

In einer zweiten Variante ist der Umsetzer mittels eines elektrischen Übertragungsmediums mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden. Auch in dieser Variante kann zwischen der Verarbeitungseinrichtung und dem Umsetzer eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung vorliegen.In a second variant, the converter is connected to the processing device by means of an electrical transmission medium. In this variant, too, there can be a point-to-point connection between the processing device and the converter.

Eine Übertragungsgeschwindigkeit zwischen der Verarbeitungseinrichtung und dem Umsetzer beträgt weiter bevorzugt ein Vielfaches einer Übertragungsgeschwindigkeit über die zweite Schnittstelle.A transmission speed between the processing device and the converter is further preferably a multiple of a transmission speed via the second interface.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist weiter bevorzugt als HPC (high performance computing) Plattform ausgeführt. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der ersten und der zweiten Schnittstelle kann besser zwischen Steuervorrichtungen, die dem HPC dienen, und anderen, die einer klassischen Fahrzeugfunktion dienen, unterschieden werden.The data processing device is further preferably designed as an HPC (high performance computing) platform. The different speeds of the first and second interfaces make it easier to distinguish between control devices that serve the HPC and others that serve a classic vehicle function.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs, eine hierin beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung; eine erste Steuervorrichtung, die mit der ersten Schnittstelle verbunden ist; eine zweite Steuervorrichtung, die mit der zweiten Schnittstelle verbunden ist; und eine Einrichtung zur Einspeisung eines elektrischen Stroms in den Übertragungsleiter.According to a second aspect of the present invention, a processing system on board a vehicle comprises a data processing device as described herein; a first control device connected to the first interface; a second control device connected to the second interface; and means for supplying an electrical current to the transmission conductor.

Das Verarbeitungssystem kann unterschiedliche Funktionen an Bord des Fahrzeugs steuern. Dabei können verarbeitungstechnisch oder übertragungstechnisch anspruchsvolle Aufgaben wie eine Erkennung eines Objekts im Umfeld des Fahrzeugs auf der Basis einer bildgebenden Abtastung in Echtzeit, optional einschließlich der Bestimmung eines Fahrmanövers in Abhängigkeit eines erkannten Objekts, bevorzugt unter Verwendung einer ersten Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Eine weniger anspruchsvolle Fahrzeugfunktion wie die Steuerung eines Schließsystems oder eines Navigationssystems können mittels einer zweiten Steuervorrichtung durchgeführt werden.The processing system can control different functions on board the vehicle. In this case, tasks that are demanding in terms of processing or transmission technology, such as detecting an object in the area surrounding the vehicle based on an imaging scan in real time, optionally including determining a driving maneuver depending on a detected object, can be carried out, preferably using a first control device. A less demanding vehicle function, such as controlling a locking system or a navigation system, can be carried out using a second control device.

Insgesamt kann eine Vielzahl Funktionen an Bord des Fahrzeugs mittels des Verarbeitungssystems gesteuert werden. Bevorzugt wird die gesamte Steuerung des Fahrzeugs mittels des Verarbeitungssystems realisiert. Durch die Zentralisierung von Verarbeitungskapazität in der Datenverarbeitungsvorrichtung kann eine Funktion auch nachträglich am Fahrzeug vorgesehen werden.Overall, a large number of functions on board the vehicle can be controlled using the processing system. Preferably, the entire control of the vehicle is implemented using the processing system. By centralizing processing capacity in the data processing device, a function can also be added to the vehicle at a later date.

Auf dem Übertragungsleiter werden Daten bevorzugt in Form von hochfrequenten Signalen übertragen werden. Dabei kann das Verarbeitungssystem einen Frequenzfilter umfassen, der dazu eingerichtet ist, einer Ausbreitung hochfrequenter Signale vom Übertragungsleiter an eine mit ihm verbundene Energiequelle entgegen zu wirken. Der Frequenzfilter kann nach Art eines Tiefpasses ausgeführt sein, beispielsweise unter Verwendung von Widerständen, Kondensatoren und/oder Spulen. In einer Ausführungsform wird ein Doppel-T-Filter zur Filterung hochfrequenter Signalanteile verwendet. Eine Grenzfrequenz kann dabei einige Hz, einige 10 Hz oder einige 100 Hz betragen.Data is preferably transmitted in the form of high-frequency signals on the transmission conductor. The processing system can comprise a frequency filter that is designed to counteract the propagation of high-frequency signals from the transmission conductor to a power source connected to it. The frequency filter can be designed in the manner of a low-pass filter, for example using resistors, capacitors and/or coils. In one embodiment, a double-T filter is used to filter high-frequency signal components. A cutoff frequency can be a few Hz, a few 10 Hz or a few 100 Hz.

Durch das Ausfiltern kann eine mit der Einspeisung verbundene Energiequelle vor hochfrequenten Anteilen geschützt werden. Dies kann besonders bei einem Energiespeicher von Bedeutung sein, der elektrochemische Elemente bei Lithium-Ionen-Zellen verwendet. Das Ausfiltern kann einer Überlastung einer solchen Zelle, die zu ihrer Zerstörung und zur Freisetzung beträchtlicher thermischer Energie führen kann, verhindert werden. Eine Funktions- oder Betriebssicherheit des Fahrzeugs kann verbessert gesichert sein.By filtering out, an energy source connected to the feed-in can be protected from high-frequency components. This can be particularly important for an energy storage system that uses electrochemical elements in lithium-ion cells. Filtering out can prevent such a cell from being overloaded, which can lead to its destruction and the release of considerable thermal energy. The functional or operational safety of the vehicle can be better ensured.

Das Verarbeitungssystem kann einen Trennschalter zur Abkopplung der Energiequelle vom Übertragungsleiter im Fall einer Störung umfassen. Der Trennschalter ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Übertragungsleiter von der Energiequelle abzukoppeln, falls ein durch den Leiter fließender Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Eine solche Funktion ist als allgemeine Sicherung bekannt. Der Trennschalter kann auch in Abhängigkeit eines anderen Zustands ausgelöst werden, der auf eine Fehlfunktion oder die Gefahr eines Geräteschadens im Fall eines fortgesetzten Betriebs eines mit dem Übertragungsleiter verbundenen Geräts hinweist. Optional kann der Trennschalter auch als Funktion einer Steuervorrichtung ausgelöst werden, die mit ihm verbunden ist. So könnte beispielsweise ein Crash-System nach einem erkannten Zusammenstoß des Fahrzeugs mit einem anderen Objekt durch Öffnen des Trennschalters alle mit dem Übertragungsleiter verbundenen Geräte abschalten.The processing system may comprise a disconnect switch for disconnecting the power source from the transmission conductor in the event of a fault. The disconnect switch is preferably configured to disconnect the transmission conductor from the power source if a current flowing through the conductor exceeds a predetermined value. Such a function is known as a general fuse. The circuit breaker may also be triggered in response to another condition indicating a malfunction or risk of equipment damage in the event of continued operation of a device connected to the transmission conductor. Optionally, the circuit breaker may also be triggered as a function of a control device connected to it. For example, a crash system could shut down all devices connected to the transmission conductor by opening the circuit breaker after a detected collision of the vehicle with another object.

Die Verarbeitungseinrichtung ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Fahrzeug zu steuern. Die Steuerung erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von Signalen einer oder mehrerer Steuervorrichtungen, von denen wenigstens eine mittels des optischen Übertragungsmediums mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden ist. Signale einer Steuervorrichtung, die mittels des Übertragungsleiters angebunden ist, können ebenfalls berücksichtigt werden. Eine Ausgabe von Steueranforderungen oder Steuerbefehlen der Datenverarbeitungsvorrichtung kann an eine beliebige Steuervorrichtung erfolgen, die dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des Fahrzeugs zu steuern. Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine Längsbewegung des Fahrzeugs zu steuern, beispielsweise in Form einer Antriebssteuerung oder eines Bremssystems. Die Steuervorrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug in Querrichtung zu steuern, insbesondere in Form eines Lenksystems.The processing device is further preferably designed to control the vehicle. The control preferably takes place as a function of signals from one or more control devices, at least one of which is connected to the data processing device by means of the optical transmission medium. Signals from a control device that is connected by means of the transmission conductor can also be taken into account. Control requests or control commands from the data processing device can be output to any control device that is designed to control a movement of the vehicle. The control device can be designed to control a longitudinal movement of the vehicle, for example in the form of a drive control or a braking system. The control device can also be designed to control the vehicle in the transverse direction, in particular in the form of a steering system.

Das Verarbeitungssystem kann eine erste Steuervorrichtung umfassen, die mit dem Übertragungsleiter verbunden und dazu eingerichtet ist, aus dem Übertragungsleiter einen elektrischen Strom zum Betrieb der zweiten Steuervorrichtung zu entnehmen; wobei die erste Steuervorrichtung ferner mit dem optischen Übertragungsmedium verbunden ist, um Daten über das optische Übertragungsmedium zu übertragen. Die erste Steuervorrichtung kann einen Sensor zur Abtastung eines Umfelds des Fahrzeugs oder eine Einrichtung zur Kommunikation mit einer externen Stelle umfassen.The processing system may comprise a first control device connected to the transmission conductor and configured to draw an electrical current from the transmission conductor for operating the second control device; wherein the first control device is further connected to the optical transmission medium for transmitting data via the optical transmission medium. The first control device may comprise a sensor for sensing an environment of the vehicle or a device for communicating with an external location.

Optional ist die erste Steuervorrichtung zusätzlich dazu eingerichtet, Daten über den Übertragungsleiter zu übertragen oder zu empfangen. Diese Möglichkeit kann für einen Notbetrieb vorgesehen sein, falls eine Kommunikation mittels des optischen Übertragungsmediums gestört oder unterbrochen sein sollte. In einer weiteren Ausführungsform werden über die das optische Medium und den Übertragungsleiter unterschiedliche Daten übertragen. So können out-of-band-Daten übermittelt werden oder eine Flusssteuerung von über eines der Medien übertragenen Daten kann mittels Daten erfolgen, die über das andere Medium übertragen werden.Optionally, the first control device is additionally configured to transmit or receive data via the transmission conductor. This option can be provided for emergency operation if communication via the optical transmission medium is disrupted or interrupted. In a further embodiment, different data is transmitted via the optical medium and the transmission conductor. Out-of-band data can be transmitted or flow control of data transmitted via one of the media can be carried out using data transmitted via the other medium.

Das Verarbeitungssystem kann eine zweite Steuervorrichtung umfassen, die mit dem Übertragungsleiter verbunden und dazu eingerichtet ist, aus dem Übertragungsleiter einen elektrischen Strom zum Betrieb der zweiten Steuervorrichtung zu entnehmen und Daten über den Übertragungsleiter zu übertragen.The processing system may comprise a second control device connected to the transmission conductor and configured to draw an electrical current from the transmission conductor for operating the second control device and to transmit data via the transmission conductor.

Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Verarbeitungssystem. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug umfassen, bevorzugt ein Kraftrad, einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus. Das Kraftfahrzeug kann mittels einer Brennkraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine angetrieben werden.According to yet another aspect of the present invention, a vehicle comprises a processing system described herein. The vehicle can in particular comprise a motor vehicle, preferably a motorcycle, a passenger car, a truck or a bus. The motor vehicle can be driven by means of an internal combustion engine and/or an electric machine.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 ein erstes Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs; und
2 ein zweites Verarbeitungssystem an Bord eines Fahrzeugs;

darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:

1 a first processing system on board a vehicle; and
2 a second processing system on board a vehicle;

represents.

1 zeigt ein erstes beispielhaftes Verarbeitungssystem 100 an Bord eines Fahrzeugs 105. Das Verarbeitungssystem 100 umfasst eine Datenverarbeitungsvorrichtung 110, wenigstens eine erste Steuervorrichtung 115 und wenigstens eine zweite Steuervorrichtung 120 sowie einen Einspeiser 125. 1 shows a first exemplary processing system 100 on board a vehicle 105. The processing system 100 comprises a data processing device 110, at least one first control device 115 and at least one second control device 120 as well as a feeder 125.

Vorliegend sind beispielhaft zwei erste Steuervorrichtungen 115 vorgesehen, die beispielsweise eine Kamera und einen LiDAR-Sensor repräsentieren können. Die dargestellten und drei zweiten Steuervorrichtungen können beispielsweise einer Bremsanlage des Fahrzeugs 105, einem Innenbeleuchtungssystem und einer elektrischen Lenkung zugeordnet sein. Andere Zuordnungen sind ebenfalls möglich und es können unabhängig voneinander beliebig viele erste und zweite Steuervorrichtungen 115, 120 vorgesehen sein.In the present case, two first control devices 115 are provided by way of example, which can represent, for example, a camera and a LiDAR sensor. The illustrated three second control devices can be assigned, for example, to a braking system of the vehicle 105, an interior lighting system and an electric steering system. Other assignments are also possible and any number of first and second control devices 115, 120 can be provided independently of one another.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 100 ist mittels eines ersten Netzwerks 130 mit den ersten Steuervorrichtungen 115 und mittels eines zweiten Netzwerks 135 mit den zweiten Steuervorrichtungen 120 verbunden.The data processing device 100 is connected to the first control devices 115 by means of a first network 130 and to the second control devices 120 by means of a second network 135.

Das erste Netzwerk 130 ist dazu eingerichtet, Daten mit hoher Geschwindigkeit zu transportieren. Dazu wird ein optisches Übertragungsmedium 145 verwendet, das bevorzugt einen Lichtwellenleiter oder eine entsprechende Faseroptik umfasst. Die Faseroptik kann eine Monomode-Faser umfassen, die relativ unempfindlich gegen mechanische Einwirkung wie Biegung sein kann, oder eine Multimode-Faser, die eine höhere Datenübertragungsrate ermöglichen kann. In beiden Fällen kann eine Stufenindex-Faser eingesetzt werden, im Fall der Multimode-Faser alternativ auch eine Gradientenfaser.The first network 130 is designed to transport data at high speed. For this purpose, an optical transmission medium 145 used, which preferably comprises an optical waveguide or a corresponding fiber optic. The fiber optic can comprise a single-mode fiber, which can be relatively insensitive to mechanical influences such as bending, or a multimode fiber, which can enable a higher data transmission rate. In both cases, a step-index fiber can be used, or alternatively a gradient fiber in the case of the multimode fiber.

Das erste Netzwerk 130 kann eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen umfassen, sodass jeder Teilnehmer zur direkten Kommunikation mit anderen Teilnehmern so viele Verbindungen benötigt wie andere Teilnehmer vorgesehen sind. Insgesamt können für n Teilnehmer n * (n-1) / 2 Verbindungen erforderlich sein, um eine direkte Kommunikation zwischen beliebigen Teilnehmern zu erlauben. Alternativ kann auch ein gemeinsames Medium (shared media) vorgesehen sein, an das mehrere Teilnehmer angeschlossen sind. Alle angeschlossenen Teilnehmer können dann mit allen anderen angeschlossenen Teilnehmern direkt kommunizieren, allerdings muss eine zur Verfügung stehende Bandbreite des Mediums unter den Verbindungen aufgeteilt werden. Dazu kann beispielsweise TDMA (time division multiple access) oder FDMA (frequency division multiple access) eingesetzt werden. für eine Übertragung besonders zeitkritischer Informationen kann eine prioritätsbasierte Steuerung eingesetzt werden.The first network 130 can comprise one or more point-to-point connections, so that each participant needs as many connections as there are other participants for direct communication with other participants. In total, n * (n-1) / 2 connections may be required for n participants to allow direct communication between any participants. Alternatively, a common medium (shared media) can be provided to which several participants are connected. All connected participants can then communicate directly with all other connected participants, but an available bandwidth of the medium must be divided between the connections. For example, TDMA (time division multiple access) or FDMA (frequency division multiple access) can be used for this purpose. Priority-based control can be used to transmit particularly time-critical information.

Das zweite Netzwerk 135 ist üblicherweise dazu eingerichtet, Daten mit einer geringeren Geschwindigkeit als das erste Netzwerk 130 zu transportieren. Zur Übertragung wird für alle Teilnehmer ein gemeinsames Medium in Form eines elektrischen Übertragungsleiters 140 eingesetzt, der in beliebiger Topologie, beispielsweise linear, sternförmig, baumartig oder als Mischform, verlegt sein kann. Der elektrische Übertragungsleiter 140 umfasst bevorzugt wenigstens zwei elektrisch voneinander isolierte Leiter, die in Form von Litzen oder Drähten ausgeführt und miteinander zu einem Kabel gebündelt sein können.The second network 135 is usually set up to transport data at a lower speed than the first network 130. For transmission, a common medium in the form of an electrical transmission conductor 140 is used for all participants, which can be laid in any topology, for example linear, star-shaped, tree-shaped or as a mixed form. The electrical transmission conductor 140 preferably comprises at least two conductors that are electrically insulated from one another, which can be designed in the form of strands or wires and can be bundled together to form a cable.

Zwischen zwei Leitern des Übertragungsleiters 140 liegt eine Spannung an, die vom Einspeiser 125 bereitgestellt ist. Der Einspeiser 125 kann die elektrische Energie aus einem Bordnetz beziehen, das beispielsweise aus einer Batterie, einem Generator oder einem Generator gespeist sein kann. In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 105 einen elektrischen Energiespeicher, aus dem ein Antriebsmotor und das Bordnetz mit Energie versorgt werden können.A voltage is present between two conductors of the transmission conductor 140, which is provided by the feeder 125. The feeder 125 can obtain the electrical energy from an on-board network, which can be fed, for example, from a battery, a generator or a generator. In one embodiment, the vehicle 105 comprises an electrical energy storage device, from which a drive motor and the on-board network can be supplied with energy.

Der Einspeiser 125 kann bevorzugt mittels eines Trennschalters 150 vom Übertragungsleiter 140 getrennt werden. Der Trennschalter kann ausgelöst werden, wenn ein auf dem Übertragungsleiter 140 übertragener Strom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt oder eine auf den Leitern des Übertragungsleiters 140 anliegende Spannung einen weiteren vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.The feeder 125 can preferably be disconnected from the transmission conductor 140 by means of a disconnect switch 150. The disconnect switch can be triggered when a current transmitted on the transmission conductor 140 exceeds a predetermined threshold or a voltage present on the conductors of the transmission conductor 140 exceeds another predetermined threshold.

Auf dem Übertragungsleiter 140 können Daten in Form von kontrollierten Schwankungen der Spannung oder des Stroms im Übertragungsleiter 140 übertragen werden. Jede Steuervorrichtung 115, 120 kann Daten senden, indem es eine solche Strom- oder Spannungsschwankung hervorruft, oder Daten empfangen, indem es Strom- oder Spannungsschwankungen im Übertragungsleiter 140 bestimmt und auswertet. Um elektrische Energie aus dem Übertragungsleiter 140 zu übernehmen und Daten ein- und/oder auszukoppeln kann ein Teiler 160 verwendet werden. Bevorzugt wird für die kombinierte Übertragung von Daten und elektrischer Energie eine PLC-Technik eingesetzt, die ein gemeinsam genutztes Übertragungsmedium verwendet, an das mehrere Teilnehmer direkt angeschlossen sind.Data can be transmitted on the transmission conductor 140 in the form of controlled fluctuations in the voltage or current in the transmission conductor 140. Each control device 115, 120 can send data by causing such a current or voltage fluctuation, or receive data by determining and evaluating current or voltage fluctuations in the transmission conductor 140. A divider 160 can be used to take electrical energy from the transmission conductor 140 and to couple data in and/or out. Preferably, a PLC technology is used for the combined transmission of data and electrical energy, which uses a shared transmission medium to which several participants are directly connected.

In der Darstellung von 1 sind alle zweiten Steuervorrichtungen 120 mit einem solchen Teiler 160 versehen und auch die Datenverarbeitungsvorrichtung 100 verfügt über einen Teiler 160. Eine Gerät wie eine erste Steuervorrichtung 115, die mit dem zweiten Netzwerk 135 verbunden ist und von diesem lediglich Energie bezieht, aber keine Daten mit ihm austauscht, benötigt keinen Teiler 160 und kann direkt angeschlossen werden.In the presentation of 1 all second control devices 120 are provided with such a divider 160 and the data processing device 100 also has a divider 160. A device such as a first control device 115, which is connected to the second network 135 and only draws energy from it but does not exchange data with it, does not require a divider 160 and can be connected directly.

Es ist zu beachten, dass eine erste Steuervorrichtung 115 auch kommunikativ mit dem zweiten Netzwerk 135 verbunden sein kann. In diesem Fall verfügt es bevorzugt über einen Teiler 155, um Daten in den elektrischen Übertragungsleiter 140 ein- oder aus ihm auszukoppeln.It should be noted that a first control device 115 may also be communicatively connected to the second network 135. In this case, it preferably has a splitter 155 to couple data into or out of the electrical transmission conductor 140.

Weiter bevorzugt ist zwischen dem Einspeiser 125 und dem Übertragungsleiter 140 ein Filter 160 vorgesehen, der Schwankungen des Stroms oder der Spannung im Übertragungsleiter 140 oberhalb einer vorbestimmten Frequenz vom Einspeiser 125 ausfiltert. Dabei sollen insbesondere Schwankungen ausgefiltert werden, die eine Batterie, einen Akkumulator, einen Kondensator oder einen Generator, die Energie für das zweite Netzwerk 135 bereitstellen, gefährden könnten. In einer Ausführungsform werden Schwankungen nur in einem gewissen Maß reduziert, sodass verbleibende Schwankungen so gering sind, dass eine Gefährdung ausgeschlossen ist. Der Filter 160 kann insbesondere einen Tiefpass umfassen.Further preferably, a filter 160 is provided between the feeder 125 and the transmission conductor 140, which filter out fluctuations in the current or voltage in the transmission conductor 140 above a predetermined frequency from the feeder 125. In particular, fluctuations that could endanger a battery, an accumulator, a capacitor or a generator that provide energy for the second network 135 should be filtered out. In one embodiment, fluctuations are only reduced to a certain extent, so that remaining fluctuations are so small that a risk is excluded. The filter 160 can in particular comprise a low-pass filter.

In einer weiteren Ausführungsform können der Filter 160 und der Trennschalter 150 in ihren Positionen im Schaltbild von 1 auch vertauscht sein. In diesem Fall kann der Trennschalter 150 mit einem Teiler 160 ausgestattet sein, um in Abhängigkeit einer Anforderung eines der Steuergeräte 115 oder 120 ausgelöst zu werden, die über das zweite Netzwerk 135 übermittelt wird. Optional ist auch ein Schließen des Trennschalters 150 unter vorbestimmten Bedingungen möglich.In another embodiment, the filter 160 and the circuit breaker 150 may be Positions in the circuit diagram of 1 also be swapped. In this case, the circuit breaker 150 can be equipped with a divider 160 in order to be triggered in response to a request from one of the control devices 115 or 120, which is transmitted via the second network 135. Optionally, the circuit breaker 150 can also be closed under predetermined conditions.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 110 umfasst eine Verarbeitungseinrichtung 165 und einen Umsetzer 170, der auch Konverter oder Bridge genannt werden kann. Über den Teiler 160 ist der Umsetzer 170 mit dem zweiten Netzwerk 135 verbunden, sodass er darüber Daten senden und/oder empfangen kann. Der Teiler 160 stellt außerdem elektrische Energie zum Betreiben der Datenverarbeitungsvorrichtung 110 bereit.The data processing device 110 comprises a processing device 165 and a converter 170, which can also be called a converter or bridge. The converter 170 is connected to the second network 135 via the divider 160 so that it can send and/or receive data via it. The divider 160 also provides electrical energy for operating the data processing device 110.

Die Verarbeitungseinrichtung 165 und der Umsetzer 170 sind in der dargestellten Ausführungsform mittels eines optischen Übertragungsmediums 175 kommunikativ miteinander verbunden. Dadurch kann ein Netzwerk gebildet sein, das eigenständig oder als Teils des ersten Netzwerks 130 ausgebildet sein kann.In the embodiment shown, the processing device 165 and the converter 170 are communicatively connected to one another by means of an optical transmission medium 175. This allows a network to be formed which can be designed independently or as part of the first network 130.

Die Verarbeitungseinrichtung 165 ist bevorzugt als leistungsfähige Plattform für komplexe, zeitkritische und/oder aufwändige Verarbeitungen an Bord des Fahrzeugs 105 ausgelegt. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung 165 als HPC (high performance computer) ausgeführt sein und mehrere Prozessoren umfassen. Optional kann eine hochgradig parallele Ausführung bestimmter Berechnungen mittels Elementen erfolgen, die aus einer Grafikkarte als Hader bekannt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinrichtung 165 einen oder mehrere übliche RISC- oder CISC Prozessoren und mehrere 100 oder mehrere 1000 Shader. Die Verarbeitungseinrichtung 165 ist bevorzugt zur Implementation künstlicher Intelligenz auf der Basis von maschinellem Lernen zu realisieren. Dazu können eines oder mehrere künstliche neuronale Netzwerke (KNN) gebildet sein. Ein KNN kann zur Erkennung eines Objekts im Umfeld des Fahrzeugs auf der Basis von Sensorwerten einer bildgebenden Abtastung eingerichtet sein.The processing device 165 is preferably designed as a powerful platform for complex, time-critical and/or complex processing on board the vehicle 105. For this purpose, the processing device 165 can be designed as an HPC (high performance computer) and comprise several processors. Optionally, a highly parallel execution of certain calculations can be carried out using elements known as shaders from a graphics card. In one embodiment, the processing device 165 comprises one or more conventional RISC or CISC processors and several 100 or several 1000 shaders. The processing device 165 is preferably to be realized for the implementation of artificial intelligence based on machine learning. One or more artificial neural networks (ANN) can be formed for this purpose. A ANN can be set up to recognize an object in the environment of the vehicle on the basis of sensor values from an imaging scan.

Mittels einer ersten Schnittstelle 180 ist die Verarbeitungseinrichtung 165 mit dem ersten Netzwerk 130 verbunden. Dieselbe oder eine entsprechende erste Schnittstelle 180 ist zur Verbindung der Verarbeitungseinrichtung 165 mit dem optischen Übertragungsmedium 175 vorgesehen. Der Umsetzer 170 verfügt bevorzugt ebenfalls über eine erste Schnittstelle 180, mittels derer er mit dem optischen Übertragungsmedium 175 verbunden ist.The processing device 165 is connected to the first network 130 by means of a first interface 180. The same or a corresponding first interface 180 is provided for connecting the processing device 165 to the optical transmission medium 175. The converter 170 preferably also has a first interface 180 by means of which it is connected to the optical transmission medium 175.

Der Teiler 160 dient der Verarbeitungseinrichtung 165 hier als zweite Schnittstelle 185, mittels derer sie beziehungsweise die Datenverarbeitungsvorrichtung 110 mit dem zweiten Netzwerk 135 verbunden ist.The divider 160 serves the processing device 165 here as a second interface 185, by means of which it or the data processing device 110 is connected to the second network 135.

Werden an der Verarbeitungseinrichtung 165 verschiedene erste Schnittstellen 180 für die Übertragungsmedien 140 und 175 verwendet, so müssen Daten, die zwischen der mit dem ersten Netzwerk 130 verbundenen ersten Schnittstelle 180 und der zweiten Schnittstelle 185 übermittelt werden sollen, die Verarbeitungseinrichtung 165 passieren. Sind miteinander verbundene erste Schnittstellen 180 für die Kommunikation über die Übertragungsmedien 140 und 175 vorgesehen, so kann eine solche Kommunikation auch ohne Einbeziehen der Verarbeitungseinrichtung 165 direkt zwischen den Netzwerken 130 und 135 erfolgen.If different first interfaces 180 are used for the transmission media 140 and 175 on the processing device 165, data that are to be transmitted between the first interface 180 connected to the first network 130 and the second interface 185 must pass through the processing device 165. If interconnected first interfaces 180 are provided for communication via the transmission media 140 and 175, such communication can also take place directly between the networks 130 and 135 without involving the processing device 165.

2 zeigt ein zweites beispielhaftes Verarbeitungssystem 100 an Bord eines Fahrzeugs 105. Das zweite Verarbeitungssystem 100 unterscheidet sich vom ersten Verarbeitungssystem 100 von 1 wesentlich dadurch, dass zwischen der Verarbeitungseinrichtung 165 und dem Umsetzer 170 kein optisches Übertragungsmedium 175, sondern ein drahtgebundenes Übertragungsmedium 205 vorgesehen ist. Dazu verfügen die Verarbeitungseinrichtung 165 und der Umsetzer 170 über eine passende Schnittstellen 210, die jeweils eine erste Schnittstelle 180 in der Ausführungsform von 1 ersetzen. 2 shows a second exemplary processing system 100 on board a vehicle 105. The second processing system 100 differs from the first processing system 100 of 1 essentially in that no optical transmission medium 175, but rather a wired transmission medium 205 is provided between the processing device 165 and the converter 170. For this purpose, the processing device 165 and the converter 170 have a suitable interface 210, each of which has a first interface 180 in the embodiment of 1 substitute.

Die Verbindung zwischen der Verarbeitungseinrichtung 165 und dem Umsetzer 170 ist bevorzugt ausreichend schnell, um eine Übertragungsgeschwindigkeit des zweiten Netzwerks 135 voll ausnutzen zu können. Dazu kann die Verbindung schneller als die maximale Geschwindigkeit des zweiten Netzwerks 135 konzipiert sein, auch wenn die Datenverarbeitungsvorrichtung 110 im praktischen Betrieb das zweite Netzwerk 135 nicht oder nur selten voll ausnutzen kann.The connection between the processing device 165 and the converter 170 is preferably fast enough to be able to fully utilize a transmission speed of the second network 135. For this purpose, the connection can be designed to be faster than the maximum speed of the second network 135, even if the data processing device 110 cannot or can only rarely fully utilize the second network 135 in practical operation.

Eine Übertragung über das drahtgebundene Übertragungsmedium 205 kann beispielsweise nach einem Ethernet (IEEE 802.3) Standard erfolgen. Dazu kann das Übertragungsmedium 205 mehrere Leiter umfassen, die paarweise verdrillt sein können. Als Medium wird üblicherweise eine Anzahl paarweise miteinander verdrillter Adern verwendet. Bevorzugt wird eine schnelle Übertragung im Bereich von ca. 10 GB/s unterstützt, beispielsweise nach IEEE 802.3ak oder IEEE 802.3an.A transmission via the wired transmission medium 205 can be carried out, for example, according to an Ethernet (IEEE 802.3) standard. For this purpose, the transmission medium 205 can comprise several conductors that can be twisted in pairs. A number of wires twisted together in pairs are usually used as the medium. Preferably, a fast transmission in the range of approx. 10 GB/s is supported, for example according to IEEE 802.3ak or IEEE 802.3an.

BezugszeichenReference symbols

100100: VerarbeitungssystemProcessing system
105105: Fahrzeugvehicle
110110: DatenverarbeitungsvorrichtungData processing device
115115: erste Steuervorrichtungfirst control device
120120: zweite Steuervorrichtungsecond control device
125125: EinspeiserFeeder
130130: erstes Netzwerkfirst network
135135: zweites Netzwerksecond network
140140: elektrischer Übertragungsleiterelectrical transmission conductor
145145: optisches Übertragungsmediumoptical transmission medium
150150: TrennschalterDisconnector
155155: TeilerDivider
160160: Filter Filters
165165: VerarbeitungseinrichtungProcessing facility
170170: UmsetzerConverter
175175: optisches Übertragungsmedium optical transmission medium
180180: erste Schnittstellefirst interface
185185: zweite Schnittstelle second interface
205205: drahtgebundenes Übertragungsmediumwired transmission medium
210210: Schnittstelleinterface

Claims

Data processing device (110) for use on board a vehicle (105), the data processing device (110) comprising: a processing device (165); a first data interface (180) configured for connection to an optical transmission medium (140); a second data interface (185) configured for connection to an electrical transmission conductor (140) on board the vehicle (105); a device (155) for drawing an electrical current for operating the data processing device (110) from the transmission conductor (140); a converter (170) for data between the first data interface (180) and the second data interface (185).

Data processing device (110) according to Claim 1 , wherein a plurality of first data interfaces (180) are provided on the processing device (165).

Data processing device (110) according to Claim 1 or 2 , wherein the converter (170) is connected to the processing device (165) by means of an optical transmission medium (175).

Data processing device (110) according to Claim 1 or 2 , wherein the converter (170) is connected to the processing device (165) by means of an electrical transmission medium (205).

Data processing device (110) according to one of the preceding claims, wherein a transmission speed between the processing device (165) and the converter (170) is a multiple of a transmission speed via the second interface.

Processing system (100) on board a vehicle (105), the processing system (100) comprising a data processing device (110) according to one of the preceding claims; a first control device (115) connected to the first interface; a second control device (120) connected to the second interface; and means (125) for feeding an electrical current into the transmission conductor (140).

Processing system (100) Claim 6 , wherein data is transmitted on the transmission conductor (140) in the form of high-frequency signals; further comprising a frequency filter which is configured to counteract a propagation of high-frequency signals from the transmission conductor (140) to a power source connected thereto.

Processing system (100) according to one of the Claims 6 or 7 , further comprising a disconnect switch for disconnecting the energy source from the transmission conductor (140) in the event of a fault.

Processing system (100) according to one of the Claims 6 until 8th , wherein the processing device (165) is configured to control the vehicle (105).

Processing system (100) according to one of the Claims 6 until 9 , further comprising a first control device (115) connected to the transmission conductor (140) and configured to draw an electrical current from the transmission conductor (140) for operating the second control device (120); and connected to the optical transmission medium (140) to transmit data via the optical transmission medium (140).

Processing system (100) according to one of the Claims 6 until 10 , further comprising a second control device (120) connected to the transmission conductor (140) and configured to draw an electrical current from the transmission conductor (140) for operating the second control device (120) and to transmit data via the transmission conductor (140).

Vehicle (105) comprising a processing system (100) according to one of the Claims 6 until 11 .