多总线控制器局域网系统中使用时间同步的数据传感器协调

摘要

本发明涉及多总线控制器局域网系统中使用时间同步的数据传感器协调。具体地，提供一种在异步车辆控制器局域网系统中使时间同步的方法。主控制单元从时间同步源接收全局时间。该主控制单元估计电子控制单元在每个控制器局域网总线上传送信息的各自时间延迟。该时间延迟是相应电子控制单元产生用于在相应控制器局域网总线上传送的信息时的时间与在相应控制器局域网总线上传送信息时的时间之间的差。基于与每个相应控制器局域网总线相关联的估计时间迟延调整每个相应控制器局域网总线的全局时间。把来自该主控制单元的全局时间信息传送至每个电子控制单元，这些信息包括相关控制器局域网总线的调整全局时间。

说明书

技术领域

实施例总体上涉及车辆控制器局域网系统。

背景技术

控制器局域网（CAN）是一种车辆总线标准，用来允许电子控制单元（ECU）与其它装置在没有中央计算机或主机的情况下相互通信。车辆系统和子系统具有大量ECU，它们控制致动器或从传感装置接收数据。ECU控制的许多子系统是不与另一子系统通信的独立子系统，但是其它子系统通信且共享数据（例如发动机控制单元和电子制动控制单元）。

该CAN系统是异步广播串行总线，其允许消息进行串行传递。因此，ECU之间的消息在传送时不一定是在产生消息时立即在CAN总线上传送。如果CAN总线空闲，就马上传送消息。如果要传送一个以上的消息，就传送更占优势的消息。这被称为仲裁过程。具有最高优先级的CAN消息将支配这个仲裁，并且以较低优先级传送的消息将检测到此并等待。这是通过使用主导位和隐性位的二进位系统获得。CAN消息包括识别消息类型或发送器的ID。这个ID包括预定数量的数据字节。例如，一个ID可以包括运用多个0和多个1的8个数据字节。主导位是逻辑上的"0"，隐性位是逻辑上的"1"。主导位比隐性位接收更高优先级。在仲裁过程期间，具有较低比特值的更主导ID将赢得仲裁并且具有优先级。

由于隐性位中传送信息的延时，多CAN总线结构中的不同CAN总线的两个ECU之间的数据共享和数据整合可能引起时钟不同步的非同步数据整合到一起。也就是说，为了整合数据，处理器必须知晓它在使用由不同传感器在基本上相同的瞬间采集的数据。ECU利用它们的本地时钟给数据做时间标记，并且，如果这些本地时钟不同步，那么在数据整合处理期间可能出现时间数据的不匹配。车辆能够使用内部时钟通过发送时钟信号努力使所有ECU的时间同步；然而，由于CAN系统的异步性质和引起在不同CAN总线两端传送信息的迟延，可能也延迟包含时钟信号的信息到达ECU，这将引起不同CAN总线的ECU的本地时钟异步。在车对车（V2V）的情况中，还可能适用于车辆的是，使用来自其它车辆的传感器信息来执行车载传感器融合并执行适当的致动和控制。使用V2V信息传送的连接到远程车辆的CAN总线的传感器需要的准确性比仅仅使用通常基于GPS的V2V时间同步机构所达到的更高。

发明内容

实施例的优点是具有多个控制器局域网总线的异步控制器局域网的本地时钟的同步，获得控制器局域网系统内的来自不同传感器的数据的协调。对与系统的每个局域网总线内传送信息相关联的延迟进行估计并且为每个控制器局域网调整全局时间以解决这些延迟。把包含每个相应控制器局域网总线的调整全局时间的信息传送至不同装置以调整和同步化本地时钟。

实施例设想一种在异步车辆控制器局域网系统中使时间同步的方法。这个系统具有经由多个控制器局域网总线彼此通信的多个电子控制单元。这些电子控制单元与传感装置通信以采集这些传感装置获得的感测数据。每个电子控制单元在这多个控制器局域网总线上传送信息用于与其它电子控制单元（可能在在考虑中的车辆内或者在V2V的情况下可能在另一车辆中）共享感测数据。多个电子控制单元经由这多个控制器局域网总线与主控制单元通信。该主控制单元从时间同步源接收全局时间。该主控制单元估计这些电子控制单元在相应控制器局域网总线上传送信息的相应时间延迟。该时间延迟是相应电子控制单元产生用于在相应控制器局域网总线上传送的信息时的时间与在相应控制器局域网总线上传送信息时的时间之间的差。基于与每个相应控制器局域网总线相关联的估计时间迟延调整每个相应控制器局域网总线的全局时间。把来自每辆车的主控制单元的全局时间信息传送至每个电子控制单元，这些信息包括相关控制器局域网总线的调整全局时间。连接到控制器局域网的每个电子控制单元接收相应全局时间信息，基于相应全局时间信息中的调整全局时间使本地时钟同步。因为在多辆车之间共享共用的时间观念，所以在特定车辆上的特定传感器获取的时间标记能够进行转换以确定不同车辆上传感事件出现的时间。远程传感器数据可以用作局部传感器融合的一部分以在车辆上执行必需的时间同步致动和控制。

实施例设想一种车辆通信系统，其包括多个传感装置以用于获得车辆相关的数据。多个电子控制单元从多个传感装置接收车辆相关的数据。与这多个电子控制单元相连的多个控制器局域网总线传送车辆相关的数据。主控制单元与这多个控制器局域网总线中的每一个通信。该主控制单元估计每个控制器局域网总线上传送的信息的相应时间延迟。该时间延迟是产生用于传送的信息时的时间与预期信息在相关控制器局域网总线上传送时的时间之间的差。时间同步源产生全局时间。基于每个控制器局域网总线所确定的相应时间迟延由该主控制单元调整每个相应控制器局域网总线的全局时间。该主控制单元在每个控制器局域网总线上传送相应信息，该信息包括每个控制器局域网总线的相应调整全局时间。接收相应信息的每个电子控制单元使本地时钟同步成相应信息中接收到的调整全局时间。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种在异步车辆控制器局域网系统中使时间同步的方法，所述系统具有经由多个控制器局域网总线彼此通信的多个电子控制单元，所述电子控制单元与传感装置通信以采集所述传感装置获得的感测数据，每个电子控制单元在所述多个控制器局域网总线上传送信息用于与其它电子控制单元共享感测数据，并且所述多个电子控制单元经由所述多个控制器局域网总线与车辆主控制单元通信，所述方法包括以下步骤：

所述主控制单元从时间同步源接收全局时间；

所述主控制单元估计每个控制器局域网总线中的所述电子控制单元在传送信息中的相应时间延迟，所述时间延迟是相应电子控制单元产生用于在相应控制器局域网总线上传送的信息时的时间与在所述相应控制器局域网总线上传送信息时的时间之间的差；

基于与每个相应控制器局域网总线相关联的估计的时间迟延来调整每个相应控制器局域网总线的全局时间；以及

把来自所述主控制单元的全局时间信息传送至每个电子控制单元，所述信息包括相关联控制器局域网总线的调整的全局时间，其中，连接到所述控制器局域网的接收相应全局时间信息的每个电子控制单元基于所述相应全局时间信息中的调整的全局时间使本地时钟同步。

2. 如方案1所述的方法，其中，所述车辆控制器局域网系统包括网关，其用于提供邻接控制器局域网总线之间的系统互操作性，其中，把网关延迟加到所述时间延迟上并且传送至所述网关之后的相应电子控制单元。

3. 如方案1所述的方法，其中，相应电子控制单元采集由传感装置获得的感测数据，其中，在所述相应控制器局域网总线上传送之前，相应电子控制单元使用同步本地时钟对所述感测数据做时间标记。

4. 如方案4所述的方法，其中，基于所述感测数据的同步时间标记整合不同控制器局域网总线的电子控制单元传送的所述感测数据。

5. 如方案4所述的方法，其中，把全局时间传送至多个车辆，其中，每个车辆的相应主控制单元确定每个相应控制器局域网总线上的时间延迟，其中，基于每个车辆中的每个控制器局域网的时间延迟调整所述全局时间，其中，在每个相应控制器局域网总线上传送由每个车辆的每个主控制单元确定的调整的全局时间，用于使所述多个车辆的电子控制单元的本地时钟同步。

6. 如方案5所述的方法，其中，在所述多个车辆之间无线地传送来自所述多个车辆的感测数据，其中，基于所述感测数据的时间标记整合来自所述多个车辆的感测数据。

7. 如方案1所述的方法，其中，从GPS时间源获得所述全局时间。

8. 如方案1所述的方法，其中，从手机信号获得所述全局时间。

9. 如方案1所述的方法，其中，从原子钟获得所述全局时间。

10. 如方案1所述的方法，其中，从互联网获得所述全局时间。

11. 如方案1所述的方法，其中，在车对车通信系统中，从一组车辆内的指定车辆获得所述全局时间。

12. 如方案1所述的方法，其中，从车对基础设施通信系统的路旁设备获得所述全局时间。

13. 一种车辆通信系统，包括：

多个传感装置，其用于获得车辆相关的数据；

多个电子控制单元，其用于从所述多个传感装置接收车辆相关的数据；

与所述多个电子控制单元相连的多个控制器局域网总线，其用于传送所述车辆相关的数据；

与所述多个控制器局域网总线中的每一个通信的主控制单元，所述主控制单元估计每个控制器局域网总线上传送的信息的相应时间延迟，所述时间延迟是产生用于传送的信息时的时间与预期信息在相关联控制器局域网总线上传送时的时间之间的差；

时间同步源，用于产生全局时间；

其中，基于每个控制器局域网总线所确定的相应时间迟延由所述主控制单元调整每个相应控制器局域网总线的全局时间，其中，所述主控制单元在每个控制器局域网总线上传送相应信息，所述信息包括每个控制器局域网总线的相应调整的全局时间，并且其中，接收相应信息的每个电子控制单元使本地时钟同步成相应信息中接收到的调整的全局时间。

14. 如方案13所述的系统，其中，所述主控制单元确定的相关联控制器局域网总线的时间延迟是基于平均延迟，所述平均延迟是所述相关联控制器局域网总线上产生和传送的预定数量信息的函数。

15. 如方案13所述的系统，其中，所述时间同步源是车内时间同步源。

16. 如方案13所述的系统，其中，所述时间同步源是外部时间同步源。

17. 如方案16所述的系统，其中，通过车对车通信系统提供外部时间同步源。

18. 如方案16所述的系统，其中，通过车对基础设施通信系统提供外部时间同步源。

19. 如方案16所述的系统，其中，外部时间同步源是手机通信服务。

20. 如方案16所述的系统，还包括与所述控制器局域网总线相连的网关，其中，所述网关提供两个邻接控制器局域网总线之间的系统互操作性，其中，所述网关传达与通过网关处理的信息的时间延迟相关联的主控制单元时间延迟数据，其中，所述主控制单元把所述网关的时间延迟加到所述调整全局时间上，并且其中，向所述网关之后的电子控制单元传送包含所述网关的时间延迟的调整的全局时间用于本地时钟同步。

附图说明

图1是控制器局域网系统的结构布置。

图2是在控制器局域网系统中使时间同步的方法的流程图。

图3示出了用于V2V通信系统的控制器局域网的结构布置的流程图。

具体实施方式

图1中示出的是车辆控制器局域网（CAN）系统10的结构框图，用于使与该网络相连的电子控制单元的本地时钟同步。CAN系统10包括多个CAN总线，例如第一CAN总线12、第二CAN总线14、第三CAN总线16、第四CAN总线18和第五CAN总线20。应当理解，CAN系统10可以包括比示出的更多或更少的CAN总线。

每个CAN总线都与多个电子控制单元（ECU）22相连，这允许这些ECU彼此通信。多个ECU 22中的每一个都与一个或多个传感器24相连。本文使用的术语"传感器"有意要包括在工作期间交换数字信号的致动器及其它装置。这些传感器24不直接连接到相应CAN总线，而是通过ECU连接。对本发明的目的来说，应当理解，CAN网络是本领域公知的，并且其它装置例如通常集成在ECU内的CAN控制器和收发器称作节点，它们的结构的详细内容本文将不做详细论述。CAN系统10是异步广播串行总线网络，其在每个CAN总线上串行地传送信息。因此，任何节点可以容易地传送信息，如果这个节点相通的相应CAN总线空闲。然而，如果两个或更多节点在传送信息，那么具有更主导的ID的信息将具有高于具有更弱主导的ID的信息的优先级。因此，以更高优先级（即更主导的ID）传送的信息将总是嬴得仲裁过程，具有更低优先级（即更弱主导的ID）的信息将等到CAN总线空闲或等到相应信息是等待传送的最主导的ID。因此，CAN总线上的信息传送存在固有延迟。

主控制单元26在图1中示出，其包括与多个CAN总线相连以与多个ECU 22通信的一个或多个微处理器，例如微处理器28和微处理器30。应当理解，可以在主控制单元26内运用更多或更少的微处理器。主控制单元26内的每个微处理器都通过通信媒介（包括但不限于通用异步发送接收器（UART）或串行外围接口总线）通信。

主控制单元26是在当前时段期间控制车辆功能的一些操作的主导ECU，但是可以根据车辆的工作模式而改变。例如，车辆可以利用无线通信系统（例如OnStar?），其提供车内保护、安全性和通信服务，例如免提电话、逐向道路导航和远程诊断系统。在常规车辆工作期间，OnStar? ECU可以是主控制单元26。如果车对车（V2V）通信是在主车辆与在该主车辆周围检测的其它远程车辆之间发起，主控制单元26可以转变为V2V通信ECU。主控制单元26用在本发明中使与多个CAN总线相连的装置两端的时间同步，这将在随后进行详细描述。

如图1所示，CAN系统10还包括网关ECU 32，其提供系统互操作性，用于把在不同网络或不同协议设置上操作的没有通过主控制单元26直接连接的两个CAN总线连在一起。通过网关ECU 32连接的CAN总线根据它们的实时工作情况而断开，因此，事件或信息的定时可能难以估计，即使每个相应CAN总线内的定时事件的估计在很大程度上是可预测的。

来自不同传感器、致动器及其它装置的车辆数据通常在子系统之间共享以用于确定或预测车辆运行或状态。来自不同源的多个输入的整合为相应车辆运行提供更好的精确性、可用性和可靠性。例如，在GPS系统中，当不能从卫星源获得GPS数据时，车辆可以依靠辅助数据例如车轮转速感传器数据、方向盘角度传感器数据和偏航数据来确定车辆位置或车辆方向。该辅助数据可以由不同子系统提供。因此，恰当的是，在整合时，来自不同子系统的数据必须基本上在相同瞬间进行检测，否则，估计输出例如位置或方向可能有失真。这类失真结果可能对应用程序例如防碰撞系统有害，此时，恰当的是，用于获得结果的整合数据是时间同步的。虽然相应CAN总线内传感器数据的整合较易于进行同步和整合，但是来自不同CAN总线的数据的同步和整合是困难的，因为，不同CAN总线通常是异步的。也就是说，对于单CAN总线，时钟信号能够在CAN总线上传送，CAN总线上的每个相应ECU将基本上在相同瞬间接收信息并且同步它们的本地时钟。尽管信息可能在一开始由于CAN总线中的高优先级信息而延迟传送，但是延迟不影响同步，因为所有ECU将同时接收延迟的信息并且将同步成相同的时钟信号。不同CAN总线之间的通信存在同步问题，因为CAN系统不能保证每个ECU将在相同瞬间接收包含同步时间的信息。例如，在图1中，第一CAN总线12和第二CAN总线14内的ECU共享数据。第一CAN总线12上的通信是开放的，并且信息可以容易地在CAN总线12上传送，但是第二CAN总线14具有迟延。如果包含同步时间的信息发出给这两个CAN总线上的所有ECU，然后第一CAN总线12上的所有ECU将接收这个时间同步信息并且在第二CAN总线14上的ECU接收这个时间同步信息之前调整它们的本地时钟。因此，第一CAN总线12的ECU的本地时钟不会与第二CAN总线14的ECU的本地时钟同步。由于数据的不同步时间标记，不同CAN总线的两个ECU之间共享的任何数据可能不会正确地整合。因此，本文所述实施例提供用于使异步CAN总线两端的本地时钟同步的技术。

如图1所示，主控制单元26直接连接到每个CAN总线或通过一个或多个网关32间接连接到CAN总线。主控制单元26内的每个微处理器28和30估计与它直接连接的每个CAN总线的协议迭加时间迟延。由产生用于相应ECU在相应CAN总线上传送的信息时的时间与在相应CAN总线上实际传送信息时的时间之间的差确定协议迭加时间迟延。例如，微处理器28与第一CAN总线12上的ECU通信以检索用于确定延迟的信息。当相应信息在第一CAN总线12上实际传送时，对信息内的数据做时间标记。微处理器28确定ECU对数据做时间标记时的时间与在CAN总线12上实际传送信息时的时间之间的差。该迟延可以通过下列公式确定：

延迟d₁=传输时间（总线）-产生时间（源）          （1）。

可以从CAN总线12上的不同传感器采集多个时间标记的数据上以确定平均延迟时间。使用等式（1）阐述的公式确定每个迟延。由下列公式代表平均延迟：

平均延迟（预期的）=（d₀+d₁+d₂+d₃+…+d_n）/n        （2）。

高优先级CAN标志的使用将保证由于来自总线仲裁的延迟的最小偏差。而且，在确定期望延迟时，可以在计算平均延迟时间之前选择从组中消除最大和/或最小延迟时间。

在图1中，微处理器28确定与其相连的每个相应CAN总线的延迟时间，具体为第一CAN总线12、第二CAN总线14和第三CAN总线16。微处理器30确定第五CAN总线20的迟延。网关ECU 32与微处理器28通信用于提供不仅与第四CAN总线18上的协议迭加延迟相关联的迟延信息，而且还将提供与包括第三CAN总线16与第四CAN总线18之间的互操作性的数据处理相关联的迟延。

在确定了CAN系统10中的每个CAN总线的每个迟延之后，主控制单元26从时间同步源接收全局时间。该时间同步源可以是内部同步源34例如主控制单元26的内部时钟或网路定时协议（NTP）。该时间同步源还可以是外部时间同步源36，例如但不限于，车辆GPS接收器、CDMA手机时间信号、原子钟信号、车对基础设施系统中的路旁单元、车对车通信系统中的实体或互联网。

主控制单元26通过把相应CAN总线的期望延迟加到时间同步源接收的全局时间上来确定每个CAN总线的调整全局时间。对于没有迟延的CAN总线，调整全局时间将是与同步源接收到的一样的全局时间。

就通过网关32与主控制单元26相连的CAN总线例如第四CAN总线18而言，信息将包含调整全局时间，其包括第四CAN总线18的估计协议迭加时间迟延和估计网关时间延迟这两者。通过把相应网关时间延误和协议迭加时间迟延相加来确定通过另一网关连接的任何附加CAN总线的调整全局时间。

每个CAN总线的每个ECU一旦接收它们的相应时间同步信息，每个ECU就将基于所接收信息中提供的调整全局时间同步它们的本地时钟。因此，CAN系统10内的每个ECU将彼此时间同步。数据可以容易地做时间标记并且在不同CAN总线的ECU之间传送进行数据共享和整合。

应当理解，本文所述实施例的优点不是局限于用于一个车辆的CAN系统，而是可以用于在V2V系统内的多个车辆之间或车对任何道路使用实体（V2X）系统内的实体之间共享数据。相同的过程应用于多个车辆，因此，在这些车辆或实体之间对什么源将用作时间同步源做出一致意见。此后，每个车辆确定其CAN总线的每一个上的相应迟延。然后相对于每个车辆的每个CAN总线遇到的迟延调整时间同步源提供的全局时间。结果是，多个参与的车辆的时间同步成共用时间源。还应当理解，时间同步源能够是这些车辆的任一个，只要所有参与的车辆对哪个车辆是全局时间源的意见一致。在这个过程期间，每个车辆内的V2V ECU将用作电子控制单元，并且，商定的提供时间同步的车辆将用作这组的主控制单元。

图2示出了车辆CAN系统内使时间同步的方法。在步骤40，初始化同步程序。在步骤41，估计CAN系统内的每个CAN总线的相应时间延误。该时间延误是协议迭加延迟，是产生信息时的时间与实际传送信息时的时间之间的差。

在步骤42，对两个CAN总线之间是否存在任何网关做出确定。如果没有网关存在，程序就继续到步骤44。如果网关存在，程序继续到步骤43。

在步骤43，确定网关时间延迟和前视CAN总线的协议迭加时间迟延。网关迟延包括两个CAN总线之间的处理数据引起的时间延误，协议迭加时间迟延包括前视CAN总线中传送信息的迟延。

在步骤44，从时间同步源接收全局时间。

在步骤45，基于对每个CAN总线确定的期望延迟调整与每个CAN总线相关联的全局时间。在CAN总线上传送的每个信息将包括已经基于对相应CAN总线确定的延迟调整了的调整全局时间。

在步骤46，通过主控制单元传送信息，其包括每个相应CAN总线的调整全局时间。

在步骤47，相应CAN总线上的每个ECU调整它们的本地时钟以调整接收信息所包含的全局时间。

图3示出了利用车辆通信系统30与另一车辆的车辆通信系统60之间的V2V通信的实施例。车辆通信系统60包括多个电子控制单元（ECU）62，它们彼此共享数据。这多个ECU 62中的每一个都与一个或多个传感器64相连。多个CAN总线66和68与车辆通信系统60内的主控制单元70相连。在车辆通信系统10与车辆通信系统60之间的V2V通信期间，不同车辆的两个相应电子控制单元彼此共享数据。

为了共享数据，每个车辆的ECU的本地时钟必须是同步的以便车辆之间成功组合数据。例如，第一车辆包括车辆通信系统10，第二车辆包括车辆通信系统60。第一车辆紧跟第二车辆。第一车辆具有提供自动制动控制的车辆应用程序，不仅基于其自身系统的传感器提供的数据，还可能根据第二车辆提供的数据。第一车辆与第二车辆之间的通信对理解第二车辆的制动力和速度有利。当第二车辆启用紧急制动动作时，相应ECU 62的一个从第二车辆获得检测制动数据和由紧急制动动作引起的速度数据。来自第二车辆的制动和速度数据如果传递给第一车辆，能可用于致动第一车辆的自动制动。为了确定是否需要自动制动，第一车辆必须从其相应ECU 22的一个获得其自身的速度数据并且分析第二车辆提供的制动和速度数据。然而，来自这两个车辆的数据的整合和分析将只在在基本上相同的瞬间从传感器获得数据的情况下可用。如果数据的每一个不是来自从基本上相同的瞬间获得的，那么，第一车辆可能基于非当前/及时的数据做出判断。

为了确定来自两个车辆的数据是否能够组合，包含该数据的信息做时间标记以确定获得数据的相应时间。因此，每个车辆通信系统的本地时钟必须是彼此同步的。利用本文描述的过程，这两个车辆的每个ECU的本地时钟利用时间同步源36彼此同步。每个通信系统调整时间同步源36接收到的全局时间并且合并每个CAN总线的期望延迟。因此，每个车辆的每个ECU中的每个本地时钟都同步。这允许相应ECU对所获数据做出直接比较以确定是否在基本上相同的瞬间感测数据。

尽管已经详细描述了本发明的某些实施例，但熟悉本发明所涉及领域的技术人员将看出多种替换方案和实施例，用于在附上的权利要求的范围内实施本发明。