DE19714937A1 - Datenbussystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenbussystem für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Datenbussystem ist beispielsweise durch den CAN, Controller Area Network, für die Datenkommunikation insbesondere von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen bekannt. Das Konzept für die Datenkommunikation im Kraftfahrzeug mittels eines CAN, die Funktion des CAN sowie eine mögliche Architektur eines CAN-Bausteins sind beispielsweise durch die Bosch-Pro­ spekte "Das optimierte Bussystem für die serielle Datenübertragung im Kraftfahrzeug", "Funktionelle Beschreibung" und "Architektur des CAN-Bausteins AN 82526" aus dem Jahre 1987 bekannt. Dieses bekannte Da­ tenbussystem ist linear aufgebaut. An einem Datenbus ist eine Mehrzahl von elektronischen Busteilnehmern, insbesondere Steuergeräte eines Kraftfahr­ zeuges, angeschlossen. Diese Busteilnehmer können zusätzlich zu dem An­ schluß an den Datenbus weitere Ein- und Ausgänge, z. B. zum Anschließen von Sensoren und Aktuatoren oder zum Anschluß der Stromversorgung, aufweisen. Dieses bekannte Datenbussystem arbeitet nach dem Multi-Master-Prinzip, d. h. alle Busteilnehmer sind gleichberechtigt. Wenn der Datenbus frei ist, kann jeder Busteilnehmer beginnen, sein Datentelegramm zu übertragen. Das Telegramm eines sendenden Busteilnehmers wird von allen Busteilnehmern empfangen und bestätigt, jedoch nur von den Bus­ teilnehmern ausgewertet, die Daten dieses Telegramms benötigen.

Es sind jedoch auch andere Datenbussysteme in Kraftfahrzeugen bekannt.

Üblicherweise weisen die Busteilnehmer eines Datenbussystems in Kraft­ fahrzeugen eine Stromversorgung auf, die entweder bei ausgeschalteter Zündung abgeschaltet und nur durch das Einschalten der Zündung wieder eingeschaltet wird (Stromversorgung über die sog. "Klemme 15") oder durch eine untrennbare Verbindung mit der Kraftfahrzeugbatterie auch bei ausge­ schalteter Zündung am Stromversorgungsanschluß des Busteilnehmers an­ liegt (Stromversorgung über die sog. "Klemme 30"). Bei einer Stromversor­ gung nach der ersten Alternative ist ein gegebenenfalls notwendiger Da­ tenaustausch zwischen den Busteilnehmern bei ausgeschalteter Zündung nicht möglich, während bei einer Stromversorgung nach der zweiten Alter­ native ein unerwünscht hoher Ruhestromverbrauch auftritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Datenbussystem zu schaffen, mit dem der Ruhestrom bei ausgeschalteter Zündung trotz Ermöglichung notwendiger Funktionen weitgehend reduziert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Gegenstände der Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt in der Schaffung eines selektiven Weckzustandes bei ausgeschalteter Zündung, durch den ein zeitweiser Datenaustausch zwischen ausgewählten Busteilnehmern, die jeweils be­ stimmten notwendigen Funktionen zugeordnet sind, ermöglicht wird. Erfin­ dungsgemäß wird demnach bei ausgeschalteter Zündung grundsätzlich die Stromversorgung von den Busteilnehmern abgeschaltet und nur bei zeit­ weise notwendigem Datenaustausch ausgewählter Busteilnehmer kurzzeitig eingeschaltet bzw. mit Spannung versorgt. Hierzu wird zumindest ein Bus­ teilnehmer als Hauptbusteilnehmer definiert, um den jeweiligen Weckzu­ stand zu steuern, obwohl die Busteilnehmer grundsätzlich gleichberechtigt sein können. Darüber hinaus müssen die Busteilnehmer zur Realisierung des selektiven Weckzustandes eine Erweiterung in Form einer Auswerte­ schaltung aufweisen, die bei ausgeschaltetem Busteilnehmer noch mit Strom versorgt wird. Da jedoch nur die Auswerteschaltungen mit Strom versorgt werden müssen, wird durch das grundsätzliche Abschalten der Stromversor­ gung von den Busteilnehmern der Ruhestromverbrauch weitgehend redu­ ziert. Die Auswerteschaltung kann dabei hardwaremäßig im Busteilnehmer integriert oder extern am Busteilnehmer angeschlossen werden. Weiterhin kann sich die Auswerteschaltung eines Hauptbusteilnehmers von den Aus­ werteschaltungen der übrigen Busteilnehmer unterscheiden. Auch können alle Busteilnehmer Hauptbusteilnehmer in dem Sinne sein, daß sie einen selektiven Weckzustand steuern können. Ein Hauptbusteilnehmer kann ent­ weder durch einen externen Weckeingang (Interrupteingang) geweckt wer­ den oder sich selbst wecken, z. B. durch eine mit der Auswerteschaltung ver­ bundene Echtzeituhr.

Als Weiterbildung der Erfindung weist der Hauptbusteilnehmer zur Aktivie­ rung eines notwendigen Datenaustausches eine Schaltung auf, die ein Aus­ wahltelegramm auf den Datenbus ausgibt, durch das jeder zeitweise not­ wendige Datenaustausch zwischen ausgewählten Busteilnehmern vorgebbar ist. In einem Speicher des Hauptbusteilnehmers, z. B. in dessen Mikropro­ zessor oder in dessen Auswerteschaltung, wird abgespeichert, wann und ggf. wie lange ein Datenaustausch notwendig ist und welche Busteilnehmer für den jeweiligen notwendigen Datenaustausch auszuwählen sind. Dabei kann auch der Hauptbusteilnehmer ausgewählter Busteilnehmer sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung empfangen die Auswerteschaltungen aller Busteilnehmer das Auswahltelegramm, um fest­ zustellen, ob der ihnen jeweils zugeordnete Busteilnehmer ausgewählt ist, und schalten nur in diesem Fall die Stromversorgung ein.

Das Abschalten erfolgt beispielsweise durch den Hauptbusteilnehmer, insbesondere durch das Abschalten aller Bustelegramme oder durch Ausgabe eines dominanten Bussignals, z. B. durch Überschreiben einer bestehenden Übertragung mit einem langem High-Pegel. Bei bekannten Bussystemen (z. B. CAN) ist den Busteilnehmern bekannt, daß es sich bei der zweiten Variante üblicherweise um eine Bus-Protokoll-Verletzung handelt, wonach sie ihre Übertragung beenden.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß nicht nur die Auswerteschaltungen, sondern auch die steuerbaren Schalter zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung entweder in dem jeweiligen Busteilnehmer integriert oder an dem jeweiligen Busteilnehmer extern angeschlossen sein können. Der Anschluß des steuerbaren Schalters und der Auswerteschaltung außerhalb des Busteilnehmers hat den Vorteil, daß bereits vorhandene Datenbussy­ steme ohne Änderung der Busteilnehmer aufgerüstet werden können. Grundsätzlich ist jedoch bei dem Aufbau neuer Datenbussysteme eine Inte­ gration der Auswerteschaltung und des steuerbaren Schalters im Gehäuse der Busteilnehmer vorzuziehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Datenbussystems und

Fig. 2 den Aufbau einer Auswerteschaltung eines Busteilnehmers, der nicht Hauptbusteilnehmer ist.

In Fig. 1 sind die Busteilnehmer 1, 2, 3 und 4 am Datenbus 8 angeschlos­ sen. Der Busteilnehmer 1 ist im vorliegenden Beispiel als Hauptbusteilneh­ mer definiert. Die Busteilnehmer 2, 3 und 4 weisen eine Auswerteschaltung 5 auf, die sich von der Auswerteschaltung 10 des Hauptbusteilnehmers 1 unterscheiden. Die Auswerteschaltung 10 des Hauptbusteilnehmers 1 weist über den Aufbau der Auswerteschaltungen 5 der übrigen Busteilnehmer 2, 3 und 4 hinaus eine Schaltung 11 auf, mit der ein Auswahltelegramm (C1 bis C4) auf den Bus ausgegeben werden kann. Zur Zeitsteuerung des selektiven Weckzustandes weist die Auswerteschaltung 10 des Hauptbusteilnehmers 1 eine Echtzeituhr 7 auf. Diese weckt wiederum zuerst den Hauptbusteilnehmer 1 bzw. dessen Mikroprozessor (µP) (hier nicht dargestellt). In einem Speicher des Hauptbusteilnehmers (µP) ist abgespeichert, wann und wie lange ein zeitweise notwendiger Datenaustausch vorzunehmen ist, und, welche Busteilnehmer für den jeweiligen Datenaustausch ausgewählt werden müssen. Beispielsweise soll zeitweise ein Datenaustausch C1 zwischen dem Hauptbusteilnehmer 1 und dem Busteilnehmer 2, ein Datenaustausch C2 zwischen dem Busteilnehmer 2 und dem Busteilnehmer 4, ein Datenaustausch C3 zwischen dem Hauptbusteilnehmer 1 und dem Busteilnehmer 3 und ein Datenaustausch C4 zwischen dem Busteilnehmer 3 und dem Busteilnehmer 4 vorgenommen werden. Im Speicher des Hauptbusteilnehmers 1 ist für jeden notwendigen Datenaustausch C1 bis C4 ein entsprechendes Auswahltelegramm abgespeichert, das zur Aktivierung des jeweils notwendigen Daten­ austausches vom Hauptbusteilnehmer 1 auf den Datenbus 8 ausgegeben wird.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß die Auswerteschaltung 10 alterna­ tiv auch einen externen Interrupteingang aufweisen kann (hier nicht darge­ stellt), durch den der Schalter 6 des Hauptbusteilnehmers 1 ebenfalls ge­ schlossen werden kann. Das Abschalten erfolgt wiederum vom durch das Schließen des Schalters 6 geweckten Hauptbusteilnehmer 1 selbst. Darüber hinaus können auch mehrere oder alle Busteilnehmer 1, 2, 3, 4 mit einer Auswerteschaltung 10 ausgestattet sein, die gegenüber der Auswerteschal­ tung 5 funktionell erweitert ist, wenn mehrere oder alle Busteilnehmer Hauptbusteilnehmer sein bzw. einen selektiven Weckzustand steuern sollen.

Insbesondere die Auswerteschaltung 10 kann beispielsweise auch einen programmierbaren Speicher enthalten, worin abgelegt werden kann, auf welche Anzahl der Impulse I die jeweilige Auswerteschaltung reagieren soll.

Die Auswerteschaltungen 5 und 10 sind zur Stromversorgung mit der Klemme 30 des Fahrzeuges verbunden, die für die Stromversorgung mit der Batteriespannung U_B durch direkte Verbindung mit der Batterie üblicher­ weise vorgesehen ist.

Erkennen die Auswerteschaltungen 5 und/oder 10 der Busteilnehmer 1, 2, 3 und/oder 4 insbesondere aufgrund des erhaltenen Auswahltelegramms, daß sie für einen notwendigen Datenaustausch ausgewählt wurden, steuert jede dem jeweils ausgewählten Busteilnehmer zugeordnete Auswerteschaltung über den Ausgang 9 einen steuerbaren Schalter 6 an, um den gesamten Busteilnehmer mit der Klemme 30 zur Stromversorgung mit der Batteriespannung U_B zu verbinden. Ist die Auswerteschaltung 5 bzw. 10 in den Busteilnehmern 1, 2, 3 und 4 wie im dargestellten Beispiel integriert, entspricht die Stromversorgung des Busteilnehmers über den steuerbaren Schalter 6 der Stromversorgung des Busteilnehmers mit Ausnahme der Auswerteschaltung, da diese ohnehin ständig versorgt wird.

Die Dauer des Schließens des steuerbaren Schalters 6 im selektiven Weck­ zustand wird beispielsweise ebenfalls über den Hauptbusteilnehmer 1 gere­ gelt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Dauer des Schließens des steuer­ baren Schalters 6 nach Aktivierung des notwendigen Datenaustauschs in den jeweils ausgewählten Busteilnehmern selbst vorgegeben wird.

In Fig. 2 ist am Beispiel des Datenaustausches C2 zwischen den Busteil­ nehmern 2 und 4 der Aufbau und die Funktionsweise einer Auswerteschal­ tung 5 zur Erkennung, ob der ihr zugeordnete Busteilnehmer für den selektiven Datenaustausch ausgewählter Busteilnehmer ist, dargestellt.

In Fig. 2 sind die mit Fig. 1 identischen Zeichnungselemente mit den glei­ chen Bezugszeichen versehen. In Fig. 2 soll die Auswerteschaltung 5 die Auswerteschaltung des Busteilnehmers 2 sein.

Das beispielsweise dem Datenaustausch C2 zugeordnete Auswahltele­ gramm beginnt mit einem langen ersten Impuls E, auf den zwei kurze Codeimpulse I folgen, und endet mit einem langen letzten Impuls A. Wäh­ rend sämtliche Auswahltelegramme für jeden Datenaustausch C1 bis C4 mit einem langen ersten Impuls E beginnen und mit einem langen letzten Impuls A enden, entspricht die Anzahl der kurzen Codeimpulse I zwischen dem Im­ puls E und dem Impuls A dem gerade notwendigen Datenaustausch.

Erkennt also der Hauptbusteilnehmer 1, daß als nächstes der Datenaus­ tausch C2 zu aktivieren ist, wird aus dem Speicher seines Mikroprozessors (µP) das Auswahltelegramm für den Datenaustausch C2 ausgelesen und über die Schaltung 11, die im vorliegenden Beispiel in der Auswerteeinheit 10 integriert ist, auf den Datenbus 8 ausgegeben. Dieses auf den Datenbus 8 ausgegebene Auswahltelegramm wird von den Auswerteschaltungen 5 und 10 der Busteilnehmer 1 bis 4 empfangen und ausgewertet. Hierzu ist das Auswahltelegramm Eingangssignal sowohl eines Oszillators 12 als auch eines Zählers 13 in der Auswerteschaltung 5 (oder 10). Der Oszillator 12 filtert die kurzen Codeimpulse I aus. Durch den langen ersten Impuls E wird jeweils ein kurzer Impuls P1 vom Oszillator 12 an den Eingang R(E/A) der Schaltersteuerung 14 ausgegeben. Der Impuls P1 veranlaßt die Schaltersteuerung 14 zur Ausgabe eines Resets R, der an den Zähler 13 weitergegeben wird.

Der Zähler 13 beginnt auf den Reset R hin, der durch den langen ersten Im­ puls E ausgegeben wird, die auf diesen Reset R hin folgenden kurzen Codeimpulse I zu zählen, bis der lange letzte Impuls A den Zählvorgang beendet.

Wird beispielsweise, wie im vorliegenden Fall beim Datenaustausch C2 die Folge von zwei kurzen Codeimpulsen 1 erfaßt, gibt der Zähler 13 diesen Zählerstand an die Eingänge In1 bis In4 der Schaltersteuerung 14 aus. Durch den entsprechenden Zählerstand an diesen Eingängen der Schalter­ steuerung 14 wird der Datenaustausch C2 erkannt und daraufhin der Aus­ gang 9 zum steuerbaren Schalter 6 derart angesteuert, daß der steuerbare Schalter 6 geschlossen wird.

Das Abschalten der aktiven Busteilnehmer erfolgt entweder automatisch nach einem Zeitablauf (Timeout) oder über den Hauptbusteilnehmer 1, Z.B. durch die Ausgabe eines langen Impulses E, der ebenfalls einen Reset der Zähler ausführt und somit auch den Ausgang 9 zurücksetzt, wodurch die Schalter 6 wieder geöffnet werden.

Da in Fig. 2 als Beispiel die Auswerteschaltung 5 des Busteilnehmers 2 dar­ gestellt ist, der beim Datenaustausch C1 und C2 ausgewählter Busteilneh­ mer ist, wird bei den sich aus der Anzahl der kurzen Codeimpulse I der Aus­ wahltelegramme für C1 und C2 ergebenden Zählerständen (C1: ein Codeimpuls I, C2: zwei Codeimpulse I) an den Eingängen In1 bis In4 der Schaltersteuerung 14 der Ausgang 9 zum Schließen des steuerbaren Schalters 6 aktiviert. Würde beispielsweise der Zähler 13 bei einem ange­ forderten Datenaustausch C4 vier kurze Codeimpulse I erkennen, würde dies nicht zum Aktivieren des Ausgangs 9 führen, wonach der steuerbare Schalter 6 geöffnet bleiben würde.

Die Auswerteschaltung 5 nach Fig. 2 ist ausschließlich durch Hardwarebau­ steine realisiert: Beim vorliegenden Beispiel wird die Auswerteschaltung vorzugsweise durch den Oszillator 12, der ein MC14060-Baustein sein kann, durch einen Zähler 13, der ein MC74HC393-Baustein sein kann, und durch eine Schaltersteuerung 14, die ein ispGAL22V10C-Baustein sein kann, realisiert. Die Auswerteschaltung kann auf einem Chip integriert werden, vorzugsweise in CMOS Technologie, da diese unter dem Gesichtspunkt der Stromersparnis am geeignetsten ist. Des weiteren kann auf dem Chip ein Bus- (z. B. CAN-)Transceiver integriert sein, da dieser ebenfalls ständig mit Strom versorgt werden muß.

Weiterhin kann nach Aktivierung eines Datenaustausches der Hauptbusteil­ nehmer 1 den Datenaustausch zwischen anderen ausgewählten Busteil­ nehmern überwachen, um im Fehlerfall ggf. korrigierend eingreifen zu kön­ nen. Eine derartige Überwachungsfunktion durch den Hauptbusteilnehmer 1 kann ebenfalls selektiv vorgenommen werden, wenn z. B. ein bestimmter Datenaustausch, z. B. C4, für eine sicherheitskritische Funktion zuständig ist.

Insbesondere bei einer Fehlererkennung können die Ausgänge P2, P3 oder P4 des Oszillators 12 aktiviert werden, um vorgegebene Fehlerbehandlungs­ funktionen auszulösen. Beispielsweise kann durch den Hauptbusteilnehmer 1 festgestellt werden, daß die Auswahltelegramme asynchron von den Bus­ teilnehmern 2 bis 4 ausgewertet werden, da beispielsweise ein langer letzter Impuls A fälschlicherweise als ein langer erster Impuls E erkannt wurde. In diesem Fall kann beispielsweise durch den Hauptbusteilnehmer 1 ein be­ züglich der Impulse E oder A längerer Impuls (z. B. Faktor 2) ausgegeben werden, wodurch daraufhin am Oszillator 12 der Ausgang P2 bzw. an der Schaltersteuerung 14 der Eingang R(syn) aktiviert werden. Hierdurch wird ein synchronisierender Reset R an die Zähler 13 sämtlicher ausgewählter Busteilnehmer ausgegeben. Somit findet wieder eine Synchronisierung der Busteilnehmer auf den langen ersten Impuls E statt.

Weiterhin ist durch den Hauptbusteilnehmer 1 die Erkennung eines Fehlers möglich, bei dem das Einschalten aller Busteilnehmer erforderlich wäre, woraufhin über ein weiteres Fehlersignal der Ausgang P3 des Oszillators 12 bzw. der Eingang "alle 1" der Schaltersteuerung 14 aktiviert werden könnten, wodurch die Ausgänge 9 aller Busteilnehmer zum Einschalten der steuerba­ ren Schalter 6 aktiviert werden.

Erkennt der Hauptbusteilnehmer 1 einen Fehler, bei dessen Vorliegen das Ausschalten aller Busteilnehmer vorteilhaft wäre, wird über ein weiteres Si­ gnal über den Datenbus 8 der Ausgang P4 des Oszillators 12 aktiviert, um über den Eingang "alle 0" der Schaltersteuerung 14 die Ausgänge 9 aller Busteilnehmer 1 bis 4 zu deaktivieren, so daß keiner der steuerbaren Schalter 6 geschlossen wird.

Sind alle steuerbaren Schalter 6 geöffnet, entspricht dies einem Grundzu­ stand bei ausgeschalteter Zündung, wodurch der Ruhestromverbrauch im Kraftfahrzeug minimiert wird. Der Ruhestromverbrauch ist nur in einem se­ lektiven Weckzustand leicht angehoben, wenn die ausgewählten Busteil­ nehmer für einen notwendigen Datenaustausch kurzzeitig ein- und dann wieder ausgeschaltet werden. Somit werden bei ausgeschalteter Zündung die noch notwendigen Funktionen eines Kraftfahrzeuges sichergestellt.

Claims (4)

1. Datenbussystem für Kraftfahrzeuge mit einer Mehrzahl von elektronischen Busteilnehmern, die jeweils einen Eingang aufweisen, der zur Stromver­ sorgung der Busteilnehmer mit der Kraftfahrzeugbatterie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Busteilnehmer (1, 2, 3, 4) mit einer Auswerteschaltung (5; 10, 11, 7) und einem steuerbaren Schalter (6) ver­ sehen ist, daß in einem Grundzustand die Stromversorgung jedes Bus­ teilnehmers (1, 2, 3, 4) mit Ausnahme der ihm zugeordneten Auswerteschal­ tung (5; 10, 11, 7) bei ausgeschalteter Zündung durch die Offenstellung des Schalters (6) abgeschaltet ist, daß in einem selektiven Weckzustand bei zeitweise notwendigem Datenaustausch (C1; C2; C3; C4) zwischen ausgewählten Busteilnehmern (1, 2; 2, 4; 1, 3; 3, 4) der steuerbare Schalter (6) jedes ausgewählten Busteilnehmers über dessen Auswerte­ schaltung (5; 10, 11, 7) geschlossen wird, und daß zur Steuerung eines Weckzustandes zumindest einer der Busteilnehmer (1, 2, 3, 4) als Haupt­ busteilnehmer (1) definiert wird.

2. Datenbussystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung eines Weckzustandes zuerst der steuerbare Schalter (6) des Hauptbusteilnehmers (1) durch das Steuersignal einer externen oder internen Zusatzschaltung (7) eingeschaltet wird.

3. Datenbussystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Hauptbusteilnehmer (1) zur Steuerung eines Weckzustandes ei­ ne Schaltung (11) durch die jeder zeitweise notwendige Datenaustausch (C1; C2; C3; C4) zwischen ausgewählten Busteilnehmern (1, 2; 2, 4; 1, 3; 3, 4) in Form eines auf den Datenbus auszugebendes Auswahlte­ legramms vorgebbar ist, und einen Speicher, in dem die Auswahl­ telegramme gespeichert sind, aufweist.

4. Datenbussystem nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aktivierung eines bestimmten notwendigen Datenaustausches (C2) zwischen ausgewählten Busteilnehmern (2, 4) der Hauptbusteilnehmer (1) das entsprechende Auswahltelegramm (E-I-I-A) auf den Datenbus (8) ausgibt, das von den Auswerteschaltungen aller oder zumindest der übri­ gen Busteilnehmer empfangen und ausgewertet wird, wonach nur die ausgewählten Busteilnehmer (2,4) ihren steuerbaren Schalter (6) schlie­ ßen.