DE10061263B4 - Verfahren zum Betreiben eines Bus-Systems und Bus-System in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Bus-Systems in einem Kraftfahrzeug, mit einer Vielzahl von Steuergeräten, die bidirektional über eine Busstruktur miteinander verbunden sind, umfassend funktionsauslösende und funktionsausführende Steuergeräte, wobei mindestens einem funktionsausführenden Steuergerät ein zündungsunabhängiger elektrischer Verbraucher zugeordnet ist, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Erfassen des Zündungszustandes durch mindestens ein Steuergerät, b) Senden eines Befehls von mindestens einem funktionsauslösenden Steuergerät an mindestens ein zugeordnetes funktionsausführendes Steuergerät innerhalb eines Zeitraumes TS, falls eine Funktion bei ausgeschalteter Zündung aktiv bleiben soll oder aktiviert werden soll, c) Lokales Zwischenspeichern des Befehls in dem mindestens einen funktionsausführenden Steuergerät und d) Ausschalten des Bus-Systems, bis eine Einschaltbedingung erfüllt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Bus-System in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Bus-Systems.
• Aufgrund der zunehmenden Anzahl von Steuergeräten und anderen elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug ist es seit längerem bekannt, die einzelnen elektrischen Komponenten über eine Busstruktur miteinander bidirektional zu verbinden. Dabei findet zurzeit überwiegend der speziell auf die Anforderungen im Kraftfahrzeugbereich zugeschnittene CAN-Bus Anwendung. Bei vielen Funktionen ist es aufgrund der räumlichen Verteilung der anzusteuernden elektrischen Verbraucher und der räumlichen Trennung zwischen den Bedienelementen und den elektrischen Verbrauchern üblich, Haupt- und Nebensteuergeräte zu verwenden. Das Hauptsteuergerät erzeugt dabei die funktionsauslösenden Steuerbefehle und überträgt diese an die Nebensteuergeräte, damit diesen dann durch Ansteuerung der elektrischen Verbraucher die gewünschte Funktion ausführen. Die Hauptsteuergeräte können daher als Master oder funktionsauslösende Steuergeräte und die Nebensteuergeräte als Slaves oder funktionsausführende Steuergeräte bezeichnet werden. Das Bus-System ist dabei solange eingeschaltet, wie eine bestimmte Funktion ausgeführt werden soll, d. h. auch wenn nur einige Steuergeräte kommunizieren, alle am Bus-System angeschlossenen Steuergeräte eingeschaltet sein müssen. Eine nur partielle Ausschaltung einzelner Steuergeräte ist aufgrund des Aufbaus derartiger Bus-Systeme wie dem Can-Bus nicht möglich. Der Ruhestrom von eingeschalteten Steuergeräten beträgt jeweils einige 100 mA im Vergleich zu einigen μA bei abgeschalteten Bus. Dieser Energieverbrauch ist bei aktivem Generator relativ unkritisch und im Hinblick auf die vereinfachte Steuerung des Bus-Systems hinnehmbar. Problematischer ist der Fall bei ausgeschalteter Zündung, wo die Batterie die gesamte Energieversorgung übernehmen muss.
• Aus der DE 34 86 192 T2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Bus-Systems in einem Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Vielzahl von Steuergeräten, die bidirektional über eine Busstruktur miteinander verbunden sind. Dabei wird periodisch überprüft, ob die Zündung noch eingeschaltet ist. Solange die Zündung eingeschaltet ist, bleibt der Bus aktiv. Ist die Zündung hingegen ausgeschaltet, wird überprüft, ob das Bus-System in einen Schlaf-Modus überführt werden kann. Wenn eine wichtige Funktion noch aktiv ist, bleibt der Bus aktiv.
• Ansonsten bleibt der Bus für eine gewisse Zeit noch aktiv und wird in den Schlaf-Modus geschaltet, falls keine wichtige Funktion in der gewissen Zeit aktiviert wurde.
• Aus der DE 690 03 085 T2 ist ein Verfahren zum Steuern eines Netzwerkes elektronischer Stationen bekannt, die je wenigstens eine Funktion zu generieren vermögen. Dabei wird wenigstens bei bestimmten Stationen ein Aktivierungssignal generiert, wenn eine zuvor inaktive Funktion angefordert wird. Weiter wird ein Deaktivierungssignal generiert, wenn eine zugehörige, zuvor aktive Funktion in Ruhezustand geschaltet wird. Die Aktivierungssignale inkrementieren einen Zähler und die Deaktivierungssignale dekrementieren den Zähler, wobei das Netzwerk bei einem Zählerstand Null in den Schlaf-Modus geschaltet wird.
• Aus der DE 689 06 173 T2 ist ein Verfahren für ein Bus-System bekannt, wobei mittels Nachrichten unterschiedlicher Formate das Bussystem in den Betriebszustand oder Standby-Zustand geschaltet werden kann.
• Aus der EP 0 829 786 A2 ist ein Verfahren zur Steuerung der elektrischen Versorgung einer Anzahl untereinander auf einer Datenverbindung kommunizierender Steuergeräte bekannt, bei dem nach Aussenden eines ersten definierten Datenbefehls zumindest eines der Steuergeräte in einen Ruhestrom-Verbrauchszustand und bei Aussenden eines zweiten definierten Datenbefehls die in Ruhestrom-Verbrauchszustand befindlichen Steuergeräte in den Normalzustand versetzt werden. Dabei übernimmt ein Steuergerät die Funktion eines Masters, der als einziger den ersten Datenbefehl senden kann, wobei alle Steuergeräte den zweiten Datenbefehl senden können, falls eine Aufweckbedingung vorliegt.
• Aus der DE 197 14 937 A1 ist ein Datenbussystem für Kraftfahrzeuge mit einer Mehrzahl von Busteilnehmern bekannt, die jeweils einen Eingang aufweisen, der zur Stromversorgung der Busteilnehmer mit einer Batterie dient, wobei jeder Busteilnehmer mit einer Auswerteschaltung und einem steuerbaren Schalter versehen ist, wobei in einem Grundzustand die Stromversorgung jedes Busteilnehmers mit Ausnahme der ihm zugeordneten Auswerteschaltung bei ausgeschalteter Zündung durch die Offenstellung des Schalters abgeschaltet ist. Weiter wird in einem selektiven Weckzustand bei zeitweise notwendigem Datenaustausch zwischen ausgewählten Busteilnehmern der steuerbare Schalter jedes ausgewählten Busteilnehmers über dessen Auswerteschaltung geschlossen, wobei zur Steuerung eines Weckzustandes zumindest einer der Busteilnehmer als Hauptbusteilnehmer definiert wird.
• Aus der DE 198 53 451 A1 ist ein Verfahren zum Aktivieren einer Mehrzahl von Netzwerkkomponenten über ein Bussystem bekannt, wobei eine aktivierte Netzwerkkomponente die Zustandsänderung über das Bussystem an mindestens eine weitere Netzwerkkomponente sendet.
• Weitere Bussysteme sind aus der WO 99/50098 A1 sowie der JP 11115650 A bekannt.
• Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Bus-System und ein Verfahren zum Betreiben eines Bus-Systems zu schaffen, mittels derer bei abgeschalteter Zündung die Batterie weniger stark belastet wird.
• Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Hierzu wird der Zündungszustand durch mindestens ein Steuergerät erfaßt und der Zustand „Zündung aus” an alle Steuergeräte übertragen, die dann prinzipielle „Schlafbereitschaft” signalisieren. Unter Schlafbereitschaft wird dabei verstanden, daß das Bus-System abgeschaltet werden kann. Dabei überprüfen die funktionsauslösenden Steuergeräte, ob noch Funktionen aktiv sind oder aktiviert wurden, wo elektrische Verbraucher auch nach abgeschalteter Zündung aktiv bleiben. Beispiele hierfür sind das Standlicht, Standheizung und Blinkleuchten, insbesondere die Warnblinkleuchten. Ermittelt ein funktionsauslösendes Steuergerät eine derartige Funktion, so sendet diese innerhalb eines bestimmten, parametrierbaren Zeitraums die Steuerbefehle an die funktionsausführenden Steuergeräte. Die funktionsausführenden Steuergeräte speichern diese Steuerbefehle lokal. Anschließend wird das Bus-System abgeschaltet, bis eine Einschaltbedingung erfüllt ist. Dadurch ist nur das funktionsausführende Steuergerät während dieser Zeit aktiv, so daß das übrige Bus-System die Batterie nur noch vernachlässigbar mit der Ruheleistung belastet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Einschaltbedingung für das Bus-System vorgesehen, wenn an dem funktionsauslösenden Steuergerät eine Eingabe erfolgt, aus der sich eine Änderung der durchgeführten Funktion ergibt. Betätigt beispielsweise ein Insasse den Schalter für Standheizung, um diese auszuschalten, so wacht zunächst das funktionsauslösende Steuergerät auf und schaltet das Bus-System an. Anschließend überträgt das funktionsauslösende Steuergerät die geänderten Steuerbefehle an die funktionausführenden Steuergeräte, die dann die elektrischen Verbraucher abschalten. Anschließend kann dann wieder das ganze Bus-System ausgeschaltet werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bus-System nach einer festen, vorgebbaren Zeit T_W nach Abschaltung des Bus-Systems durch die funktionsausführenden Steuergeräte eingeschaltet, die dann die aktuell wirksamen Steuerbefehle der funktionsauslösenden Steuergeräte abfragen. Erhalten die funktionsausführenden Steuergeräte keine Antwort, so werden die elektrischen Verbraucher durch die funktionsausführenden Steuergeräte abgeschaltet. Dadurch wird verhindert, daß aufgrund von Defekten oder Übertragungsfehlern die elektrischen Verbraucher unnötigerweise angeschaltet bleiben. Erhalten die funktionsausführenden Steuergeräte hingegen Steuerbefehle von dem funktionsauslösenden Steuergerät, so werden diese wieder zwischengespeichert und anschließend das Bus-System wieder abgeschaltet. Dabei wird vorzugsweise ein Zähler verwendet, der durch den eingeschalteten Bus zurückgesetzt und durch die Abschaltung des Bus-Systems gestartet wird.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß nach einer bestimmten Zeit T_MAX die elektrischen Verbraucher ausgeschaltet werden, da dann davon ausgegangen werden kann, daß der Nutzer vergessen hat, den elektrischen Verbraucher auszuschalten.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die periodische Aufweckung des Bus-Systems zur Resynchronisation paralleler Funktionen benutzt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
• 1a einen zeitlichen Verlauf eines den Zündungszustandes repräsentierenden Signals,
• 1b einen zeitlichen Verlauf eines den Zustand eines elektrischen Verbrauchers repräsentierenden Signals,
• 1c ein Zustandsdiagramm eines Bus-Systems und
• 1d einen zeitlichen Verlauf des Stromes I des Bus-Systems.
• Das nicht näher dargestellte Bus-System in einem Kraftfahrzeug umfaßt eine Vielzahl von Steuergeräten, die bidirektional über eine Busstruktur miteinander verbunden sind. Die Steuergeräte sind dabei unterteilt in funktionsauslösende und funktionsausführende Steuergeräte. Zum besseren Verständnis sei angenommen, daß ein funktionsausführendes Steuergerät das Innenlicht des Kraftfahrzeuges steuert, wobei das funktionsauslösende Steuergerät einem Schalter des Innenlichtes zugeordnet ist. Das Innenlicht gehört zu den elektrischen Verbrauchern, die auch bei ausgeschalteter Zündung aktiv bleiben können.
• Wie aus der 1a ersichtlich, wird zum Zeitpunkt t₀ die Zündung Z ausgeschaltet, wohingegen das bereits vorher eingeschaltete Innenlicht L eingeschaltet bleibt. Um dies zu erreichen, ohne daß das Bus-System B die gesamte Zeit eingeschaltet bleiben muß, sendet das funktionsauslösende Steuergerät während einer Zeitspanne T_S nach Abschaltung der Zündung Steuerbefehle an die funktionsausführenden Steuergeräte, die diese zwischenspeichern. Anschließend schaltet das Bus-System B ab, wie aus 1c ersichtlich. Entsprechend sinkt der Stromverbrauch an den Steuergeräten des Bus-Systems von I_A auf den Ruhestrom I_R. Nach einer Zeit T_W wird dann das Bus-System B durch die funktionsausführenden Steuergeräte angeschaltet und überprüft, ob die zwischengespeicherten Steuerbefehle noch gültig sind. Ist dies der Fall, so bleiben die Steuerbefehle abgespeichert und entsprechend bleibt das Innenlicht L an. Nach der Zeitspanne T_S wird dann das Bus-System wieder abgeschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die Steuerbefehle durch das funktionsauslösende Steuergerät geändert werden, die Zündung wieder eingeschaltet wird oder aber eine Zeitspanne T_MAX überschritten wird. Nach T_MAX wird das Bus-System B durch das funktionsauslösende Steuergerät oder ein anderes Steuergerät geweckt. Die funktionsauslösenden Steuergeräte senden dann den funktionsausführenden Steuergeräten geänderte Steuerbefehle, worauf dann die noch aktiven elektrischen Verbraucher abgeschaltet werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die dargestellten Zeiten T_S, T_W und T_MAX nicht maßstäblich dargestellt sind.
• Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsbeispiel ist die Ansteuerung der Blinkleuchten, insbesondere der Warnblinkleuchten. Auch diese müssen bei Bedarf nach ausgeschalteter Zündung aktiv bleiben können bzw. nach Ausschaltung aktivierbar sein. Dabei ist üblicherweise jeder einzelnen Warnblinkleuchte oder aber Bereichen wie der Frontblinkleuchten und den Heckblinkleuchten ein eigenes funktionsausführendes Steuergerät zugeordnet. Bei eingeschalteter Zündung und aktivem CAN-Bus erfolgt dabei die Steuerung durch das funktionsauslösende Steuergerät über die funktionsausführenden Steuergerät. Dabei gibt das funktionsauslösende Steuergerät ein Blinkzyklus vor und überträgt diesen an die funktionsausführenden Steuergeräte. Die funktionsausführenden Steuergeräte steuern dann die Blinkleuchten entsprechend dem vorgegebenen Blinkzyklus an, wobei diese durch Messung den aktuellen Blinkzyklus erfassen und gegebenenfalls korrigieren können. Die Synchronität der verschiedenen Blinkleuchten wird dabei bei eingeschaltetem CAN-Bus durch permanente Kommunikation und Korrektur gewährleistet. Wird nun die Zündung ausgeschaltet, so wird der vorgegebene Blinkzyklus in den funktionsausführenden Steuergeräten lokal gespeichert und ausgeführt, wobei der CAN-Bus ausgeschaltet wird. Aufgrund der nunmehr fehlenden permanenten Kommunikation ist die Synchronität zwischen den einzelnen Blinkleuchten über längere Zeit nur schwer aufrechtzuerhalten, da die einzelnen funktionsausführenden Steuergeräte nunmehr asynchron arbeiten, so daß aufgrund nur geringfügiger Abweichungen zwischen den einzelnen Steuergeräten und/oder Einrichtungen zur Messung des Blinkzyklus und/oder der Blinkleuchten die Synchronität verloren geht. Zur Vermeidung dieser Asynchronität wird die periodische Aufweckung des CAN-Bus nach der Zeit T_W dazu benutzt, die verschiedenen funktionsausführenden Steuergeräte der Blinkleuchten wieder zu synchronisieren.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben eines Bus-Systems in einem Kraftfahrzeug, mit einer Vielzahl von Steuergeräten, die bidirektional über eine Busstruktur miteinander verbunden sind, umfassend funktionsauslösende und funktionsausführende Steuergeräte, wobei mindestens einem funktionsausführenden Steuergerät ein zündungsunabhängiger elektrischer Verbraucher zugeordnet ist, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Erfassen des Zündungszustandes durch mindestens ein Steuergerät, b) Senden eines Befehls von mindestens einem funktionsauslösenden Steuergerät an mindestens ein zugeordnetes funktionsausführendes Steuergerät innerhalb eines Zeitraumes T_S, falls eine Funktion bei ausgeschalteter Zündung aktiv bleiben soll oder aktiviert werden soll, c) Lokales Zwischenspeichern des Befehls in dem mindestens einen funktionsausführenden Steuergerät und d) Ausschalten des Bus-Systems, bis eine Einschaltbedingung erfüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bus-System durch das funktionsauslösende Steuergerät eingeschaltet wird, falls der Zustand des elektrischen Verbrauchers geändert werden soll.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bus-System nach einer festen, vorgebbaren Zeit T_W durch die funktionsausführenden Steuergeräte eingeschaltet wird und Befehle von dem funktionsauslösenden Steuergerät abgefragt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei ausbleibenden Befehlen die funktionsausführenden Steuergeräte die aktiven Verbraucher abschalten und anschließend das Bus-System ausschalten.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Zeit T_MAX die aktiven Verbraucher unabhängig vom Zustand des funktionsauslösenden Steuergerätes abgeschaltet werden und anschließend das Bus-System ausgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die abgefragten Befehle von dem funktionsauslösenden Steuergerät parallele Funktionen in verschiedenen funktionsausführenden Steuergeräten synchronisiert werden.
7. Bus-System in einem Kraftfahrzeug, mit einer Vielzahl von Steuergeräten, die bidirektional über eine Busstruktur miteinander verbunden sind, umfassend funktionsauslösende und funktionsausführende Steuergeräte, wobei mindestens einem funktionsausführendem Steuergerät ein zündungsunabhängiger elektrischer Verbraucher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass den funktionsausführenden Steuergeräten lokale Speicher, in denen temporär nach Abschaltung des Bus-Systems Befehle von funktionsauslösenden Steuergeräten zwischenspeicherbar sind, und lokale Zähler zugeordnet sind, nach deren Ablauf das Bus-System einschaltbar ist.
8. Bus-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähler durch einen Befehl der funktionsauslösenden Steuergeräte zurücksetzbar sind.
9. Bus-System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bus-System als CAN-Bus ausgebildet ist.
10. Bus-System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionsausführenden Steuergeräte als dezentral angeordnete Steuergeräte für Blinkleuchten ausgebildet sind.
11. Bus-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den dezentral angeordneten Steuergeräten eine Einrichtung zur Erfassung des Blinkzyklus zugeordnet sind.

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