DE10153846A1 - Verfahren zur Identifizierung von baugleichen Elektronikmodulen in einer CAN-Busarchitektur und geeignetes Elektronikmodul - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kommunikationsarchitektur, die während der Initialisierungsphase als verkettete CAN-Busarchitektur ausgebildet ist. Hierzu wird die CAN-Bus Leitung mittels ansteuerbarer Unterbrecherschaltungen während der Initialisierungsphase in Segmente unterteilt. Das zum Netzwerkcontroller nächstliegende CAN-Bus Segment ist permanent mit dem Netzwerkcontroller verbunden, während die weiteren CAN-Bus Segmente in Form einer Reihenschaltung wie Glieder einer Kette mittels Unterbrecherschaltungen aneinander gereiht werden. An jedes CAN-Bus Segment ist jeweils ein Elektronikmodul angeschlossen. Die Initialisierung der Elektronikmodule durch modulspezifische Identifier beginnt mit dem zum Netzwerkcontroller nächstliegenden Elektronikmodul. Nachdem diesem ersten Elektronikmodul ein modulspezifischer Identifier zugewiesen wurde, wird mittels der Unterbrecherschaltung das nächste in Reihe folgende CAN-Bus Segment zugeschaltet und dem daran angeschlossenen zweiten Elektronikmodul ein zweiter modulspezifischer Identifier zugewiesen. Durch sukzessives, schrittweises Zuschalten der weiteren in Reihe folgenden CAN-Bus Segmente, eines nach dem anderen, und schrittweises Zuweisen von modulspezifischen Identifier an die folgenden Elektronikmodule werden allen Elektronikmodulen, die an ein CAN-Bus Segment angeschlossen sind, modulspezifische Identifier zugewiesen und die Segmentierung der CAN-Bus Leitung aufgehoben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, vorzugsweise eine Zünd- und Einspritzeinheit, mit einer CAN-Bus-Schnittstelle und einer Identifizierungsmöglichkeit sowie ein Verfahren zur Identifizierung der besagten Elektronikmodule durch Zuweisung von Can-Bus Identifier an die Elektronikmodule.
• CAN-Bus Architekturen sind bekannt. In zwei verschiedenen Normen wurde ein "Low-speed controller area network (CAN)" in der ISO 11519-2 (1994) und ein "controller area network for high-speed communication" in der ISO 11898 (1994) spezifiziert. Diese CAN-Bussysteme wurden speziell für die Bedürfnisse von Straßenfahrzeugen entwickelt und werden in diesen Straßenfahrzeugen auch bereits umfangreich eingesetzt.
• Schon vor Herausgabe der Normenspezifizierung hat man in der EP 0 536 557 B1 ein Verfahren zur Steuerung der Antriebsleistung eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem eine erste Steuereinheit die Drosselkappe einer Brennkraftmaschine und eine zweite Steuereinheit die Kraftstoffzumessung und die Zündung der Brennkraftmaschine steuert. Die beiden wesensverschiedenen Steuereinheiten sind an einen CAN-Bus angeschlossen.
• Die Kommunikation in CAN-Bus Architekturen erfolgt mittels botschaftsbezogener Adressierung. Dazu wird jeder Botschaft ein fester Identifier zugeordnet. Der Identifier kennzeichnet den Inhalt der Botschaft (z. B. Motordrehzahl). Ein Busteilnehmer verwettet ausschließlich diejenigen Daten, deren zugehörige Identifier in seiner Liste entgegenzunehmender Botschaften gespeichert sind. Dadurch enthält CAN keine Stationsadressen für die Datenübertragung, und die Knoten brauchen die Systemkonfiguration nicht zu verwalten. Dies macht jedoch die gezielte Ansprache eines bestimmten von mehreren baugleichen Busteilnehmern innerhalb der Busarchitektur, die alle über die gleiche Identifier-Liste verfügen, unmöglich.
• Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe ein Verfahren zur Identifiezierung von baugleichen CAN-Bus fähigen Elektronikmodulen in einer CAN-Busarchitektur und ein hierzu geeignetes Elektronikmodul anzugeben.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung und in den Unteransprüchen enthalten.
• Die Lösung gelingt durch eine Kommunikationsarchitektur, die während der Initialisierungsphase als verkettete CAN-Busarchitektur ausgebildet ist. Hierzu wird die CAN-Bus Leitung mittels ansteuerbarer Unterbrecherschaltungen während der Initialisierungsphase in Segmente unterteilt. Das zum Netzwerkcontroller nächstliegende CAN-Bus Segment ist permanent mit dem Netzwerkcontroller verbunden, während die weiteren CAN-Bus Segmente in Form einer Reihenschaltung wie Glieder einer Kette mittels Unterbrecherschaltungen aneinander gereiht werden. An jedes CAN-Bus Segment ist jeweils ein Elektronikmodul angeschlossen. Die Initialisierung der Elektronikmodule durch modulspezifische Identifier beginnt mit dem zum Netzwerkcontroller nächstliegenden Elektronikmodul. Nachdem diesem ersten Elektronikmodul ein modulspezifischer Identifier zugewiesen wurde, wird mittels der Unterbrecherschaltung das nächste in Reihe folgende CAN-Bus Segment zugeschaltet und dem daran angeschlossenen zweiten Elektronikmodul ein zweiter modulspezifischer Identifier zugewiesen. Durch sukzessives, schrittweises Zuschalten der weiteren in Reihe folgenden CAN-Bus Segmente, eines nach dem anderen, und schrittweises Zuweisen von modulspezifischen Identifier an die folgenden Elektronikmodule werden allen Elektronikmodulen, die an ein CAN-Bus Segment angeschlossen sind, modulspezifische Identifier zugewiesen und die Segmentierung der CAN-Bus Leitung aufgehoben.
• Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
  Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Kommunikationsarchitektur und den erfindungsgemäßen Elektronikmodulen wird darin gesehen, daß mit geringem Aufwand durch eine Segmentierung einer CAN-Bus Leitung mittels einfacher Unterbrecherschaltungen auch im Rahmen der CAN-Bus Architektur die Vergabe von modulspezifischen Identifiern möglich wird. Die Vergabe der modulspezifischen Identifier erfolgt hierbei in einer zeitlich vorgelagerten Initialisierungsphase vor dem Stauen der Netzwerkkommunikation. Nach dieser ersten Initialisierungsphase werden die Unterbrecherschaltungen funktionslos und die gesamte Kommunikation kann über eine normgemäße CAN-Bus Architektur abgewickelt werden. Eine Veränderung der CAN-Bus Spezifikationen ist hierzu nicht erforderlich.
• Eine vorteilhafte Anwendung ergibt sich im Kraftfahrzeug für Zünd- oder Einspritzmodule. Die Zünd- und Einspritzmodule können auch als integrierte Zündeinspritzmodule ausgebildet sein. Zünd/Einspritzmodule sind im Kraftfahrzeug pro Verbrennungszylinder mindestens einmal vorhanden. Für jeden Verbrennungszylinder einer Motorvariante werden identische Zünd/Einspritzmodule vorgesehen, die von einem Motorsteuergerät alle zu unterschiedlichen Zeiten, dieselben Informationen benötigen. Mit einem Hochgeschwindigkeits CAN-Bus ließen sich zwar über die informationsgebundenen Identifier die benötigten Informationen von einem Motorsteuergerät an alle Zünd/Einspritzmodule gleichzeitig verteilen, aber eben nicht zylinderspezifisch, da der herkömmliche CAN-Bus keine modulspezifischen Identifier hat. Mit herkömmlichen CAN-Bussen lassen sich daher Zünd/Einspritzmodule nicht in sinnvoller Weise direkt über eine CAN-Busleitung ansprechen. Hierzu wurden bisher wie in der EP 0 536 557 B1 die Zünd/Einspritzmodule vom Steuergerät mittels Peer to Peer Steuerleitungen jeweils pro Zündmodul und Einspritzmodule für jeden Zylinder separat angesteuert. Man brauchte daher mindestens zwei verschiedene Kommunikationsstrukturen. Mit den erfindungsgemäßen Elektronikmodulen und mit dem erfindungsgemäßen Initialisierungsverfahren gelingt die durchgängige Verwendung des CAN-Buses auch für mehrere baugleiche Busteilnehmer wie zum Beispiel Zündmodule oder Einspritzmodule oder beliebige Kombinationen davon, die trotzdem mittels modulspezifischer Identifier unterschieden werden.
• Die erfindungsgemäßen Elektronikmodule oder das erfindungsgemäße Initialisierungsverfahren sind bzw. ist jedoch nicht auf Zünd/Einspritzmodule beschränkt. Vielmehr lassen sich prinzipiell alle elektrischen und elektronischen Geräte, die an sich über einen CAN-Bus Transceiver verfügen, mit der Erfindung erweitern. Hierdurch lassen sich in verstärktem Maße für die elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug Gleichteilestrategien fahren, da mit der Erfindung nicht mehr abgewogen werden muß, für welche Geräte man besser eine informationsgebundene und für welche Geräte man besser eine Addressen gebundene Kommunikationsstruktur verwendet.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäß segmentierte CAN-Bus Architektur aus erfindungsgemäß aufgebauten Elektronikmodulen mit einer ansteuerbaren Unterbrecherschaltung,
• Fig. 2 eine Variation der CAN-Bus Segmentierung,
• Fig. 3 ein Ablaufschema für ein erfindungsgemäßes Initialisierungsverfahren,
• Fig. 4 ein integriertes Zünd/Einspritzmodul mit einem erfindungsgemäßen Elektronikmodul als Steuereinheit,
• Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel der segmentierten CAN-Bus Architektur auf Zünd- oder Einspritzmodule für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug,
• Fig. 6 zwei Varianten eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls,
• Fig. 7 zwei Varianten einer CAN-Bus Segmentierung auf der Basis von aktiven Folienkabelsätzen.
• Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung vier erfindungsgemäße Elektronikmodule 1, die als Steuereinheiten ZEM1, ZEM2, ZEM3 und ZEM4 bezeichnet sind. Die Bezeichnung (ZEM für Zündenspritzmodul) deutet bereits auf die bevorzugte Verwendung als Steuereinheiten für getrennte oder kombinierte Zündeinspritzmodule an Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen hin. Die Elektronikmodule enthalten jeweils einen Mikrocontroller µC als Steuerrechner und zwei CAN-Bus Transceiver CAN als Schnittstellen. Über die CAN-Bus Schnittstelle CAN sind die einzelnen Elektronikmodule an normgemäße (ISO 11519-2, ISO 11898) Datenleitungen eines Controller Area Network angeschlossen. An das Controller Area Network ist ebenfalls der mit MSG bezeichnete Netzwerkcontroller über mindestens eine CAN-Schnittstelle angeschlossen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel soll der Netzwerkcontroller gleichzeitig das Motorsteuergerät sein, mit dem die Zünd/Einspritzmodule angesteuert werden. In der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Netzwerkcontroller, bzw. das Motorsteuergerät MSG zwei CAN-Bus Schnittstellen, bezeichnet mit CAN1 und CAN2. Grundsätzlich bedarf es für die Erfindung in ihrer allgemeinen Form lediglich einer CAN-Bus Schnittstelle. Die Verwendung von zwei CAN-Bus Schnittstellen am Netzwerkcontroller ermöglicht jedoch die Kommunikationsstruktur als Ringleitung oder Schlaufe auszubilden, deren Leitungsenden jeweils mit einer separaten CAN-Bus Schnittstelle mit dem Netzwerkcontroller verbunden sind. Der Vorteil, der mit einer zweiten CAN-Bus Schnittstelle und mit einer Ringtopologie erzielt wird, liegt in der teilweisen Redundanz der beiden CAN- Bus Schnittstellen. Im Falle eines einfachen Kabelbruchs in der Ringleitung, bleiben in dieser bevorzugten Ausführungsform durch die Redundanz der beiden CAN-Bus Schnittstellen im Netzwerkcontroller, die Elektronikmodule ansprechbar. Dies ist besonders von Vorteil in Anwendungen, bei denen im Fehlerfall Notlaufeigenschaften den weiteren Betrieb sicherstellen sollen. Im in dieser Anmeldung besonders hervorgehobenen Beispiel von Zünd/Einspritzmodulen ermöglicht die redundant ausgelegte Ringleitung den Weiterbetrieb eines Kraftfahrzeuges bei Auftreten eines einfachen Kabelbruchs in der Kommunikationsstruktur.
• Jedes Elektronikmodul hat eine Unterbrecherschaltung 2, die von dem Steuerrechner des Elektronikmoduls angesteuert wird und mit deren Hilfe die CAN-Bus Leitung unterbrochen werden kann und damit segmentiert werden kann.
• Die Unterbrecherschaltung 2 kann physikalisch in das Elektronikmodul integriert sein oder integraler Bestandteil der Busleitung sein, wie weiter unten im Zusammenhang mit der Fig. 7 noch ausgeführt wird. Auch gibt es mehrere Möglichkeiten der schaltungstechnischen Zuordnung von Steuerrechner µC, CAN-Transceiver CAN und Unterbrecherschaltung 2. Eine Möglichkeit der schaltungstechnischen Realisierung ist im Zusammenhang mit Fig. 1 aufgezeigt. Weitere Möglichkeiten sind in Fig. 5 und Fig. 7 dargestellt.
• Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 haben die Elektronikmodule jeweils einen ersten, eingangsseitigen, seriellen CAN-Transceiver 3, dem, in Serie nachgeschaltet, die Unterbrecherschaltung 2 folgt, und dieser, wiederum nachgeschaltet, ein zweiter, ausgangseitiger, serieller CAN-Transceiver 4 folgt. Der Steuerrechner ist mit dem ersten, eingangseitigen, seriellen CAN-Transvceiver permanent verbunden, während eine Verbindung zwischen dem zweiten, ausgangsseitigen, seriellen CAN- Transceiver 4 nur besteht, wenn die Schalter der Unterbrecherschaltung 2 geschlossen sind. Der eingangsseitige CAN-Transceiver ist also durch eine permanente Verbindung mit dem Steuerrechner µC des Elektronikmoduls ausgezeichnet. Innerhalb der Kommunikationsstruktur werden die einzelnen Elektronikmodule miteinander verkettet, indem ein erstes Elektronikmodul mit seinem eingangsseitigen CAN-Transceiver an den Netzwerkcontroller angeschlossen wird. An den ausgangsseitigen. CAN-Transceiver dieses ersten Elektronikmoduls können dann grundsätzlich beliebig viele weitere erfindungsgemäße Elektronikmodule angeschlossen werden, indem jeweils der eingangsseitige CAN-Transceiver des folgenden Elektronikmoduls mit dem ausgangsseitigen CAN-Transceiver des vorhergehenden Elektronikmoduls verbunden wird. Sofern der Netzwerkcontroller lediglich über einen CAN-Transceiver verfügt, läßt sich mit einer solchen Verkettung eine Stichleitung ausbilden, die durch die Unterbrecherschaltungen der einzelnen Elektronikmodule in Segmente unterteilt werden kann.
• Verfügt der Netzwerkcontroller über zwei CAN-Transceiver CAN1 und CAN2, dann kann mit den erfindungsgemäßen Elektronikmodulen auch eine Ringleitung ausgebildet werden. Hierfür gibt es prinzipiell zwei verschiedene Arten der Verkettung.
• Zum einen können, wie in Fig. 1 dargestellt, an jeden der beiden CAN Tranceiver CAN1 und CAN2 des Netzwerkcontrollers zunächst eine erste und zweite Stichleitung angeschlossen werden. Die beiden Endglieder 5a und 5b der ersten Stichleitung und der zweiten Stichleitung werden über ihre ausgangsseitigen CAN-Transceiver miteinander verbunden und die Ringleitung damit geschlossen. Eine Verkettung von zwei Stichleitungen hat für die Initialisierung der Elektronikmodule mit modulspezifischen Identifiern den Vorteil, daß bei Ausfall eines CAN-Transceivers CAN1 oder CAN2 des Netzwerkcontrollers zumindest noch diejenigen Elektronikmodule mit modulspezifischen Identifiern initialisiert werden können, die mit ihren eingangsseitigen CAN-Transceivern an dem intakten CAN-Transceiver des Netzwerkcontrollers angeschlossen sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, bei dem jede der beiden Stichleitung zwei Elektronikmodule enthält und die Ringleitung damit aus zwei gleichlangen Stichleitungen aufgebaut ist, können damit bei Ausfall lediglich eines CAN- Transceivers CAN1 oder CAN2 auf dem Netzwerkcontroller immer mindestens die Hälfte der angeschlossenen Elektronikmodule mit einem modulspezifischen Identifier initialisiert werden.
• Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit, tun mit der Verkettung von erfindungsgemäßen Elektronikmodulen eine Ringleitung auszubilden. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die CAN-Bus Ringleitung aus einer einzigen Stichleitung, die an den ersten CAN-Transceiver CAN1 des Netzwerkcontrollers angeschlossen ist und aus seriell verketteten Elektronikmodulen besteht. Das einzige Endglied 5a dieser Stichleitung ist mit seinem ausgangsseitigen CAN-Transceiver mit dem zweiten CAN- Transceiver CAN2 des Netzwerkcontrollers verbunden und schließt die Stichleitung somit zu einer Ringleitung. Diese Ausführungsform der Ringleitung hat den Nachteil, daß eine Initialisieiung der verketteten Elektronikmodule nur von demjenigen CAN-Transceiver des Netzwerkcontrollers aus erfolgen kann, an den die angeschlossenen Elektronikmodule mit ihren eingangsseitigen CAN- Transceivern angeschlossen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist dies der mit CAN1 bezeichnete Bus Anschluß. Auch dauert die Initialisierungsphase länger als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, da im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 alle angeschlossenen Elektronikmodule sukzessive, nacheinander initialisiert werden müssen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hingegen können die Elektronikmodule in der ersten Stichleitung von dem ersten CAN-Bus Anschluß CAN1 des Netzwerkcontrollers aus zeitgleich mit den Elektronikmodulen der zweiten Stichleitung ausgehend von dem zweiten CAN-Bus Anschluß CAN2 des Netzwerkcontrollers initialisiert werden. Die zeitliche Ausdehnung der Initialisierungsphase verkürzt sich dadurch im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 etwa auf die Hälfte im Vergleich zur zeitlichen Ausdehnung der Initialisierungsphase im Ausführungsbeispiel von Fig. 2.
• Das Verfahren zur Initialisierung der baugleichen Elektronikmodule 1 mit modulspezifischen Identifiern in einer Kommunikationsstruktur, wie sie vorbeschrieben in Fig. 1 oder Fig. 2 erläutert wurde, erfolgt nun wie folgt: Ein vereinfachtes Ablaufdiagramm findet sich in Fig. 3.
• In einem Mikrocontroller des Netzwerkcontrollers ist als Softwareprogramm eine Initialisierungsroutine implementiert. Während der Initialisierungsphase des Kommunikationsnetzwerks werden in einem ersten Verfahrensschritt der Netzwerkcontroller 6 und die angeschlossenen Elektronikmodule zunächst eingeschaltet, aus einem Speicherregister wird von der Initialisierungsroutine eingelesen, wieviele baugleiche Elektronikmodule als Busteilnehmer im angeschlossenen Netzwerk mit einem modulspezifischen Identifier initialisiert werden müssen und mit welchem voreingestellten Startidentifier diese zu initialisierenden Elektronikmodule angesprochen werden müssen. Die Anzahl der zu initialisierenden Elektronikmodule muß bei der Konzipierung der Kommunikationsstruktur bekannt sein. Ebenso muß festgelegt sein, mit welchem Startidentifier diese Elektronikmodule angesprochen werden sollen. Dieser Startidentifier wird deshalb voreingestellt sowohl in die Identifier Liste des Netzwerkcontrollers 6 als auch in die Identifier Liste der zu initialisierenden Elektronikmodule 1 eingegeben. Die Vergabe der Startidentifier obliegt herbei dem Netzwerkdesigner und ist in ihrem Format an die CAN-Bus Spezifikation gebunden. Der Netzwerkdesigner legt auch die Anzahl der Busteilnehmer und die Anzahl der noch zu initialisierenden Elektronikmodule fest. In diesem ersten Verfahrensschritt sind alle Unterbrecherschaltungen 2 zur Segmentierung der Kommunikationsstruktur geöffnet.
• Nachdem vom Mikrocontroller des Netzwerkcontrollers 6 durch Einlesen der Anzahl n zu initialisierender Elektronikmodule festgestellt wurde, wieviele Elektronikmodule zu initialisieren sind und mit welchem Startidentifier ID0 diese Elektronikmodule über die CAN-Datenleitung anzusprechen sind, werden in Fonn einer rekursiven Initialisierungsschleife die angeschlossenen Elektronikmodule mit modulspezifischen Identifiern IDn initialisiert. Die Initialisierungsschleife umfaßt hierbei die folgenden Teilschritte:
  Startend mit dem auf einen CAN-Transceiver CAN1 oder CAN2 des Netzwerkcontrollers folgenden Elektronikmodul 1 wird zunächst dieses Elektronikmodul mit dem Startidentifier angesprochen und diesem Elektronikmodul ein erster modulspezifischer Identifier IDi zugewiesen. Mit diesem modulspezifischen Identifier wird der Startidentifier in der Identifierliste der zu empfangenden Nachrichten in der Identifierliste des Elektronikmoduls überschrieben, so daß dieses Elektronikmodul nur noch Nachrichten verarbeitet, die mit dem zugewiesenen modulspezifischen Identifier versehen sind. Nachdem der modulspezifische Identifier in der Identifierliste des Elektronikmoduls abgelegt ist, wird die erste ansteuerbare Unterbrecherschaltung 2 mittels eines Steuerbefehls des Steuerrechners µC auf dem Elektronikmodul geschlossen. Dadurch wird erste Segmentierung der Bus Leitung aufgehoben. Der Empfang des ersten modulspezifischen Identifiers wird vom Steuerrechner des Elektronikmoduls an den Netzwercontroller in Form eines Antwortsignals übertragen.
• Das nächstfolgende Elektronikmodul kann nun mit einem modulspezifischen Identifier initialisiert werden, indem die Initialisierungsschleife mit einem weiteren modulspezifischen Identifier IDi + 1 wiederholt durchlaufen wird.
• Man erkennt nun, daß durch fortlaufendes, wiederholtes Durchlaufen der Initialisierungsschleife mit jeweils neuen modulspezifischen Identifiern nacheinander alle Elektronikmodule, die mittels einer Stichleitung an einen CAN-Transceiver des Netzwerkcontrollers angeschlossen sind, mit einem modulspezifischen Identifier initialisiert werden können. Verfügt der Netzwerkcontroller über zwei CAN-Transceiver CAN1 und CAN2, an die eine Ringleitung aus zwei Stichleitungen mit mehreren Elektronikmodulen wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 angeschlossen ist, so kann die Initialisierungsschleife für die Elektonikmodule in jeder der beiden Stichleitungen bis zum jeweiligen Endglied der Stichleitung zeitgleich ablaufen. In diesem Fall muß das Initialisierungsprogramm im Netzwerkcontroller allerdings bereits durch Voreinstellungen eine Zuordnung enthalten, wieviele Elektronikmodule an der ersten Stichleitung an dem ersten CAN-Transceiver CAN1 angeschlossen sind und wieviele Elektronikmodule an der zweiten Stichleitung an dem zweitem CAN-Transceiver des Netzwerkcontrollers angeschlossen sind. Ebenso muß im Initialisierungsprogramm eine Zuordnung der modulspezifischen Identifier Idn zu dem beiden Stichleitungen enthalten sind. Es versteht sich, daß Sorge getragen werden muß, daß kein modulspezifischer Identifier doppelt auftritt.
• In allen Ausführungsbeispielen wird während der Initialisierungsphase die Segmentierung der Bus Leitung durch sukzessives Schließen der Unterbrecherschaltungen 2 aufgehoben, so daß nach Abschluß der Initialisierungsphase eine standardgemäße CAN-Bus Leitung vorliegt, an die mehrere Elektronikmodule mittels CAN-Transceiver angeschlossen sind.
• Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Elektronikmodule 1. Die Elektronikmodule sind hier die Steuereinheiten von integrierten Zünd/Einspritzmodulen ZEM. Die Zünd/Einspritzmodule bestehen jeweils aus einer Steuereinheit und einem von der Steuereinheit angesteuerten Leistungsteil. Dem Leistungsteil sind Zündkerzen 7 und Einspritzventile 8 nachgeordnet. Die Zünd/Einspritzmodule sind über eine CAN-Bus Leitung mit dem Motorsteuergerät MSG verbunden, das zugleich der Netzwerkcontroller 6 ist. Das Motorsteuergerät beinhaltet das zur Initialisierung der Zünd/Einspritzmodule notwendige Initialisierungsprogramm, mit dessen Hilfe, wie vorbeschrieben über sukzessive Aufhebung der Segmentierung der Bus Leitung, an die Zünd/Einspritzmodule modulspezifische Identifier vergeben werden können. Durch die modulspezifischen Identifier können die Zünd/Einspritzmodule vom Motorsteuergerät spezifisch über den CAN- Bus angesprochen werden. Insbesondere mit dem Hochgeschwindigkeits CAN-Bus (ISO 11898) wird durch die erfindungsgemäße modulspezifischen Initialisierung ein über den CAN-Bus gesteuertes Motormanagement möglich.
• Bei diesem Anwendungsbeispiel wird noch ein weiterer Vorteil der Erfindung deutlich. Die Vergabe der modulspezifischen Identifier richtet sich nach der Segmentierung der Bus Leitung. Jedem Zünd/Einspritzmodul ist ein vorher vereinbarter Startidentifier zugewiesen worden. Diesen Startidentifier kann man nun Kraftfahrzeug übergreifend vereinheitlichen. Vielleicht gelingt es sogar die Startidentifier zu normen und damit Hersteller übergreifend zu vereinheitlichen. Muß dann ein Elektronikmodul oder eine Zündeinspritzeinheit ausgetauscht werden, kann es einfach durch ein beliebiges anderes Elektronikmodul oder ein beliebig anderes Zünd/Einspritzmodul ersetzt werden. Beim nächsten Initialisieren der Kommunikationsstruktur wird dem neu eingebauten Modul, dann der für die Funktion des Zünd/Einspritzmoduls innerhalb des Netzwerkes benötigte richtige modulspezifische Identifier eingeschrieben. Und zwar ohne daß hierfür etwaige Umprogrammierungen oder Netzwerkveränderungen notwendig wären, die Identifiervergabe hängt nämlich lediglich von dem Segment ab, an das das Elektronikmodul angeschlossen wird.
• Fig. 5 zeigt zur Verdeutlichung eine etwas detailliertere Darstellung eines Zünd/Einspritzmoduls wie es bei dem Zündbus der Fig. 4 verwendet wird. Man erkennt in der Steuereinheit des Zündeinsptitzmoduls ZEM das erfindungsgemäße Elektronikmodul 1 wieder. Das Elektronikmodul enthält einen Steuerrechner µC, einen eingangseitigen und einen ausgangsseitigen CAN-Transceiver und eine Unterbrecherschaltung 2. Die Verschaltung der einzelnen Elemente ist hier stark vereinfacht dargestellt. Mögliche Realisierungen für die Verschaltung können den Fig. 1, 2, 6 und 7 entnommen werden. Der Steuerrechner steuert außer der Unterbrecherschaltung 2 die beiden Zündendstufen und die Einspritzendstufe des Zünd/Einspritzmoduls an. Mit den vorgenannten Endstufen werden die Zündkerzen 7 und Einspritzventile 8 am Kraftfahrzeugmotor betrieben und betätigt.
• Fig. 6 zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls. Das Elektronikmodul in Fig. 6a entspricht exakt den im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 bereits beschriebenen Elektronikmodulen. Ein erster eingangsseitiger CAN-Transceiver 3 konvertiert die auf den beiden normierten Pegelleitungen CANH und CANL anliegenden Signalpegel in logische, digitale Datenformate, die dem Steuerrechner µC zugeleitet werden. Der Steuerrechner ist über eine Steuerleitung, die als gestrichelte Wirkungsleitung dargestellt ist, mit der Unterbrecherschaltung 2 verbunden. Die Unterbrecherschaltung ist sowohl mit dem eingangsseitigen CAN-Transceiver 3 als auch mit dem ausgangsseitigen CAN-Transceiver 4 verbunden und unterbricht oder schließt die direkte Verbindung zwischen eingangsseitigen CAN-Transceiver und ausgangsseitigem CAN- Transceiver in Abhängigkeit der Steuerbefehle. Der Datenabgriff für den Steuerrechner liegt gewissermaßen parallel zu der Datenleitung zwischen eingangsseitigem CAN-Transceiver und ausgangsseitigem CAN-Transceiver. Der ausgangsseitige CAN-Transceiver konvertiert die logischen digitalen Datenformate auf den Datenleitungen im Elektronikmodul wieder in differentielle Signalpegel auf den beiden ausgangsseitigen, normgemäßen Pegelleitungen CANH und CANL.
• Das Elektronikmodul, wie es in Fig. 6b schematisch dargestellt ist, ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Dieses Elektronikmodul kommt vorteilhafterweise mit lediglich einem eingangsseitigen CAN-Transceiver 3 aus, bedarf allerdings eines zusätzlichen schaltbaren und ansteuerbaren Abschlußwiderstands 9 für die eingangsseitig anliegenden beiden Pegelleitungen CANH und CANL. Mit dem Abschlußwiderstand müssen die beiden Datenleitungen CANH und CANL abgeschlossen werden, wenn die Unterbrecherschaltung 2 in ihrer geöffneten Stellung ist und die beiden Datenleitungen CANH und CANL unterbricht. Nach den CAN Nonnen sind offene Pegelleitungen nicht erlaubt und müssen stets mit einem Widerstand von 120 Ohm abgeschlossen sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6a ist ein getrennter Abschlußwiderstand nicht notwendig, da jeder CAN- Transceiver bereits einen solchen Abschlußwiderstand entsprechend der Norm enthält. Um offene Pegelleitungen CANH und CANL zu vermeiden, wird deshalb bei geöffneter Unterbercherschaltung 2 der Abschlußwiderstand 9 durch Schließen des Schalters 10 als Abschlußwiderstand zu den beiden Datenleitungen CANH und CANL parallel geschaltet. Die Ansteuerung des Schalters 10 erfolgt zweckmäßigerweise durch den Steuerrechner µC des Elektronikmoduls. Im geschlossenen Zustand der Unterbrecherschaltung 2 wird der Abschlußwiderstand wieder durch Öffnen des Schalters 10 von den Pegelleitungen CANH und CANL getrennt. Der Signalabgriff von den beiden Pegelleitungen CANH und CANL erfolgt in diesem Beispiel mit einem zu der Unterbrecherschaltung im Nebenzweig liegenden CAN-Transceiver. An den CAN-Transceiver ist wiederrum der Steuerrechner µC des Elektronikmoduls angeschlossen und erhält die vom CAN-Transceiver umgesetzten digitalen Datenpakete.
• Die Ausführungsform des Elektronikmoduls nach Fig. 6b hat gegenüber der Ausführungsform eines Elektronikmoduls, bei dem die Unterbrecherschaltung 2 in Reihe zwischen zwei CAN-Transceiver geschaltet ist, den Vorteil daß auf einen zweiten CAN Transceiver verzichtet werden kann. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6b findet nämlich auf den das Elektronikmodul durchlaufenden Pegelleitungen CANH und CANL keine Pegelkonvertierung in digitale Datenformate statt, so daß auch keine Rückkonvertierung von digitalen Datenformaten auf die differentiellen Spannungspegel der Pegelleitungen CANH und CANL notwendig ist.
• Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6a hingegen findet innerhalb des Elektronikmoduls eine zweifache Pegelkonvertierung statt. Eingangsseitig werden die Pegel auf den Pegelleitungen CANH und CANL zunächst vom eingangsseitigen CAN-Transceiver in digitale Datenformate umgewandelt. Durch die Unterbrecherschaltung werden also digitale Bitströme in Form von CAN-Datenformaten und keine differentiellen Spannungspegel geschaltet. Dieser Bitstrom muß anschließend ausgangsseitig wieder ohne Fehler von dem ausgangsseitigen CAN-Transceiver in einen differntiellen Spannungspegel auf die beiden Pegelleitungen CANH und CANL umgesetzt werden. Dies erfordert in der Regel höhere Anforderungen an die technische Ausführung der Unterbrecherschaltung, da digitale Bitströme gegen Spannungsänderungen durch Schaltvorgänge wesentlich empfindlicher sind als differentielle Spannungspegel. In diesem Ausführungsbeispiel wird die logische Verbindung zwischen eingangsseitigem CAN-Transceiver und ausgangsseitigem CAN-Transceiver unterbrochen. Die Unterbrecherschaltung ist deshalb in diesem Ausführungsbeispiel als schaltbarer Logikbaustein ausgebildet.
• In Fig. 7a und Fig. 7b sind nochmals zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, bei denen die Unterbrecherschaltung 2 jeweils in einen aktiven Folienkabelsatz integriert ist. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7a ist hierbei analog zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6a ausgebildet, mit dem Unterschied, daß die Unterbrecherschaltung 2, der eingangsseitige CAN-Transceiver 3 und der ausgangsseitige CAN-Transceiver 4 physikalisch dem Folienkabelsatz zugeordnet sind und davon abgesetzt, die Steuereinheit mit dem Steuerrechner µC ausgebildet ist.
• Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7b ist analog zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6b ausgebildet, mit dem Unterschied, daß die Unterbrecherschaltung 2 physikalisch dem Folienkabelsatz zugeordnet ist und davon abgesetzt der CAN-Transceiver 3 und der Steuerrechner µC der Steureinheit zugeordnet sind.
• Funktionell bestehen zwischen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6a und dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7a einerseits, sowie dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6b und dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7b andererseits, keine Unterschiede.

Claims (24)

1. Elektronikmodul (1) zur Segmentierung einer Kommunikationsstruktur auf der Basis eines CAN-Datenbuses (BUS) mit einem Mikrocontroller (µC), der über eine CAN-Bus Schnittstelle (CAN, 3) mit den Pegelleitungen (CANH, CANL) des CAN-Datenbuses (BUS) verbunden ist, wobei der Mikrocontroller (µC) mit einer Unterbrecherschaltung (2) in Wirkverbindung steht und mittels dieser Unterbrecherschaltung (2) die Kommunikationsstruktur während einer Initialisierungsphase in verkettete CAN-Bus Segmente unterteilt ist.

2. Elektronikmodul (1) nach Anspruch 1, bei dem die Unterbrecherschaltung (2) in das Elektronikmodul integriert ist.

3. Elektronikmodul nach Anspruch 1, bei dem die Unterbrecherschaltung (2) in den Kabelsatz für den CAN-Datenbus integriert ist.

4. Elektronikmodul nach Anspruch 1, bei dem die Unterbrecherschaltung (2) die Pegelleitungen (CANH, CANL) des CAN-Datenbuses unterbricht.

5. Elektronikmodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Unterbrecherschaltung (2) in Serie zwischen zwei CAN-Transceiver (CAN) angeordnet ist und die logische Verbindung zwischen den beiden CAN-Transceiver unterbricht.

6. Elektronikmodul nach Anspruch 1 oder 3, bei dem die Unterbrecherschaltung (2) in Serie zwischen zwei CAN-Transceiver (3, 4) in einem Kabelsatz angeordnet ist.

7. Zünd/Einspritzmodul aus einem Elektronikmodul nach Anspruch 1 und einem Leistungsteil, wobei das Elektronikmodul die Steuereinheit für das Leistungsteil bildet.

8. Zünd/Einspritzmodul nach Anspruch 7 mit mindestens einer Zündendstufe im Leistungsteil.

9. Zünd/Einspritzmodul nach Anspruch 7 mit zwei Zündendstufen im Leistungsteil.

10. Zünd/Einspritzmodul nach Anspruch 7 mit einer Einspritzendstufe im Leistungsteil.

11. Zünd/Einspritzmodul nach Anspruch 7 mit mindestens einer Zündendstufe und mindestens einer Einspritzendstufe im Leistungsteil.

12. Elektronikmodul nach Anspruch 1 mit einer CAN-Bus Schnittstelle nach ISO 11898.

13. Elektronikmodul nach Anspruch 1 mit einer CAN-Bus Schnittstelle nach ISO 11519-2.

14. Verfahren zur Initialisierung mindestens eines Elektronikmoduls nach Anspruch 1 in einer mittels Unterbrecherschaltungen (2) segmentierbaren Kommunikationsstruktur mit einem modulspezifischen CAN-Bus Identifier, umfaßend folgende Verfahrensschritte:

- einen vorbereitenden Verfahrensschritt, in dem ein Netzwerkcontroller (6) und alle angeschlossenen Elektronikmodule (1) zunächst eingeschaltet werden und alle Unterbrecherschaltungen (2) geöffnet werden und bei dem durch Abfragen eines Speicherregisters im Netzwerkcontroller (6) von einem Initialisierungsprogramm im Steuerrechner (µC) des Netzwerkcontrollers überprüft wird, wieviele Elektronikmodule (1) einen modulspezifischen Identifier benötigen,

- eine Initialisierungsschleife, in der bei jedem Schleifendurchlauf ein am Netzwerkcontroller (6) angeschlossenes Elektronikmodul (1) mit einem vorgegebenen Startidentifier (ID0) angesprochen wird und dieser Startidentifier durch einen modulspezifischen Identifier (IDi) überschrieben und ersetzt wird und danach die dem spezifischen Elektronikmodul zugeordnete Unterbrecherschaltung (2) geschlossen wird,

- und die Initialisierungsschleife solange durchlaufen wird, bis alle zu initialisierenden Elektronikmodule mit einem modulspezifischen Identifier versehen sind und die Segmentierung der Kommunikationsstruktur aufgehoben ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Kommunikationsstruktur die Topologie einer Stichleitung hat.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Kommunikationsstruktur die Topologie einer Ringleitung hat.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Ringleitung aus zwei Stichleitungen mit mehreren Elektronikmodulen (1) aufgebaut ist und die Ausgänge der Elektronikmodule, die die Endglieder (5a, 5b) der Stichleitungen bilden, miteinander verbunden sind.

18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Ringleitung aus einer Stichleitung aus mehreren Elektronikmodulen (1) aufgebaut ist und der Ausgang des Elektronikmoduls, das das Endglied (5a) bildet, mit einem zweiten Busanschluß (CAN2) am Netzwerkcontroller (6) verbunden ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18 zur Initialisierung von Zünd/Einspritzmodulen (ZEM) in einem Kraftfahrzeug.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Netzwerkcontroller (6) ein Motorsteuergerät (MSG) in einem Kraftfahrzeug ist.

21. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Zünd/Einspritzmodul eine Zündendstufe enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Zünd/Einspritzmodul zwei Zündendstufen enthält.

23. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Zünd/Einspritzmodul eine Einspritzendstufe enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Zünd/Einspritzmodul mindestens eine Zündendstufe und mindestens eine Einspritzendstufe enthält.