DE10157680A1 - Winkelsynchrones Bussystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bussystem auf der Basis des IEEE1394 Standards, bei dem die feste Zykluszeit des IEEE1394 Bussystem von 125 mus aufgehoben und das Aussenden der Cycle Start Packete an ein äußeres Ereignis, z. B. an den Drehwinkel der Antriebswelle eines Motors, gekoppelt wird. Durch die Kopplung der Versendezeiten der Cycle Start Packete mit der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle werden die vormals isochronen Kanäle des IEEE1394 Bussystems winkelsynchron, wodurch das Bussystem für Kraftfahrzeuge besonders geeignet ist, um z. B. den Verbrennungsprozeß in Verbrennungsmotoren zu steuern.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
• Unter der Bezeichnung IEEE 1394 ist ein Standard für ein gemischtes zeitsynchrones/asynchrones Bussystem bekannt. Dieser Standard wird von Apple Computer unter der Markenbezeichnung FireWire und von der Sony Corp. unter der Markenbezeichnung i.Link angeboten. Eine Einführung in dieses Bussystem findet sich im Internet unter der Adresse http: / / public.rz.fhwolfenbuettel.de/~bermbach/research/firewire/ in dem Artikel "Grundlagen zum Thema "Fire Wire" (in Englisch)" von John Canosa.
• Entsprechend dem IEEE 1394 Protokoll wird nach jedem Einschalten des Bussystems und nach jeder Veränderung des Bussystem eine Selbstidentifikation des Bussystems und seiner angeschlossenen Geräte ausgelöst und durchgeführt. Während der Selbstidentifikation werden die physikalischen Adressen der Kommunikationseinheiten sowie deren Einordnung in der Bushierarchie festgelegt. Die Einordnung in die Bushierarchie umfaßt hierbei auch die Zuordnung der Kommunikationskanäle an die isochronen Kommunikationseinheiten. Dadurch daß diese Selbstidentikation auch bei jedem Neuanschluß einer weiteren oder einer ausgetauschten Kommunikationseinheit selbsttätig via IEEE 1394 Protokoll durchgeführt wird, ist das Bussystem hotplug fähig.
• Die Arbitrierung zur Regelung des Buszugriffs der angeschlossenen Kommunikationseinheiten ist entsprechend des IEEE 1394 Standards hardwaremäßig im sogenannten Physical Layer einer jeden Kommunikationseinheit implementiert.
• Nach der Selbstidentifikationsphase werden ausgewählte Knoten, also ausgewählte Kommunikationseinheiten, in der Bushierarchie die Funktionen Cycle Master, Isochronous Resource Manager und Bus Manager zugewiesen, mit denen die Kommunikation auf dem Bus gesteuert wird.
• Der Cycle Master initiiert die Standard gemäßen 125 µs Cycluszeit. Der Root Knoten in der Bushierarchie muß immer der Cycle Master sein. Der Cycle Master versendet in der Regel alle 125 µs ein sogenanntes Cycle Statt Packet mit dem der Zugriff der Kommunikationseinheiten auf den Bus synchronisiert wird. Dieses Cycle Start Packet kann Standard gemäß durch einen asynchronen Buszugriff einer asynchronen Kommunikationseinheit verzögert werden.
• Der Isochronous Resource Manager implementiert und verwaltet das
  
• - Bus Manager ID Register, in dem die physikalischen Busadressen der Kommunikationseinheiten abgelegt sind,
• - das Bus Bandbreitenzuweisungsregister, in dem den vergebenen Kommunikationskanälen jeweils eine Bandbreite zugewiesen ist.
• Isochrone Kommunikationseinheiten können im Bandbreitenzuweisungsregister entsprechend den jeweiligen Anforderungen Bandbreite reservieren und eintragen. Standard gemäß stehen eine maximale Bandbreite von 6144 Zuweisungseinheiten auf dem Bus zur Verfügung. Eine Zuweisungseinheit ist definiert als diejenige Zeit, die benötigt wird, um ein Datenquadlet mit 1600 Mbps zu übertragen. Wenn neben den isochronen Kommunikationseinheiten auch noch asynchrone Kommunikationseinheiten Buszugriff haben, werden gemäß Standard 20% der Bandbreite für den asynchronen Datentransfer reserviert, so daß dann für den isochronen Datentransfer eine maximale Bandbreite von 4915 Zuweisungseinheiten zur Verfügung steht, die auf die Kommunikationskanäle aufgeteilt werden kann.
• Der Bus Manager übernimmt verschiedene Funktionen, die der Optimierung des Bus Verkehrs dienen. In einer Topology map speichert er die Bustopologie entsprechend den Festlegungen in der Selbstidentifikationsphase. Zusätzlich speichert er in einer speed map die maximalen Übertragungsgeschwindigkeiten der angeschlossenen Kommunikationseinheiten. Der Busmanager überprüft außerdem ob der Root Knoten fähig ist, die Funktionen eines Cycle Masters zu übernehmen. Falls an dem Bus keine Kommunikationseinheit angeschlossen ist, die die Funktionen eines Bus Managers übernehmen kann, übernimmt der Isochronous Resource Manager die Funktion des Busmanagers.
• Ein Bussystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in der US 5,052,029 offenbart. Die US 5,052,029 ist das Ursprungspatent der Firma Apple Computer zu dem späteren IEEE 1394 Standard. In diesem Patent sind auch die Einzelheiten zum Ablauf der Kommunikation auf dem IEEE 1394 Bus beschrieben. In anderen Worten ist das IEEE 1394 Bussystem ein gemischtes isochrones/asynchrones System. Die Synchronisation erfolgt durch den Cycle Master, der zu definierten Zeiten, die er von seiner internen Uhr ableitet, in der Regel alle 125 µs ein sogenanntes Cycle Start Packet versendet. In den dadurch definierten 125 µs-Zyklen können während der ersten 100 µs auf reservierbaren isochronen Kanälen Daten versendet werden, während in den verbleibenden 25 µs asynchrone Buszugriffe möglich sind.
• Bei steuerungs- oder regelungstechnischen Anwendungen im Bereich rotierender Systeme mit variabler Drehzahl, insbesondere Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren oder Rotoren von Elektromotoren, müssen die Steuerungs- und oder Stellsignale oftmals in Abhängigkeit der aktuellen Winkelposition der jeweiligen Drehachse erfaßt werden. Wird ein zeitproportionales, linares Timing verwendet, so fällt bei der Verarbeitung der Steuerungs- oder Stellsignale regelmäßig ein zusätzlicher Aufwand für die Transformation der zeitabhängigen Information in die winkelabhängige Information an. Auf diese zusätzliche Transformation möchte man gerne verzichten.
• Will man in vernetzten Systemen, insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor und mehreren untereinander vernetzten Sensoren und Aktoren, die jeweils auf die Drehzahl des Motors winkelsynchron abgestimmt werden müssen, eine winkelsynchrone Datenübertragung mit garantiertem Buszugriff für die angeschlossenen Einheiten realisieren, so ist dies mit den bisher bekannten Bussystemen unmöglich. Typische heutige Bussysteme sind entweder asynchron, d. h. Übertragung ist zu jeder Zeit erlaubt, jedoch ist die Übertragung nicht garantiert, da ein Buszugriff zum erforderlichen Zeitpunkt nicht garantiert ist, isochron mit festem Takt oder Mischungen davon.
• Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe ein Bussystem mit variablem ereignisabhängigen Zeittakt anzugeben, mit dessen Hilfe es möglich ist Sensor- oder Aktordaten an einem Antriebsmotor winkelsynchron, abgestimmt auf die jeweils aktuelle Drehzahl des Antriebsmotors auf dem Bussystem zu übertragen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
• Die Lösung gelingt im wesentlichen dadurch, die feste Zykluszeit des IEEE 1394 Bussystems von 125 µs aufzuheben und das Aussenden der Cycle Statt Packete an ein ereignisabhängiges, externes Triggersignal, z. B. von einem Drehwinkelsensor an der Antriebswelle eines Motors zu koppeln. Dies ist eine Abänderung des IEEE 1394 Standards. Durch die Kopplung der Versendezeiten der Cycle Statt Packete mit einem äußeren Ereignis, z. B. mit der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle, werden die vormals isochronen Kanäle des IEEE 1394 Bussystems ereignissynchron oder z. B. winkelsynchron und erlauben dementsprechend eine garantierte ereignissynchrone bzw. winkelsynchrone Übertragung.
• Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
  Bussysteme werden in Bordnetzen von Fahrzeugen bereits eingesetzt. Diese bekannten Bussysteme sind jedoch für die Übertragung von zeitkritischen, drehzahlabhängigen Steuerungsdaten untauglich. In heutigen Kraftfahrzeugen werden deshalb neben den Bussystemen unabhängige Signal- und Steuerungsnetze eingesetzt, mit denen z. B. das Motorsteuergerät die Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzündung in Abhängigkeit der Kurbelwellenstellung steuert. Das erfindungsgemäße Bussystem ermöglicht nun auch die zeitgerechte, winkelsynchone Übertragung drehzahlabhängiger Steuerdaten z. B. des Kurbelwellensensors an das Motorsteuergerät, sowie die zeitgerechte winkelsynchrone Übertragung der Steuerbefehle vom Motorsteuergerät zu den angeschlossenen, drehzahlabhängigen Baugruppen am Kraftfahrzeugmotor. Der Kraftfahrzeugmotor kann hierbei ein Verbrennungsmotor oder auch ein elektrischer Antriebsmotor sein. Bei einem elektrischen Wechselstrommotor steuert das Motorsteuergerät an Stelle des Verbrennungsvorgangs im Zylinder, das Auf- und Abkommutieren der einzelnen Antriebsstränge des Elektromotors sowie die Leistungsregelung in den einzelnen Antriebssträngen. Punkt zu Punkt Signalnetze und Punkt zu Punkt Steuernetze können mit der Erfindung durch ein Bussystem ersetzt werden. Dadurch reduziert sich bei mehreren Kommunikationsteilnehmern, also bei mehreren Sensoren und bei mehreren Steuergeäten sowie mehreren Aktoren der Verkabellungsaufwand im Falle einer winkelsynchronen Datenübertragung erheblich.
• Dadurch daß lediglich die Versendezeiten der Cycle Start Packete mit der Drehzahl der Antriebswelle eines Motors synchronisiert werden, bleiben bei der Erfindung in der Ausführungsform nach Anspruch 1 die vorteilhaften Eigenschaften des IEEE 1394 Standards, insbesondere die Fähigkeit zur Selbstkonfiguartion erhalten. Angewandt in einem Kraftfahrzeug erhöht sich dadurch die Reparaturfreundlichkeit des Fahrzeuges deutlich. Einzelne Busteilnehmer körnen bei Störungen nämlich problemlos ausgetauscht werden. Auch Erweiterung durch den nachträglichen Einbau von zunächst nicht vorgesehenen Busteilnehmer, wie z. B. zusätzliche Steuergeräte oder zusätzliche an das Bussystem ist möglich.
• Das winkelsynchrone Bussystem als Ersatz bestehender Punkt zu Punkt Steuerleitungen und Punkt zu Punkt Signalleitungen für das Motormanagement erlaubt im Rahmen einer Gleichteilestrategie ein modellübergreifendes Bussystem, das von den eingesetzten Motormodellen und damit von den eingesetzten Sensoren und Aktoren unabhängig ist. Insbesondere ist das Bussystem unabhängig von der Anzahl der Verbrennungszylinder. Diese Unabhängigkeit war bisher bei zeitkritischen, winkelsynchronen Signal- und Steuernetzarchitekturen auf der Basis von Punkt zu Punkt Verbindungen nicht gegeben.
• Das erfindungsgemäße Bussystem sieht in einer alternativen Ausführungsform eine Begrenzung der maximalen Größe von asynchronen Datenpacketen vor. Die Übertragungsdauer der einzelnen asynchronen Datenpackete darf den maximal zulässigen Cycle Start Jitter, also den maximalen Toleranzbereich für die Verzögerung des Cycle Start nicht übersteigen.
• In einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen winkelsynchronen Bussystems nach Anspruch 2 kann auf volle Funktionalität IEEE 1394 Standards verzichtet werden. In einer abgestrippten Version der Erfindung wird auf die Standard Funktionen des Isochronous Resource Managers und des Busmanagers verzichtet. Eine variable Verwaltung der Netzwerkresourcen Kommunikationsbandbreite und Kommunikationskanäle ist dann nicht mehr möglich, da mit dem Wegfall des Isochronous Resource Managers auch das Bandbreitenzuweisungsregister und das Bus Manager ID Register entfallen. An die Stelle der Funktionalität des Isochronous Resource Managers tritt in der abgestrippten Version der Erfindung eine feste Zuordnung der Kommunikationskanäle an spezifische Kommunikationseinheiten und eine feste Zuordnung von maximal erlaubter Kommunikationsbandbreite für jede ausgewählte Kommunikationseinheit. Die festen Zuordnungen müssen von einem Netzwerkprogrammierer entsprechend den technischen Anforderungen im konkreten Anwendungsfall festgelegt und festgehalten werden. Die Abspeicherung der einmal festgelegten Zuordnungen erfolgt dann auch wieder in hardwaremäßigen Speicherregistern. Allerdings werden die Kanalzuordnungen und die maximal erlaubten Bandbreiten für jeden Kanal in diesem hier als Kanalzuweisungsregister bezeichneten elektronischen Speicher fest als Konstanten einprogrammiert und sind deshalb nicht wie im ursprünglichen Standard variabel. Dies hat zwar den Nachteil, daß sich das Netzwerk nicht mehr selbst konfigurieren kann und dadurch die Holtplugfähigkeit verloren geht, in Anwendungen im Automobilbau kann dies jedoch durchaus erwünscht und von Vorteil sein.
• Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen winkelsynchronen Bussystem zur Ansteuerung von Zündmodulen oder Einspritzventilen an einem Verbrennungsmotor, kann die Selbstkonfiguration eines standardgemäßen herkömmlichen IEEE 1394 Bussystem zu Problemen führen, wenn etwa durch einen nachträglichen Einbau eines weiteren zusätzlichen Busteilnehmers die sequentielle Abfolge der Kanäle durch die Selbstkonfiguration verändert wird. Zwar wäre weiterhin eine Kommunikation gewährleistet und die Versendung der Cycle Statt Packete würde auch weiterhin durch einen externen Trigger gegebenenfalls winkelsynchron erfolgen, jedoch könnte bei einer Veränderung der sequentiellen Abfolge der Kommunikationskanäle der richtige Zündzeitpunkt für jeden Zylinder nicht mehr garantiert werden. Hier ist die feste Zuordnung der sequentiellen Abfolge der Kommunikationskanäle an angeschloßene Zündmodule oder Einspritzmodule von Vorteil.
• Der bisherige IEEE 1394 Standard mit seiner Zykluszeit von 125 µs, also mit einer Zyklusfrequenz von 8 kHz, ist für die hier beschriebene erfindungsgemäße Erweiterung besonders geeignet. Angewandt auf eine winkelsynchrone Adaption entspricht eine Normfrequenz von 8 kHz im Betreich eines Kraftfahrzeuges nämlich einer Drehzahl von 480000 U/min. Dies läßt genügend Raum um innerhlab eines Vollwinkels von 360° für eine Umdrehung einer Antriebswelle mehrer Winkelmessung durchzuführen. Bei einer typischen Drehzahl von 4800 U/min können z. B. innerhalb eines Vollwinkels 100 Bussynchronisationen durchgeführt werden, ohne die ursprüngliche standardgemäße Zykluszeit des IEEE 1394 Bussystem zu unterschreiten. Bei 100 Bussynchronisationen pro Vollwinkel, ist eine Winkelauflösung von 3,6° möglich.
• Beim Einsatz des winkelsynchronen Bussystems in Verbrennungsmotoren ist zur Optimierung der Steuerzeiten für Zündung, Einspritzaggregate, elektromagnetischer Ventilsteuerungen ein Triggersignal zur Versendung des Cycle Statt Packetes pro 1 Grad Kurbelwellenwinkel verlangt. Dies wird mit 360 Bussynchronisationen pro einer Umdrehung der Kurbelwelle realisiert. In dieser alternativen Ausführung des winkelsynchronen Bussystems können im üblichen Drehzahlbereich eines Kraftfahrzeugsverbrennungsmotors die Zykluszeit von 125 µs aus der ursprünglichen Norm nicht mehr eingehalten werden. Die Verkürzung der Zykluszeit bleibt jedoch technologisch in einem Bereich, der in Bezug auf Kraftfahrzeuganwendungen zu keiner wesentlichen Beeinträchtigung der Übertragungsgeschwindigkeiten führt. Bei einer maximalen Drehzal von 6000 U/min an der Kurbelwelle und einer Auflösung des Kurbelwellenwinkel von 1° ergibt sich eine Busfrequenz von 36 kHz des winkelsynchronen Bussystems gegenüber 8 kHz des Standard gemäßen IEEE 1394 Bussystem. Die reduzierte Zykluszeit wird vom Isochronous Resource Manager im Bandbreitenzuweisungsregister für die Zuweisung der Kommunikatikations-Bandbreiten auf die einzelnen Übertragungskanäle berücksichtigt. Die für die einzelnen Kanäle zur Verfügung stehenden Bandbreiten werden von dem Isochronous Resource Manager auf der Grundlage der anwendungsspezifischen minimalen Zykluszeit berechnet und auf die einzelnen Kanäle im Bandbreitenzuweisungsregister verteilt. Für die isochrone Datenübertragung stehen beim winkelsynchronen Bussystem 80% der minimalen Zykluszeit zur Verfügung, die auf die einzelnen Übertragungskanäle aufgeteilt werden kann.
• Die Aufteilung der zur Verfügung stehenden Bandbreite für die asynchrone Datenübertragung wird bei dem winkelsynchronen Bussystem mit einem Anteil von 20% der winkelabhängigen minimalen Zykluszeit folgend auf die isochrone Datenübertragung beibehalten. Um eine Winkelauflösung von 1° Kurbelwellenwinkel durch eine asynchrone Datenübertragung nicht zu gefährden, wird vom Isochronous Resource Manager auch die Packetlänge für eine asynchrone Datenübertragung auf 20% der minimalen Zykluszeit beschränkt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines winkelsynchronen Bussystems,
• Fig. 2 eine schematische Darstellung der variablen Zykluszeit in Abhängigkeit externer Cycle Start Trigger Signale,
• Fig. 3 eine mögliche Anwendung des winkelsynchronen Bussystem zur Steuerung eines Verbrennungsmotors,
• Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines winkelsynchronen Bussystems auf der Basis eines IEEE 1394 Bussystems, das um eine Triggerquelle 3 ergänzt wurde. An eine Busleitung 1 sind mehrere Kommunikationseinheiten 2 angeschlossen. Eine dieser Kommunikationseinheiten übernimmt entsprechend den Ergebnissen der Selbstidentifikationsphase die Rolle des Root Node. Zu den Funktionen des Root Node können entsprechend des bisherigen IEEE 1394 Standards die Funktionen des Cycle Master, des Isochronous Resource Manager und des Bus Manager gehören. Diese 3 Funktionen wurden in der Beschreibungseinleitung für das IEEE 1394 Standard Bussystem bereits beschrieben und werden auch hier bei der Erfindung übernommen. Allerdings wird das Aussenden der Cycle Statt Packete bei der Erfindung von dem Cycle Master nicht durch Ableiten der Zykluszeit von seiner inneren Uhr veranlaßt, sondern durch ein Cycle Statt Trigger Signal, das von einer externen Triggerquelle geliefert wird. Das Versenden der Cycle Start Packete wird daher vom Cycle Master immer dann veranlaßt, wenn er ein Cycle Statt Trigger Signal erhält. Die Entkopplung der Versendezeiten für die Cycle Statt Packete von der inneren Uhr des Cycle Masters, ermöglicht es, das erfindungsgemäße Bussystem ereignissynchron bzw. winkelsynchron zu machen. Hierzu muß die Triggerquelle ereignissynchrone bzw. winkelsynchrone Triggersignale liefern, die sie zum Beispiel aus dem winkelabhängigen und drehzahlabhängigen Meßsignal eines Drehratensensors 4 ableitet. Die Verteilung der auf dem Bussystem zur Verfügung stehenden Bandbreiten auf die isochronen Kanäle und die asynchronen Kommunikationsvorgänge werden vom Isochronous Resource Manager mit Hilfe eines Bandbreitenzuweisungsregisters in der vorbeschriebenen Weise vorgenommen. Der Isochronous Resource Manger oder der Bus Manager regelt den Buszugriff in der aus dem IEEE 1394 Standard bekannten Art. Ebenso bleiben die Aufgaben des Bus Managers wie z. B. die Optimierung der Übertragungsgeschwindigkeiten, wie sie auch bereits im IEEE 1394 Standard festgelegt sind, erhalten.
• Fig. 2 veranschaulicht die Wirkung einer externen Trigger Quelle auf die Zykluszeit des erfindungsgemäßen Bussystems. Der Cycle Master koppelt das Versenden der Cycle Start Packete an das externe Cycle Statt Trigger Signal der externen Triggerquelle. Die externe Triggerquelle ist ihrerseits mit einem Sensor gekoppelt, dessen Meßsignal ereignisabhängig bei Überschreiten eines Schwellwertes die Triggerquelle aktiviert und ein Cycle Statt Trigger Signal auslöst. Da die Cycle Statt Trigger Signale in Abhängigkeit des Meßsignals eines Sensors ausgelöst werden, ergibt sich für das Bussystem eine ereignissynchrone, variable Zykluszeit. Der zeitliche Abstand der auf dem Bus versendeten gemischt isochron/asynchronen Datenpackete ändert sich dadurch. Für die Anwendung in Kraftfahrzeugen ist eine Synchronisation der Cycle Statt Packete mit dem aktuellen Kurbelwellenwinkel vorteilhaft. Hierzu ist bei Anwendungen im Kraftfahrfahrzeug die externe Triggerquelle mit dem Kurbelwellensensor verbunden. Der Kurbelwellensensor erfaßt sowohl den aktuellen Kurbelwellenwinkel als auch die aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle. Die variable Zykluszeit des erfindungsgemäßen Bussystem erlaubt hier mit Vorteil die Synchronisation der Buszyklen mit dem Kurbelwellenwinkel über den ganzen Drehzahlbereich eines Karftfahrzeugmotores hinweg. Um kollidierende Buszugriffe zu vermeiden, wird hierbei die für die Kommunikation zur Verfügung stehende Bandbreite und damit die maximale zeitliche Länge der Datenpackete nach der minimalen Zykluszeit, also nach der maximalen Drehzahl des Motors ausgelegt.
• Fig. 3 zeigt exemplarisch eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Bussystems als winkelsynchrones Bussytem im Kraftfahrzeug, wobei die Busfrequenz mit Hilfe eines Kurbelwellensensors 4 auf den aktuellen Kurbelwellenwinkel und die Drehzahl der Kurbelwelle synchronisiert wird. Der Winkelgeber des Kurbelwellensensors ist in Fig. 3 durch ein Zahnrad 6 stilisiert. Die Drehzahl des Motors kann beispielsweise durch Abzählen der die Kurbelwellensensor passierenden Zähne in Bezug auf die gemessene Zeit erfolgen. Das oder die Meßsignale des Kurbelwellensensors werden mit Busleitungen 1 an ein Motorsteuergerät 7 übermittelt. Das Motorsteuergerät 7 ist weiterhin mit stilisierten, elektromagnetischen Ventieltrieben 8 und mit einer Zündvorrichtung 9 verbunden. Alle an das Bussystem angeschlossenen Geräte verfügen über IEEE 1394 Schnittstellen, die in Fig. 3 nicht extra dargestellt sind. Ebenfalls nicht extra dargestellt ist die Cycle Start Triggerquelle, die in dem skizzierten Anwendungsfall zweckmäßiger Weise physikalisch in das Motorsteuergerät integriert ist. Das Motorsteuergerät übernimmt bei einer Anwendung im Kraftfahrzeug die Funktionen des Root Node innerhalb des Bussystems, also gegebenenfalls auch die Funktionen des Cycle Masters, des Isochronous Resource Managers und des Bus Managers. Das Motorsteuergerät ist in der Regel zur Spannungsversorgung mit einer Kraftfahrzeugbatterie 10 verbunden. Bei der in Fig. 3 skizzierten Anwendung ergeben sich die Vorteile eines winkelsynchronen Bussystems mit garantierter Datenübertragung deutlich. Beim Verbrennungsprozeß in einem Kraftfahrzeugmotor müssen zahlreiche Vorgänge und Funktionen auf die Stellung der Kolben in den Verbrennungszylindern und damit auf den Kurbelwellenwinkel abgestimmt werden. Die Stellung der Auslaß- und Einlaßventile und die Zündung des Kraftstoffgemisches im Zylinder sind in Fig. 3 in dieser Hinsicht exemplarisch dargestellt. Wie in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung dargelegt, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Bussystem Winkelauflösungen an der Kurbelwelle von 1 Grad erzielen und das auch bei Höchstdrehzahl des Motors. Im einfachsten Fall verfügt der zahnradförmige Winkelgeber des Kurbelwellensensors hierfür über 360 Zähne äquidistant über den Umfang verteilt. In anderen bekannten Lösungen verfügt der Winkelgeber über 60-2 Zähne, wobei die zwei fehlenden Zähne eine Referenzposition definieren und wobei mit rechnerischer Interpolation die Auflösung auf das erforderliche Maß erhöht wird. Wenn bei jeder Drehung um 1 Grad Kurbelwellenwinkel ein Cycle Statt Trigger Signal ausgelöst wird, ist mit dem erfindungsgemäßen Bussystem sichergestellt,
  
• - daß die Cycle Start Packete winkelsynchron auf den Bus gesendet werden,
• - daß bei jeder Änderung des Kurbelwellenwinkel um 1 Grad alle angeschlossenen isochronen Einheiten jeweils einen garantierten Buszugriff hatten und Daten untereinander und insbesondere mit dem Motorsteuergerät ausgetauscht werden konnten,
• - daß asynchrone Kommunikationseinheiten entsprechend der Arbitrierung ebenfalls Buszugriff erhalten.
• Hierdurch kann mit Vorteil auf eine bei herkömmlichen Bussystem ansonsten notwendige, aufwendige rechnerische und zeitliche Transformation gleichbleibender Buszyklen auf den jeweils aktuellen Kurbelwellenwinkel verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil, insbesondere gegenüber herkömmlichen Punkt zu Punkt Steuerleitungen zwischen Motorsteuergerät mit allen angeschlossenen Verbrauchern, ergibt sich durch den deutlich reduzierten Verkabelungsaufwand. In Bezug auf den reduzierten Verkabelungsaufwand zeigt sich das erfindungsgemäße Bussystem auch deshalb vorteilhaft, weil beim erfindungsgemäßen Bussystem analog zum IEEE 1394 Standard die Busleitungen aus 2 Paar twisted pair Signalleitungen bestehen und aus einem Leiterpaar zur Energieversorgung der an das Bussystem angeschlossenen Geräte. Extra Versorgungsleitungen für die Energieversorgung können bei dem erfindungsgemäßen Bussystem deshalb mit Vorteil entfallen, was den Verkabellungsaufwand weiter reduziert.

Claims (17)

1. Bussystem zur Verbindung von Kommunikationseinheiten (2) mit:
einem Physical Layer entsprechend des IEEE 1394 Standards für den Anschluß der Kommunikationseinheiten (2) an eine Datenleitung (1) und zur Regelung des Buszugriffs entsprechend der im Physical Layer implementierten Arbitrierung,
einem Cycle Master entsprechend des IEEE 1394 Standards zur Versendung von Cycle Start Packeten,
einem Isochronous Resource Manager entsprechend des IEEE 1394 Standards enthaltend ein Bandbreitenzuweisungsregister, ein Bus Manager Identifikations Register und ein Kanalzuordnungssregister, in dem den isochronen Kommunikationseinheiten Kanäle zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Cycle Master aus einer Triggerquelle (3) ein ereignisabhängiges Cycle Start Trigger Signal erhält und das Versenden der Cycle Start Packete mit dem Cycle Start Trigger Signal synchronisiert.

2. Bussystem zur Verbindung von Kommunikationseinheiten (2) mit:
einem Physical Layer entsprechend des IEEE 1394 Standards für den Anschluß der Kommunikationseinheiten (2) an eine Datenleitung (1) und zur Regelung des Buszugriffs entsprechend der im Physical Layer implementierten Arbitrierung,
einem Cycle Master entsprechend des IEEE 1394 Standards zur Versendung von Cycle Start Packeten,
einem Kanalzuweisungsregister für die Festlegung des sequentiellen, kanalgebundenen Buszugriffs, in dem ausgewählten, angeschlossenen Kommunikationseinheiten ein fester Kommunikationskanal und eine maximale Kommunikationsbandbreite zugewiesen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Cycle Master aus einer Triggerquelle (3) ein ereignisabhängiges Cycle Statt Trigger Signal erhält und das Versenden der Cycle Statt Packete mit dem Cycle Statt Trigger Signal synchronisiert.

3. Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Cycle Master die Cycle Start Packete winkelsynchron generiert.

4. Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerquelle (3) eingangsseitig mit einem Drehzahlsensor (4) verbunden ist und die Cycle Start Trigger Signale winkelsynchron zu dem vom Drehzahlsensor gemessenen Winkel erfolgen.

5. Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerquelle mit einem Kurbelwellensensor (4) verbunden ist.

6. Bussystem nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuweisung der Bandbreiten im Bandbreitenzuweisungsregister auf die im Kanalzuweisungsregister festgelegten isochronen Kommunikationskanäle durch den Isochronous Resource Manager auf der Basis der minimalen Cycluszeit festgelegt ist.

7. Bussystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Cycluszeit umgekehrt proportional zu der von einem Drehzahlsensor übermittelten Drehrate ist.

8. Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerquelle (3) eine maximale Triggerfrequenz hat.

9. Bussystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Triggerfrequenz in einem festen Verhältnis zur maximalen Drehzahl eines Verbrennungsmotors steht.

10. Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben den isochronen Kommunikationseinheiten auch asynchrone Kommunikationseinheiten Buszugriff haben.

11. Bussystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Größe der asynchronen Datenpackete der asynchronen Kommunikationseinheiten im Bandbreitenzuweisungsregister festgelegt ist.

12. Bussystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Größe der asynchronen Datenpackete in ihrer zeitlichen Länge der maximal zulässigen zeitlichen Verschiebung der Cycle Statt Packete (Cycle Start Jitter) entspricht.

13. Bussystem für ein Kraftfahrzeug zur Verbindung von Kommunikationseinheiten (2) mit:
einem Physical Layer entsprechend des IEEE 1394 Standards für den Anschluß der Kommunikationseinheiten (2) an eine Datenleitung (1) und zur Regelung des Buszugriffs entsprechend der im Physical Layer implementierten Arbitrierung,
einem Cycle Master entsprechend des IEEE 1394 Standards zur Versendung von Cycle Start Packeten,
einem Isochronous Resource Manager entsprechend des IEEE 1394 Standards enthaltend ein Bandbreitenzuweisungsregister, ein Bus Manager Identifikations Register und ein Kanalzuordnungssregister, in dem den isochronen Kommunikationseinheiten Kanäle zugeordnet sind, bei dem der Cycle Master aus einer Triggerquelle in Abhängigkeit der Signale eines Kurbelwellensensors (4) ein Cycle Statt Trigger Signal erhält und das Versenden der Cycle Start Packete durch das Cycle Start Trigger Signal mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert.

14. Bussystem für ein Kraftfahrzeug zur Verbindung von Kommunikationseinheiten (2) mit:
einem Physical Layer entsprechend des IEEE 1394 Standards für den Anschluß der Kommunikationseinheiten (2) an eine Datenleitung (1) und zur Regelung des Buszugriffs entsprechend der im Physical Layer implementierten Arbitrierung,
einem Cycle Master entsprechend des IEEE 1394 Standards zur Versendung von Cycle Start Packeten,
einem Kanalzuweisungsregister für die Festlegung des sequentiellen, kanalgebundenen Buszugriffs, in dem ausgewählten, angeschlossenen Kommunikationseinheiten ein fester Kommunikationskanal und eine maximale Kommunikationsbandbreite zugewiesen ist,
bei dem der Cycle Master aus einer Triggerquelle in Abhängigkeit der Signale eines Kurbelwellensensors (4) ein Cycle Statt Trigger Signal erhält und das Versenden der Cycle Start Packete durch das Cycle Start Trigger Signal mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert.

15. Bussystem nach Anspruch 13 oder 14, bei dem mindestens eine Kommunikationseinheit (2) ein Motorsteuergerät (7), ein elektromagnetischer Ventiltrieb (8) oder eine Zündvorrichtung (9) ist.

16. Bussystem nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der Kurbelwellensensor (4) eine Winkelauflösung für den Kurbelwellenwinkel von ungefähr 1 Grad hat und pro ein Grad Winkeländerung des Kurbelwellenwinkels ein vollständiger Buszyklus abläuft.

17. Bussystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die angeschlossenen Kommunikationseinheiten über die Busleitungen (1) mit Energie versorgt werden.