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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstelleneinheit zur Kommunikationsverwaltung in
einem Rechnernetzwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein
Rechnernetzwerk umfassend eine solche Einheit nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 7, sowie ein Verfahren zur Kommunikationsverwaltung
in einem Rechnernetzwerk mit einer entsprechenden Einheit nach Anspruch
13.
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Rechnernetzwerke
der besagten Art werden uA in der Prüfstandstechnik für Fahrzeuganwendungen
(Applikationen) gebildet. In diesem Bereich werden Prüfstände zur
Anpassung der Parameter in einem Steuergerät und damit der Funktionen
z. B. für die
optimale Steuerung von Motoren eingesetzt. Dies ist z. B. notwendig,
um in verschiedenen Betriebspunkten die Steuergerätefunktionen
auf den spezifischen Motor so anzupassen, dass die vorgeschriebenen
Abgaswerte eingehalten werden. Hierbei misst eine komplexe, untereinander
vernetzte Messtechnik sowohl steuergeräteinterne Messgrößen als auch
Messgrößen von
externen Sensoren. Mit einem aufwändigen System werden die Messergebnisse aufbereitet
und anhand von Optimierungsalgorithmen die in einem (Motor)Steuergerät enthaltenen Anpassungsparameter
(Verstellgrößen) optimiert. Diese
optimierten Parameter werden in das ressourcenoptimierte Darstellungsformat
des Steuergeräts gewandelt
und über
eine Applikationsschnittstelle in dessen Speicher geschrieben und
dort aktiviert. Dieser Vorgang läuft
solange zyklisch ab, bis ein Optimum erreicht ist.
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Die 1 zeigt
ein derartiges System, bei dem der Prüfstand eines integrierten Prüfstands-
und Automationssystems TAS (Test and Automation System) verschiedene
Lastprofile z. B. an dem Motor E (Engine) eines Fahrzeugs V (Vehicle)
verursacht und Messgrößen über eine
standardisierte Schnittstelle von dem Applikationstool eines Applikations-
und Messtools AMT (Application- and Measuring Tool) erhält. Hierbei
werden steuergerätespezifische
Messwerte in eine von dem Prüfstand
mit Automatisierungssystem TAS verarbeitbare Form typischerweise physikalischer
Darstellung umgewandelt. Die anhand der auf dem Automatisierungssystem
laufenden Optimierungsalgorithmen gewonnenen Verstellgrößen werden
von dem Applikationstool in die entsprechende steuergerätespezifische
Darstellung gewandelt und als Applikationsparameter an ein Steuergerät Cx (Control) übertragen.
Umgekehrt werden steuergeräteinterne
Messgrößen genauso
wie Messgrößen externer
Sensoren Sx an das Messtool übermittelt. Die
Schnittstelle zwischen dem Applikationstool und dem Automatisierungssystem
ist dabei standardisiert und in ASAM (Association for Standardization
of Automation and Measuring Systems) als ASAM-MCD3 (Measure, Calibrate,
Diagnose) zusammengefasst. Auch die Schnittstellen zwischen dem
Applikationstool und dem Steuergerät Cx ist in ASAM standardisiert.
Als gemeinsame Basis zwischen Applikationstool und Automatisierungssystem
wird die Steuergerätebeschreibungsdatei
verwendet. In dieser Datei ist nicht nur die Kommunikation, sondern
sind auch die Verstell- und
Messgrößen des
Steuergeräts
CX sowie deren Umrechnungsregeln von einer steuergeräteinternen
(Hex)-Darstellung
in eine allgemeingültige
physikalische Darstellung definiert.
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Die 2 zeigt
die Kommunikationshierarchie des vorstehend beschriebenen Systems.
Das auf der untersten Ebene dargestellte Steuergerät Cx und
die Sensoren Sx sind dabei über
eine Schnittstelle I1 (Interface I) über Schnittstellenhardware
IH (Interface Hardware) in das System eingebunden. Die Hardware
IH zeigt dabei – von
links nach rechts – die Einheiten
ES690, CAN-Card (CAN-Link II) und USB2CAN. Informationen zwischen
den Sensoren Sx und der jeweiligen Hardware IH werden auf Basis eines
adressbasierten ECU(Electronic Control Unit)-Protokolls (ETK, XCP,
CCP, UDP) übertragen. Diese
Informationen der Sensoren Sx werden über eine nächst höhere Schnittstelle I2 (Interface
2) dem Applikations- und Messwerkzeug AMT, hier als MCD-Werkzeug
(Measure, Calibrate, Diagnose-Tool) bezeichnet, auf Basis eines
Ethernet/PC-Schnittstellenprotokolls, z. B. dem Simple Transport
Protocol zur Verfügung
gestellt. Um für
das MCD-Werkzeug interpretierbar
zu sein, sind sowohl die HEX-Daten des Steuergeräts Cx als auch der Sensoren
Sx, als auch eine Beschreibungsdatei A2L erforderlich, welche die
Umrechnungsformeln dieser HEX-Daten in eine physikalische Darstellung,
z. B. eine Drehzahl oder ein Drehmoment des Motors E umfasst. Dabei kommen
Standartreiber wie z. B. ASAP1b, IXXAT oder Vector API zum Einsatz.
Die physikalischen Messgrößen werden
schließlich
dem Prüfstands- und
Automatisierungssystem TAS über
eine weitere Schnittstelle I3 (Interface 3) auf Basis des PC-Schnittstellenprotokolls
ASAM3 bereitgestellt, wobei die Signalnamen mit Hilfe des MCD3-Protokolls übertragen
werden. Die bedarfsgerechte Ansteuerung des Prüfstands selbst geschieht schließlich wieder
unter Verwendung der Beschreibungsdatei A2L.
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Grundsätzlich erfordert
der komplexe Aufbau des herkömmlichen
Systems der 1 und 2 erhebliche
Resourcen zur Übertragung
und entsprechenden Wandlung/Bereitstellung der Daten, womit dessen
Leistungsfähigkeit
schnell an Grenzen stößt. Hinzu
tritt, dass die Anzahl der Applikationsparameter als auch die Komplexität der Optimierungsalgorithmen
in den letzten Jahren dramatisch angestiegen ist. In der Folge dauert
ein Optimierungszyklus mit den Schritten Messen-Verstellen-Messen zu lange; zudem ist
mit dieser Strategie keine Optimierung im dynamischen Bereich möglich. Aus
diesem Grund wurden schon unterschiedlichste Ansätze zur Leistungssteigerung
und Optimierung der Schleife verfolgt.
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Eine Überlegung
sieht den parallelen Zugriff der Testwerkzeuge, insbesondere der
Applikations- und Optimierungswerkzeuge auf das Steuergerät vor, eine
andere zielt auf das gänzliche
Entfernen des Applikationswerkzeugs aus der Kommunikationskette
und das Verlagern seiner Funktionalität in den Prüfstand und in die weiteren
Optimierungswerkzeuge.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 37 715 ist auch eine Gateway-Steuereinheit
bekannt, die eine Funkanbindung übernimmt
und somit den Austausch und die Änderung
von Protokollen in einem Rechnernetzwerk (eines Fahrzeugs) erleichtert.
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All
diesen Ansätzen
steht allerdings entgegen, dass bei den Steuergeräten die
Daten und Messgrößen in laufzeit-
und ressourcenoptimierter Weise auf unterschiedlichste Art und Weise
abgelegt sind. Auch die Funktionalität der Applikationsschnittstellen
ist auf die vorhandenen Ressourcen des Steuergeräts angepasst und kann sich
von Projekt zu Projekt stark unterscheiden. Zudem sind die standardisierten
Applikationsschnittstellen nur für
den Single-Master-Betrieb ausgelegt. Aufgrund dieser Komplexität konnte
sich bislang auch nur das Applikations- und Messwerkzeug INCA (Integrated
Calibration and Application Tool) der hier tätigen Anmelderin in einer solchen
Anwendung behaupten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kommunikation in einem
Rechnernetzwerk, insbesondere in einem Netzwerk zur fahrzeugspezifischen
Anpassung der Parameter von Steuergeräten, einfach, effizient und
kostengünstig
zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird zum einen durch eine Schnittstelleneinheit gelöst, die
zum Hinterlegen einer jeweiligen Beschreibungsdatei der Steuergeräte, und
zum Koordinieren der Kommunikation zwischen den Testwerkzeugen und
den Steuergeräten
auf Basis dieser Beschreibungsdatei ausgestaltet ist.
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Ein
wesentlicher Punkt der erfindungsgemäßen Schnittstelleneinheit besteht
dabei darin, dass durch die hinterlegte Beschreibungsdatei ein Multi-Master-Gateway
spezifiziert wird, das in der Lage ist, die Optimierungs- und Messdatenerfassungswerkzeuge
miteinander zu koordinieren. Durch die Zwischenschaltung des Gateways
zwischen Applikationswerkzeug und Steuergerät kann sowohl die Single-Masterfähigkeit
des Steuergeräts
in dem Gateway aufgelöst,
als auch sämtliche
fahrzeuginterne Messgrößen aus
Steuergeräten
und dem Fahrzeugbus den anderen Anwendungen zur Verfügung gestellt
werden. Somit können
verschiedene Applikationen quasi gleichzeitig und performant zugreifen,
womit eine effiziente Kommunikation zwischen den Netzwerkkomponenten
möglich
ist. Letztgenannte Komponenten müssen
auch nicht modifiziert werden, was die erfindungsgemäße Lösung besonders
einfach und kostengünstig
macht.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schnittstelleneinheit sind
in den Unteransprüchen
2 bis 6 angegeben.
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Danach
ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass
die Beschreibungsdatei der Steuergeräte auch Angaben zu deren Mess-
und Verstellverhalten umfasst, d. h. auch Eigenschaften und Verhalten
der Anpassungsparameter aufnimmt. Damit ist eine Konfiguration der
Steuergeräte
möglich,
die über
die reine Angabe und Umrechnung der Parameter hinausgeht, und eine
qualitativ bessere Anpassung, d. h. Optimierung der Geräte in der
spezifischen Applikation zulässt.
Dabei kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn die Beschreibungsdatei auch
Angaben zur Schnittstellenauslegung der Steuergeräte umfasst.
Dadurch werden auch Steuergeräte
mit an sich gleichem Mess- und Verstellverhalten, aber unterschiedlichen
Schnittstellen integrierbar, z. B. Geräte unterschiedlicher Versionen
oder neuerer oder auch älterer
Baureihen.
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Typischerweise
lassen die Applikationsschnittstellen nur Single-Master-Zugriffe
zu. Ein weiterer Vorteil entsteht deshalb, wenn bei der Schnittstelleneinheit
Zustandsautomaten vorgesehen sind, welche Mehrfachzugriffe auf ein
Steuergerät
voneinander entkoppeln. Damit können
z. B. zum Verstellen der Applikationsparameter zwei Anwendungen gleichzeitig
auf ein Steuergerät
zugreifen.
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Sollte
die Zykluszeit z. B. für
performante dynamische Anpassungen von Steuergeräteparametern nicht ausreichen,
so kann die Optimierung eines begrenzten Funktionsumfangs auch in
die Schnittstelleneinheit verlagert werden. Es ist deshalb von Vorteil,
wenn in der Schnittstelleneinheit Funktionen der Steuergeräte zur Verarbeitung
von Mess- und Verstellgrößen verwirklicht
sind. Grundsätzlich
kann für
diese Anwendung die Einheit auch Signale und Messgrößen von
anderen Netzwerkkomponenten, wie z. B. Messsystemen verwenden, die
an dem gleichen Bus liegen. Dadurch wird Rechenlast in die Einheit
verlagert, wodurch die Reaktionszeit der angeschlossenen Komponenten
sinkt und/oder entsprechend zusätzliche
Hardware ganz eingespart werden könnte.
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Eine
weitere Reduktion der Zykluszeit kann zudem durch Verlagerung insbesondere
einfacher Simulationen, Optimierungsalgorithmen und Bypassanwendungen
in die Schnittstelleneinheit erzielt werden. Bevorzugt kann deshalb
ein Simulations-, Optimierungs- und/oder Bypasssystem in der Einheit
verwirklicht sein.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Rechnernetzwerk nach
Anspruch 7 gelöst, bei
dem die Schnittstelleneinheit einerseits mit wenigstens einem der
Testwerkzeuge, und andererseits mit wenigstens einem der Steuergeräte verbunden ist.
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Ein
wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Rechnernetzwerks besteht
dabei in der effizienten Kommunikation zwischen allen Netzwerkkomponenten
auf Grund der Multi-Master-Fähigkeit
der Schnittstelleneinheit, die wiederum auf der dort hinterlegten
Beschreibungsdatei für
die Steuergeräte beruht.
Mit dieser Beschreibungsdatei kann ein derart definiertes Gateway
die Kommunikation zum Messen und Verstellen der z. B. in einem Fahrzeug enthaltenen
Steuergeräte
initialisieren. Sämtliche Messwerte
werden danach sowohl den Anwendungen zur Verarbeitung als auch dem
Messtool zur Aufzeichnung zur Verfügung gestellt. Hierbei fordert
das Gateway die Summe aller von den Tools benötigten Messgrößen an und
stellt diese entsprechend der Beschreibungsdatei den Tools zur Verfügung.
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Bevorzugte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rechnernetzwerks sind in
den Unteransprüchen
8 bis 12 angegeben.
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Danach
ist in einer vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen, dass die Testwerkzeuge wenigstens ein Applikations-
und Messtool umfassen. Damit wird eine besonders effiziente Kommunikation zwischen
diesen Werkzeugen und den weiteren Komponenten möglich. Dies umso mehr, als
die Testwerkzeuge weiterhin ein Prüfstands- und Automatisierungssystem,
ein Simulationssystem und/oder ein Kalibrierungssystem umfassen
können.
Damit kann mit dem Netzwerk eine vollständige Testumgebung abgebildet
werden.
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Eine
besonders einfache Entkopplung des Mehrfachzugriffs auf ein Steuergerät in dem
erfindungsgemäßen Rechnernetzwerk
wird dadurch gewährleistet,
dass die Verstellschnittstelle eines Steuergeräts eine kürzere Reaktionszeit aufweist,
als die Abarbeitungszeit einer Summe von Anforderungen an dieses
Steuergerät
z. B. mit ETK(Emulationstastkopf)-Schnittstelle beträgt. Eine
Entkopplung durch die schon beschriebenen Zustandautomaten in der Schnittstelleneinheit
kann ergänzend
oder auch alternativ vorgesehen sein.
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Zur
einfachen Konfiguration der Schnittstelleneinheit ist es bevorzugt,
wenn ein Konfigurationswerkzeug zum Hinterlegen einer jeweiligen
Beschreibungsdatei der Steuergeräte
vorgesehen ist. Diese Beschreibungsdatei wird dann an die beteiligten Testwerkzeuge
verteilt. Eine besonders gute Bedienbarkeit des Konfigurationswerkzeugs
wird dadurch erreicht, wenn dieses in eines der Testwerkzeuge integriert
ist.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikationsverwaltung in
einem Rechnernetzwerk nach Anspruch 13 gelöst, mit den Schritten: Hinterlegen
einer jeweiligen Beschreibungsdatei der Steuergeräte an der
Schnittstelleneinheit; Ausführen
einer werkzeugseitigen Anforderung von Mess- oder Verstellgrößen der
Steuergeräte
durch die Schnittstelleneinheit auf Basis dieser Beschreibungsdatei,
und Bereitstellen der erfassten Messgrößen für die Werkzeuge an der Schnittstelleneinheit.
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Ein
wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei
in dessen einfacher Struktur, die eine kostengünstige Umsetzung in Hard- und/oder
Software ermöglicht,
gleichzeitig aber Grundlage für
die schon beschriebene effiziente Kommunikation zwischen den Netzwerkkomponenten
ist.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in Anspruch 14 angegeben und betrifft die Bearbeitung einzelner
Aktionen in der Schnittstelleneinheit, in der das Ausführen einzelner
Anforderungen und/oder das Bereitstellen der erfassten Messgrößen priorisiert
ausführbar
ist. Dadurch lässt
sich die Verarbeitung und Bereitstellung von besonders relevanten
Informationen beschleunigen und die Effizienz der Kommunikation
verbessern.
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Durch
die effiziente Kommunikation zwischen Netzwerkkomponenten über die
erfindungsgemäße Schnittstelleneinheit
kann insbesondere die Zykluszeit von Optimierungsvorgängen reduziert werden.
Bevorzugt findet deshalb die Schnittstelleneinheit, das Rechnernetzwerk
und das Verfahren in der fahrzeugspezifischen Anpassung der Parameter von
Steuergeräten
Verwendung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Das
erfindungsgemäße System
und Verfahren werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Gleiche
oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es
zeigen:
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1 ein
bekanntes System zum Anpassen von Parametern eines Steuergeräts an den
Motor eines Fahrzeugs;
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2 die
Kommunikationshierarchie des Systems der 1 anhand
der einzelnen Ebenen zugeordneten Netzwerkkomponenten, und
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3 ein
System zum Anpassen von Parametern mehrerer Steuergeräte an den
Motor eines Fahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Schnittstelleneinheit.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die 1 zeigt
ein bekanntes System zum Anpassen von Parametern eines Steuergeräts Cx an den
Motor E eines Fahrzeugs V, mit einem Applikations- und Messtool
AMT, dessen Applikationstool einerseits mit einem Prüfstands-
und Automatisierungssystem kommuniziert und andererseits Messgrößen- und
Verstellanforderungen an das Steuergerät Cx weitergibt. Die erfassten
Messgrößen werden von
dem Steuergerät
Cx und Sensoren Sx an das Messtool zurückgegeben. Ein solches System
ist, wie bereits einleitend beschrieben, einerseits durch seine
Single-Master-Fähigkeit,
andererseits durch eine Komplexität eingeschränkt, was sich unter anderem
in der mangelnden Verarbeitbarkeit einer größeren Anzahl von Applikationsparametern
ausdrückt.
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Die 2 zeigt
die ebenfalls schon einleitend beschriebene Kommunikationshierarchie
des Systems der 1 anhand der einzelnen Ebenen
zugeordneten Netzwerkkomponenten, nämlich eines Steuergeräts Cx, Sensoren
Sx, Schnittstellenhardware ICH, dem Applikations- und Messwerkzeug AMT
hier MCD-Werkzeug,
und einem Prüfstands- und
Automatisierungssystem TAS. Diese Darstellung verdeutlicht in erster
Linie die Komplexität
der Kommunikation über
die Schnittstellen I1 ... I3 und die erforderliche Datenwandlung
und Bereitstellung von HEX-Daten über eine Beschreibungsdatei
A2L auf den obersten Ebenen. Diese Komplexität verhindert eine akzeptable
Performanz des Systems, insbesondere im dynamischen Bereich.
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Die 3 zeigt
ein System zum Anpassen von Parametern mehrerer Steuergeräte C1 ...
Cx an den Motor eines Fahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Schnittstelleneinheit
G, die – über Schnittstellen
X2E und das XCP-Protokoll – zwischen
die Steuergeräte
C1 ... Cx, ein Prüfstands-
und Automatisierungssystem TAS, und ein Applikations- und Messtool
AMT geschaltet ist. Zusätzlich
ist die Einheit G über
das XCP-Protokoll mit einer Bus-Schnittstelle BI (Bus Interface)
zu einem Flexray- bzw.
CAN(Controller Area Network)-Bus verbunden. Durch die an der Einheit
G hinterlegte Beschreibungsdatei der Steuergeräte C1 ... Cx ist dabei eine
rasche Datenwandlung zwischen physikalischen Daten und Signaldaten
in Richtung der Steuergeräte,
und umgekehrt in Richtung des Prüfstands-
und Automatisierungssystems TAS und dem Applikations- und Messtool
AMT zu. Entscheidend ist dabei, das die geforderten Daten nicht
nur aufbereitet, sondern auch jeweils bedarfsgerecht verteilt werden,
so in diesem Beispiel auch an ein Simulations- und Bypasssystem
SBS (Simulation and Bypass System), das über einen Gbit Switch SW (SWitch)
direkt mit einer Messmimik verbunden ist, welche die (A/D, D/A,
I/O)-Wandler T1
... T6 (Transducer) umfasst. Damit wirkt die Einheit G ähnlich wie
ein Filter, der zudem über
eine Bus B mit einem Messsystem MS (Measuring System), umfassend
z. B. eine Klopfer-, Ansaugluft- und/oder Partikelerkennung, mit
einem Aktuatorensystem AS (Actuator System), umfassend eine Gas-,
Kupplungs- und/oder
Gangerkennung, sowie einer Belastungseinrichtung LU (Load Unit)
verbunden ist. Die auf dem Bus B zur Verfügung gestellten Daten können dabei
direkt an das Prüfstands-
und Automatisierungssystem TAS (und umgekehrt) und/oder über die Einheit
G – bedarfsgerecht
aufgearbeitet – an
das System TAS, an das Applikations- und Messtool AMT und/oder an
das Simulations- und Bypasssystem SBS weitergegeben werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Kommunikationsmanagement
der Schnittstelleneinheit G in dem Rechnernetzwerk N, im wesentlichen
bestehend aus den Steuergeräten
C1 ... C3, dem Applikations- und Messtool AMT, dem Simulations-
und Bypasssystem SBS und dem Prüfstands-
und Automatisierungssystem TAS, wird zum einen die Multi-Master-Fähigkeit des Systems begründet, d.
h. mehrere Steuergeräte C1
... Cx wie Testwerkzeuge AMT, TAS und/oder SBS können gleichzeitig verwaltet
werden. Dadurch kann ein größeres Kommunikationsaufkommen, auch
im dynamischen Bereich und mit einer größeren Anzahl von Parametern
als bislang, bewältigt
werden. Die über
den üblichen
Funktionsumfang eines Gateways hinaus gesteigerte Funktionalität der Einheit
G lässt
die noch in 2 sichtbaren obersten zwei Kommunikationsebenen zu
einer einzigen Ebene verschmelzen. Dadurch verringert sich die Komplexität des Gesamtsystems
mit der Notwendigkeit zusätzlicher
Schnittstellen. Die zentrale Position der Einheit G schließlich ermöglicht die
Aufnahme und bedarfsgerechte, d. h. gezielte Verteilung der Daten an
die jeweils anfordernde Netzkomponente, z. B. AMT, TAS oder SBS.
Da die erfindungsgemäße Lösung auch
keine Modifikation der letztgenannten Komponenten für die Verwendung
der erfindungsgemäßen Einheit
G erfordert, ist mit dieser eine besonders einfache, effiziente
und kostengünstige
Anpassung der Parameter von Steuergeräten möglich.