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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem.
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Stand der Technik
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Derzeit sind Fahrsysteme in der Entwicklung, bei welchen auf öffentlichen Straßen Fahrzeuge autonom bzw. ohne Einwirkung eines Menschen auf einzelne Lenk-, Brems- oder Beschleunigungsvorgänge fahren. Im Laufe dieser Entwicklung werden für ein vollständiges autonomes Fahren der Fahrzeuge immer einflussreichere Fahrassistenzfunktionen in den Fahrzeugen verbaut. Die Fahrassistenzfunktionen beherrschen gezielt einzelne Fahrsituationen, wie z.B. Einparken, Stop-And-Go, Autobahnfahrt, usw., und müssen zuverlässig verfügbar sein. Dies stellt hohe Anforderungen an die Datenübertragungsrate zwischen den Steuergeräten.
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Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten in Fahrzeugen, insbesondere Automobilen, kann beispielsweise das CAN-Bussystem verwendet werden. Beim CAN-Bussystem werden Nachrichten mittels des CAN- und/oder CAN FD Protokolls übertragen, wie es in der derzeitigen ISO-CD-11898-1 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD beschrieben ist.
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Die Datenübertragung wird noch zuverlässiger, indem neben dem etablierten CAN-Bus ein weiterer Bus verlegt wird. Signale können dann redundant über beide Busleitungen versendet werden, wie dies beispielsweise bei Flexray der Fall ist. Ein elektrischer Fehler in einem der beiden Busse führt bei einer derartigen redundanten Verlegung nicht zum kompletten Ausfall der Kommunikation.
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Beispielsweise ist es möglich, als Teilnehmer oder Teilnehmerstationen des Bussystems vier Steuergeräte über zwei CAN-Busse redundant zu verbinden, um die Signale zwischen den Steuergeräten redundant zu übertragen. Hierbei ist es auch möglich, dass an einer der beiden redundanten CAN-Busse drei weitere Steuergeräte angeschlossen sind. Dadurch können diese drei weiteren Steuergeräte ebenso, jedoch nicht redundant, an der Kommunikation teilnehmen.
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Eine solche Busarchitektur hat Schwächen, insbesondere wenn viele lange Stichleitungen zu den Steuergeräten als Teilnehmerstationen verlegt sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Teilnehmerstationen von einem zentralen Punkt, wie einem Switch, sternförmig an den Bus angeschlossen sind. Lange Stichleitungen erzeugen Reflexionen und reduzieren die maximale Übertragungsrate insbesondere beim Einsatz von CAN FD. Um lange Stichleitungen zu vermeiden, werden beide Busleitungen häufig auch durchgeschleift, d.h. in das Steuergerät hinein, dort zur CAN-Teilnehmerstation und dann wieder herausgeführt. Dadurch sind mehr Anschlussstifte (Pins) am Stecker notwendig.
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Noch ein anderer Nachteil ergibt sich daraus, dass gemäß der derzeitigen ISO-CD-11898-1 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD nach der Arbitrierung für den nachfolgenden Teil der Busnachricht eine komplett andere Modulation verwendet werden kann, um die Datenrate zu erhöhen. Beispielsweise ist nach der Arbitrierung ein Umschalten auf den Ethernet Physical Layer möglich. Jedoch sind Stichleitungen wegen der Reflexion insbesondere für die Übertragung mittels Amplitudenmodulation bei hoher Übertragungsrate ungeeignet.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Nachrichten, die nur für einzelne Busteilnehmer bestimmt sind, immer auch von allen anderen Teilnehmerstationen mitgehört und damit auch ungewünscht ausspioniert und manipuliert werden können. Dies ist insbesondere bei Fremdgeräten kritisch anzusehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen trotz einfach adaptierbarer und kostengünstiger Bustopologie die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht und außerdem die Übertragung von Nachrichten sicherer gegen Manipulation wird.
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Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden einer Nachricht an und/oder Empfangen einer Nachricht von eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems, und eine Schalteinrichtung zum Schalten einer Verbindung zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand, wobei die Schalteinrichtung zur selektiven Verbindungssteuerung der Teilnehmerstation zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems auf der Grundlage zumindest eines Teils der von der Sende-/Empfangseinrichtung empfangenen Nachricht ausgestaltet ist.
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Mit der Teilnehmerstation wird die Länge der Stichleitungen zum Anschluss von Teilnehmerstationen an die Busleitung zugunsten einer höheren Übertragungsrate reduziert.
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Gegenüber redundanten Bussystemen mit Stichleitungen kann mit der Teilnehmerstation eine flexible Bustopologie erzielt werden, die eine höhere Datenrate und weniger Kabelgewicht und -kosten erreicht. Gegenüber redundanten Bussystemen mit durchgeschleiften Leitungen verringert sich die Zahl der Anschlussstecker (Pins) der Teilnehmerstation.
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Die zuvor genannte Ausführung der Teilnehmerstation ermöglicht, völlig auf Teilnehmerstationen mit Stichleitungen zu verzichten. Daher kann dann eine parallele und flexible peer-to-peer Kommunikation realisiert werden. Mit einer solchen Topologie ist die maximal mögliche Übertragungsrate erreichbar. Außerdem wird damit auch die Übertragung eines Ethernet-Rahmens (Ethernet-Frames) innerhalb einer CAN-Nachricht attraktiv. Auch dadurch kann eine Erhöhung der Übertragungsrate realisiert werden.
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Vorteilhaft ist auch, dass die flexible Bustopologie schrittweise eingeführt werden kann. Teilnehmerstationen, die (noch) nicht parallel kommunizieren können, sind ohne weiteres mit der flexiblen Bustopologie kompatibel.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass mit der Teilnehmerstation durch die flexibel einstellbare parallele Übertragung der Daten die Gefahr des Ausspionierens reduziert wird. Der Grund dafür liegt darin, dass die Teilnehmerstation bei der parallelen (nicht redundanten) Übertragung immer nur einen Teil der Nachrichten mithören kann und so nur die Hälfte aller Informationen bekommt. Dies ist vor allem bei Steuergeräten als Teilnehmerstationen, die mit dem Internet verbunden sind, vorteilhaft, da hier die Gefahr besteht, dass eine solche Teilnehmerstation durch Schadsoftware infiziert wird und sensible Daten ausspäht. Besonders klein wird das Risiko, wenn die Daten vor der Parallelisierung komprimiert oder verschlüsselt werden.
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Ebenso kann eine mit Schadsoftware infizierte Teilnehmerstation die Nachrichten nicht unbemerkt manipulieren, da die Intelligenz der flexiblen Bustopologie auf mehrere Teilnehmerstationen verteilt ist. Bei einem Manipulationsversuch würde nur eine der beiden Nachrichten den Empfänger erreichen. Die andere Nachricht würde vom rechtmäßigen Sender blockiert werden.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Möglicherweise ist der Teil der von der Sende-/Empfangseinrichtung empfangenen Nachricht der Identifizierer einer CAN-Nachricht.
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Denkbar ist auch, dass die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, abhängig von einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift in Bezug auf den Identifizierer der empfangenen Nachricht ein Schalten der Schalteinrichtung zum Herstellen der Verbindung zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems zu bewirken.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung kann auch ausgestaltet sein zum Senden eines an den Identifizierer anschließenden Teils der Nachricht, nachdem mit der Schalteinrichtung die selektive Verbindungssteuerung vorgenommen wurde.
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Die Teilnehmerstation kann außerdem ausgestaltet sein, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit der selektiven Verbindungssteuerung die Schalteinrichtung in einen Zustand zum Herstellen der Verbindung zu den Teilnehmerstationen des Bussystems zu schalten. Hierbei kann die vorbestimmte Zeitdauer eine Zeitdauer zum Empfang eines Teils der Nachricht sein, der gesendet wird, während nur eine Teilnehmerstation des Bussystems einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf die Busleitung des Bussystems hat.
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Möglicherweise hat die Schalteinrichtung einen Schließer oder einen Öffner zum Herstellen der Verbindung zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems. Alternativ oder zusätzlich kann die Schalteinrichtung zum Herstellen der Verbindung als serieller oder paralleler Bus zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems ausgestaltet sein.
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Die Schalteinrichtung ist je nach Bedarf in einem Zeitraum, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation des Bussystems auf eine Busleitung des Bussystems gewährleistet ist, in einen Zustand zum Herstellen der Verbindung zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems geschaltet.
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Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem eine Busleitung und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über die Busleitung derart miteinander verbindbar sind, dass sie miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren weist die Schritte auf: Empfangen, mit einer Sende-/Empfangseinrichtung, der auf einer Busleitung des Bussystems übertragenen Nachricht, und Schalten, mit einer Schalteinrichtung, einer Verbindung zu mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand auf der Grundlage zumindest eines Teils der von der Sende-/Empfangseinrichtung empfangenen Nachricht.
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Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 ein vereinfachtes Schaltbild einer ersten Schalteinrichtung einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine vereinfachte schematische Darstellung des Aufbaus einer Nachricht bei dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Datenübertragung in dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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5 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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6 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Schalteinrichtung einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein Bussystem 1, das beispielsweise ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, usw., sein kann. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
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In 1 hat das Bussystem 1 eine Busleitung 3, an die eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10 bis 80 angeschlossen sind. Über die Busleitung 3 können Nachrichten N1, N2, N3 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10 bis 80 übertragen werden. Die Busleitung 3 ist beispielsweise als Doppelader oder Adernpaar ausgeführt. Die Teilnehmerstationen 10 bis 80 können beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs sein.
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Wie in 1 gezeigt, haben die Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80 jeweils eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12, eine Schalteinrichtung 13 und Abschlusswiderstände L, R für die Busleitung 3. Die Teilnehmerstationen 20, 30, 60 haben dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, eine Sende-/Empfangseinrichtung 22 und einen Abschlusswiderstand 23 für die Busleitung 3. Die Teilnehmerstationen 20, 30, 60 sind über eine Stichleitung 31 der Busleitung 3 an die Busleitung 3 angeschlossen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 sind jeweils über die zugehörige Schalteinrichtung 13 direkt an die Busleitung 3 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 22 sind jeweils direkt an die Busleitung 3 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist. In der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist eine Zuordnungsvorschrift 121 vorhanden, beispielsweise in einer Speichereinrichtung.
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Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10 bis 80 über die Busleitung 3 mit einer anderen Teilnehmerstation der an die Busleitung 3 angeschlossenen Teilnehmerstationen 10 bis 80. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21 sind ausgeführt, um die Nachrichten N1, N2, N3 zu erstellen oder zu lesen. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21 können wie ein herkömmlicher CAN- und/oder CAN FD-Controller ausgeführt sein.
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Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 sind ausgeführt, um Nachrichten N1, N2, N3, die von der zugehörigen Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21 bereitgestellt wurden über die Busleitung 3 an eine andere Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 des Bussystems 1 zu senden oder eine von der Busleitung 3 empfangen Nachricht N1, N2, N3 für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21 bereitzustellen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 können grundsätzlich wie ein herkömmlicher CAN- und/oder CN FD-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 können noch die nachfolgend beschriebenen Funktionen haben.
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2 zeigt die Schalteinrichtung 13 genauer. Die Schalteinrichtung 13 hat jeweils drei Doppelschalter bzw. Schalter 131, 132, 133 und zwei Abschlusswiderstände L, R. Die Abschlusswiderstände L, R dienen bei entsprechender Stellung der Schalter 131, 132, 133 zum Abschluss der Busleitung 3. Die Schalter 132, 133 sind in Stichleitungen 32, 33 der Busleitung 3 angeordnet.
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Der Schalter 131 ist in 2 als Schließer ausgeführt. Die Schalter 132, 133 sind in 2 jeweils als Öffner ausgeführt. Der Schalter 131 kann im geschlossenen Zustand den von links an der Teilnehmerstation 10 anschließbaren Teil der Busleitung 3 mit dem von rechts an der Teilnehmerstation 10 anschließbaren Teil der Busleitung 3 verbinden. Die Schalter 131, 132, 133 sind derart miteinander gekoppelt, dass ein Schalten eines der Schalter, beispielsweise des Schalters 131, ein Schalten auch der anderen Schalter, bei dem vorliegenden Beispiel der Schalter 132, 133, bewirkt. Diese Kopplung der Schalter 131, 132, 133 ist in 2 durch gestrichelte Linien zwischen den Schaltern 131, 132, 133 dargestellt.
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Ist der Schalter 131 in 2 geschlossen, ist wegen der Kopplung der Schalter 131, 132, 133 auch die Verbindung der Busleitung 3 zu dem Abschlusswiderstand L unterbrochen. Außerdem ist die Verbindung der Busleitung 3 zu dem Abschlusswiderstand R unterbrochen. Als Folge davon ist die Teilnehmerstation 10 von der Busleitung 3 getrennt. Es ist dann keine Verbindung, genauer gesagt Datenübertragungsverbindung, der Teilnehmerstation 10 zu den anderen Teilnehmerstationen 20 bis 80 hergestellt.
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Ist der Schalter 131 hingegen geöffnet, wie in 2 gezeigt, ist wegen der Kopplung der Schalter 131, 132, 133 das eine an die Schalteinrichtung 13 angeschlossene Ende der Busleitung 3 mit dem Abschlusswiderstand L abgeschlossen. Außerdem ist das andere an die Schalteinrichtung 13 angeschlossene Ende der Busleitung 3 mit dem Abschlusswiderstand R abgeschlossen. Daher kann die Teilnehmerstation 10 mit mindestens einer der anderen Teilnehmerstationen 20 bis 80 Nachrichten N1, N2, N3 über die Busleitung 3 austauschen.
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Die Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80 sind beispielsweise als Steuereinrichtungen ausführbar. Insbesondere ist die zuvor beschriebene Ausführung der Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80 in einem Fall vorteilhaft, bei welchem die Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80 ansonsten mit so einer langen Stichleitung 31 an die Busleitung 3 anzuschließen ist, dass die durch die Stichleitung 31 verursachten Reflexionen die maximal erzielbare Datenübertragungsrate des Bussystems 1 unerwünscht beschränken.
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Da die Teilnehmerstationen 20, 30, 60 keine Schalteinrichtung 13 haben, sind die Teilnehmerstationen 20, 30, 60 also fest an die Busleitung 3 angeschlossen. Die Teilnehmerstationen 20, 30, 60 sind demzufolge nicht einfach mit einem Schalter von der Busleitung 3 trennbar. Das hat Nachteile auf die maximal erzielbare Datenübertragungsrate zwischen den neuen Teilnehmerstationen 10, 40, 50 70, 80 muss aber im Zuge der schrittweisen Einführung der neuen Teilnehmerstationen 10, 40, 50 70, 80 zugelassen sein. Dies kann beispielsweise für einen einfachen Sensor als Teilnehmerstation 20, 30, 60 vorteilhaft sein oder für Teilnehmerstationen, welche mit einer so kurzen Stichleitung 31 an die Busleitung 3 angeschlossen sind, dass Reflexionen auch für die maximal erzielbare Datenübertragungsrate des Bussystems 1 keine bis eine vernachlässigbare Rolle spielen.
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Bei dem Bussystem 1 werden die Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80 mit Hilfe der Schalteinrichtungen 13 flexibel in Abhängigkeit der zu sendenden Nachrichten N1, N2, N3 miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt. Je nach Bedarf wird aus der Busleitung 3 ein einziger serieller Bus hergestellt, oder es werden zwei parallele Busse hergestellt, mit denen eine redundante bzw. parallele Kommunikation möglich ist.
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Bei der seriellen Kommunikation über einen einzigen Bus, wie z.B. einer seriellen Kommunikation der Teilnehmerstation 20 mit der Teilnehmerstation 60, öffnet die Teilnehmerstation 10 den Schalter 131 und schließt die beiden Busenden der Busleitung 3 durch ein Schließen der zwei weiteren Schalter 132, 133 (2) mit den Abschlusswiderständen L, R ab. Diese Stellung ist in 1 und 2 gezeigt. Alle weiteren Teilnehmerstationen 40, 50, 70, 80 schließen ihre Schalter 131 und entfernen durch ein Öffnen ihrer weiteren zwei Schalter 132, 133 ihre internen Abschlusswiderstände L, R. Dies ist die jeweils andere Endstellung der Schalter 131, 132, 133, die in 1 und 2 nicht gezeigt ist.
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Bei der parallelen Kommunikation der Teilnehmerstation 80 mit der Teilnehmerstation 50 öffnen die beiden Teilnehmerstationen 50, 80 ihre Schalter 131 und schließen alle vier Busenden mit Abschlusswiderständen L, R ab, indem die Schalter 132, 133 geschlossen sind, wie in 1 dargestellt. Die Teilnehmerstation 10 schließt den Schalter 131 und entfernt durch Öffnen der Schalter 132, 133 ihre Abschlusswiderstände L, R. Das Gleiche gilt für die Teilnehmerstationen 40, 70, welche ebenfalls ihren Schalter 131 schließen und durch Öffnen ihrer Schalter 132, 133 ihre Abschlusswiderstände L, R entfernen.
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Dadurch entstehen zwei unabhängige parallele Busse, insbesondere CAN-Busse, für die redundante Datenübertragung.
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3 zeigt sehr schematisch und vereinfacht den Aufbau einer Nachricht N1. Die Nachrichten N2, N3 sind auf die gleiche Weise aufgebaut, wie die Nachricht N1. Die Nachricht N1 hat einen Nachrichtenkopf N10, ein Datenteil N11 und ein Nachrichtenende N12. In dem Nachrichtenkopf N10 ist eine Arbitrierungsphase N100 umfasst. Die Arbitrierungsphase N100 umfasst wiederum einen Identifizierer ID der Nachricht N1. Die Arbitrierungsphase N100 ist der Teil der Nachricht N1, mit dessen Hilfe bestimmt wird, welche der derzeit sendenden Teilnehmerstationen des Bussystems 1 zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf die Busleitung 3 des Bussystems 1 bekommt. Bei dieser Bestimmung kann ausschließlich oder unter anderem der Identifizierer ID der Nachricht N1 herangezogen werden. Bei einer CAN- oder CAN FD-Nachricht als Nachricht N1 ist der Identifizierer ID unmittelbar anschließend an ein SOF-Bit (SOF = Start of Frame = Start der Nachricht) am Anfang einer Nachricht N1, N2, N3 angeordnet.
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Zu Beginn jeder Nachricht N1, N2, N3 wird der mit der Busleitung 3 realisierte Bus immer seriell betrieben, es sind also alle Teilnehmerstationen 10 bis 80 an der Arbitrierung beteiligt. Abhängig von dem Identifizierer ID der Nachricht N1, N2, N3, deren Identifizierer ID die Arbitrierung gewonnen hat und die während eines folgenden exklusiven, kollisionsfreien Zugriffs auf die Busleitung 3 gesendet werden darf, schließen und/oder öffnen alle Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80 ihre Schalter 131, 132, 133 für die Verbindung der CAN-Teilnehmerstationen 10 bis 80 untereinander, welche von der sendenden Teilnehmerstation die gesendete Nachricht empfangen sollen. Im Anschluss daran werden die Inhalte der Nachricht N1, N2, N3 übertragen, die sich an die Arbitrierungsphase N100 anschließen. Diese Inhalte sind das Datenteil N11 und das Nachrichtenende N12. Je nach der Zeitdauer für das Schalten der Schalter 131, 132, 133 können die genannten Inhalte auch den noch nicht gesendeten Teil des Nachrichtenkopfes N10 umfassen.
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In dem Bussystem 1 findet sozusagen eine selektive räumliche Verbindungssteuerung mittels Arbitrierung statt. Hierbei werden die Schalteinrichtungen 13 nach Abschluss der Arbitrierung gemäß der in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 abgelegten Zuordnungsvorschrift 121, wie beispielsweise einer Tabelle, einer und/oder Abfrage, usw. eingestellt. In der Zuordnungsvorschrift 121 ist angegeben, ob die Schalter 131, 132, 133 je nach Identifizierer der als nächstes gesendeten Nachricht N1, N2, N3 „offen“ oder „geschlossen“ sind.
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4 zeigt ein Verfahren zur Datenübertragung in dem Bussystem 1 gemäß 1 und 2. Hier wird nach dem Beginn des Verfahrens bei einem Schritt S1 mit den Schalteinrichtungen 13 ein serieller Bus hergestellt, wie zuvor beschrieben. Somit können die Teilnehmerstationen 10 bis 80 auf der Busleitung 3 übertragene Nachrichten N1, N2, N3 empfangen oder Nachrichten N1, N2, N3 auf die Busleitung 3 senden. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter.
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Bei dem Schritt S2 beginnt beispielsweise eine oder auch mehrere der Sende-/Empfangseinrichtungen 12 der Teilnehmerstationen 10, 40, 50, 70, 80, eine der Nachrichten N1, N2, N3 gemäß 3 auf die Busleitung 3 zu senden. Gleichzeitig kann auch eine oder mehrere der Sende-/Empfangseinrichtungen 22 der Teilnehmerstationen 20, 30, 60 beginnen, eine der Nachrichten N1, N2, N3 auf die Busleitung 3 zu senden. Danach geht der Fluss zu einem Ablauf S3 weiter.
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Bei dem Ablauf S3 wird bei den sendenden Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22 geprüft, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22 für den sich anschließenden Sendezyklus der Nachricht N1, N2, N3 die Arbitrierung gewinnt. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn die sendende Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22 derzeit eine Nachricht sendet, welche derzeit die höchste Priorität aller auf die Busleitung 3 gesendeten Nachrichten N1, N2, N3 hat.
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Gewinnt beispielsweise die Nachricht N1 bei dem Schritt S3 die Arbitrierung, bleibt die zugehörige Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22 als einzige der zuvor sendenden Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 im Sendezustand. Alle anderen Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22 schalten auf Empfang um. Danach geht der Fluss zu einem Ablauf S4 weiter.
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Bei dem Ablauf S4 schalten die auf Empfang geschalteten Sende-/Empfangseinrichtung 12 anhand des Identifizierers ID der Nachricht N1und/oder der Zuordnungsvorschrift 121 ihre Schalteinrichtung 13 entsprechend. Sendet eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Nachricht N1, welche die Arbitrierung gewonnen hat, so schaltet auch diese Sende-/Empfangseinrichtung 12 anhand des Identifizierers ID der Nachricht N1und/oder der Zuordnungsvorschrift 121 ihre Schalteinrichtung 13 entsprechend. Die Schaltstellung und damit die Zuordnungsvorschrift 121 ist abhängig davon, ob der nun gesendete Teil der Nachricht N1 zu empfangen ist, und/oder ob die Teilnehmerstation zum Herstellen eines seriellen oder parallelen Busses für eine der anderen Teilnehmerstationen des Bussystems 1 entsprechend zu schalten ist, wie zuvor beschrieben. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S5 weiter.
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Bei dem Schritt S5 wird die Nachricht N1 über die Busleitung 3 übertragen. Danach geht der Fluss zu dem Schritt S1 zurück.
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Das Verfahren ist beendet, wenn das Bussystem 1 ausgeschaltet ist.
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5 zeigt ein Bussystem 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Hier haben die Teilnehmerstationen 40, 70 anstelle der Schalteinrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Schalteinrichtung 43. Die Schalteinrichtung 43 ist aufgebaut, wie in 6 gezeigt. Ansonsten ist das Bussystem 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt wie für das Bussystem 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß 6 hat die Schalteinrichtung 43 drei Schalter 431, 432, 433 und zwei Abschlusswiderstände L, R. Die Abschlusswiderstände L, R dienen bei entsprechender Stellung der Schalter 431, 432, 433 zum Abschluss der Busleitung 3. Die Schalter 432, 433 sind in Stichleitungen 32, 33 der Busleitung 3 angeordnet.
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Der Schalter 431 ist in 6 als Öffner ausgeführt. Die Schalter 432, 433 sind in 2 jeweils als Schließer ausgeführt. Der Schalter 431 kann im Ruhezustand, also wie in 6 gezeigt, den von links an der Teilnehmerstation 40 anschließbaren Teil der Busleitung 3 mit dem von rechts an der Teilnehmerstation 40 anschließbaren Teil der Busleitung 3 verbinden. Die Schalter 431, 432, 433 sind derart miteinander gekoppelt, dass ein Schalten eines der Schalter, beispielsweise des Schalters 431, ein Schalten auch der anderen Schalter, bei dem vorliegenden Beispiel der Schalter 432, 433, bewirkt. Diese Kopplung der Schalter 431, 432, 433 ist in 6 durch gestrichelte Linien zwischen den Schaltern 431, 432, 433 dargestellt.
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Ist der Schalter 431 in 2 im Ruhezustand, ist wegen der Kopplung der Schalter 431, 432, 433 auch die Verbindung der Busleitung 3 zu dem Abschlusswiderstand L unterbrochen. Außerdem ist die Verbindung der Busleitung 3 zu dem Abschlusswiderstand R unterbrochen. Als Folge davon ist die Teilnehmerstation 40 von der Busleitung 3 getrennt. Es ist dann keine Verbindung, genauer gesagt Datenübertragungsverbindung, der Teilnehmerstation 40 zu den anderen Teilnehmerstationen 10 bis 30 und 50 bis 80 hergestellt.
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Ist der Schalter 431 in 6 hingegen geöffnet, ist das eine an die Schalteinrichtung 43 angeschlossene Ende der Busleitung 3 mit dem Abschlusswiderstand L abgeschlossen. Außerdem ist das andere an die Schalteinrichtung 43 angeschlossene Ende der Busleitung 3 mit dem Abschlusswiderstand R abgeschlossen. Daher kann die Teilnehmerstation 40 mit mindestens einer der anderen Teilnehmerstationen 10 bis 30 und 50 bis 80 Nachrichten N1, N2, N3 über die Busleitung 3 austauschen.
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Gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels haben auch die Teilnehmerstationen 10, 50, 80 anstelle einer Schalteinrichtung 13 eine Schalteinrichtung 43.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems 1, 2, der Teilnehmerstationen 10 bis 80 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert oder weggelassen werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Das zuvor beschriebene Bussystem 1, 2 gemäß den Ausführungsbeispielen ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1, 2 gemäß den Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10 bis 80 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.
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Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10 bis 80 in dem Bussystem 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist beliebig. Zudem ist die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10 bis 80 in dem Bussystem 2 des ersten Ausführungsbeispiels beliebig. Insbesondere können auch die Teilnehmerstationen 20 und/oder 30 und/oder 60 in dem Bussystem 1 entfallen. Insbesondere können auch die Teilnehmerstationen 20 und/oder 30 und/oder 60 in dem Bussystem 2 entfallen. Es sind beliebige Kombinationen der Teilnehmerstationen 10 bis 80 in den Bussystemen 1, 2 möglich.
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Die Schalter der Schalteinrichtungen 13, 43 müssen nicht gekoppelt sein, wie zuvor beschrieben. Die Schalter der Schalteinrichtungen 13, 43 können auch jeweils einzeln schaltbar sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO-CD-11898-1 [0003]
- ISO-CD-11898-1 [0007]
