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Die Erfindung betrifft einen Steuerungsbus mit mehreren Schnittstellen, welche jeweils zum Anschließen eines direkten Busteilnehmers einer Steuerung ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung noch ein Bussystem mit einem Steuerungsbus und ein Verfahren zum Betreiben eines Bussystems.
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Aufgrund der zunehmenden Anzahl von Steuergeräten und anderen elektrischen Komponenten werden die einzelnen elektrischen Komponenten über einen Steuerungsbus miteinander bidirektional verbunden. Bussysteme mit Steuerungsbussen werden bei Steuerungen eingesetzt, um die unterschiedlichen Busteilnehmer, wie beispielsweise Steuergeräte sowie Peripheriegeräte wie Sensoren und Aktoren in datenkommunikativer Verbindung miteinander zu koppeln.
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Bussysteme mit Steuerungsbussen werden aber auch in Fahrzeugen eingesetzt, um die einzelnen Steuergeräte sowie die Peripheriegeräte in einem Fahrzeug miteinander zu koppeln. Beispielsweise kann ein ESP- Steuergerät eines Fahrzeugs über einen CAN-Bus oder einen FlexRay-Bus mit anderen Steuergeräten gekoppelt werden.
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Die Schnittstellen solcher Steuerungsbusse sind derart definiert, dass sie dem definierten Steuergeräte- und Funktionsumfang zum SoP-Zeitpunkt genügen. Dabei wird als SoP „Start of Production“ (SoP) der Beginn der Serienproduktion bezeichnet, das heißt im Wesentlichen derjenige Zeitpunkt des ersten unter Serienbedingungen gefertigten Produkts. Dies wird hier auch als Produktionsbeginn bezeichnet.
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Bei Produktionsbeginn werden die Schnittstellen des Steuerungsbusses rein funktional definiert, so dass diese nur bestimmte, genau definierte komplexere Funktionen der einzelnen Busteilnehmer ausführen können.
Es ist daher nicht möglich, nachträglich beispielsweise neue Busteilnehmer mit neuen innovativen Funktionen an einen vorhandenen Steuerungsbus anzuschließen, welcher beispielsweise die vorhandenen Sensoren und Aktoren voll nutzen kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen Steuerungsbus und ein Bussystem, welcher hinsichtlich der Nachrüstung von Busteilnehmern verbessert ist, anzugeben.
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Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Bussystems anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Steuerungsbus mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig geeignet miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Steuerungsbus mit mehreren Schnittstellen, welche jeweils zum Anschließen zumindest eines direkten Busteilnehmers einer Steuerung ausgebildet sind, wobei der Steuerungsbus zumindest Zustandsdaten und/oder feingranulare Steuerungsdaten des zumindest einen direkten Busteilnehmers und/oder, bei Ausbildung des direkten Busteilnehmers zum Anschließen zumindest eines indirekten Busteilnehmers, zumindest des indirekten Busteilnehmers aufweist.
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Feingranulare Steuerungsdaten sind Steuerungsdaten, mit denen eine hochpräzise Steuerung des dazugehörigen direkten oder indirekten Busteilnehmers möglich ist, um die verschiedenen Verarbeitungen entsprechend den Anforderungen des Anwenders durchführen zu können. Ist beispielsweise der direkte Busteilnehmer ein Steuergerät und der indirekte Busteilnehmer ein Head-Up-Display, welches durch das Steuergerät in einem Fahrzeug gesteuert wird, so ist nicht nur eine grobe Ansteuerung beispielsweise eine Ein/Aus-Ansteuerung zur Darstellung eines Bildes möglich, sondern das Bild kann durch diese feingranularen Steuerungsdaten auf dem Display gezielt, beispielsweise in einer der Displayecken angezeigt werden, in dem die Bildelemente des Displays beispielsweise gezielt angesprochen und dargestellt werden können.
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Zustandsdaten umfassen beispielsweise den aktuellen Zustand des Busteilnehmers, beispielsweise den Betriebszustand (Ein/Aus) und/oder die Funktionsfähigkeit.
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Der Steuerungsbus kann beispielsweise als Systembus, Speicherbus, sowie Ein- und Ausgabebus ausgebildet sein. Dabei dient beispielsweise ein Systembus der Kommunikation einer CPU mit ihrer Umgebung. Hierunter fallen auch Datenbusse und Adressbusse. Ferner kann der Steuerungsbus beispielsweise als Speicherbus, welcher die CPU mit dem Hauptspeicher verbindet, ausgebildet sein. Auch kann der Steuerungsbus beispielsweise als Peripheriebus, welcher den Hauptspeicher mit anderen einzelnen Komponenten des Systems verbindet, ausgebildet sein.
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Durch den erfindungsgemäßen Steuerungsbus kann die Steuerung durch neu entwickelte direkte Busteilnehmer, wie beispielsweise neu entwickelte Steuergeräte mit innovativen Funktionen, oder neu entwickelte indirekte Busteilnehmer, wie Peripheriegeräte, im Laufe der Betriebsdauer der Steuerung noch nachträglich bestückt werden.
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Durch den erfindungsgemäßen Steuerungsbus wird ein dedizierter Zugriff auf direkte Busteilnehmer wie Steuergeräte und -bei Vorhandensein- indirekte Busteilnehmer wie Peripheriegeräte beispielsweise Sensoren oder Aktoren ermöglicht.
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Durch die Erfindung wird die Skalierbarkeit des Steuerungsfunktionsumfangs verbessert. Neue innovative Technologien können später nachgerüstet werden. Vorzugsweise sind die Zustandsdaten und/oder die feingranularen Steuerungsdaten verschlüsselt. Der Zugriff auf die Zustandsdaten und/oder die feingranularen Steuerungsdaten wird durch eine Authentifizierung und eine Verschlüsselung abgesichert. Damit kann sichergestellt werden, dass neue direkte Busteilnehmer nur nach vorheriger Authentifizierung und Entschlüsselung auf für sie zulässige Steuerungsdaten sowie Zustandsdaten zugreifen können.
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Dieser Zugriff bzw. der Entschlüsselungscode kann beispielsweise vom Erstausrüster (OEM, Original Equipment Manufacturer) kommerziell vermarktet werden. Ferner können die nachbestückten, direkten Busteilnehmer vor einer Vergabe bzw. Freigabe des Entschlüsselungscodes durch den Erstausrüster dafür verifiziert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass nur zulässige direkte Busteilnehmer auf die Steuerungsdaten sowie Zustandsdaten zugreifen.
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Vorzugsweise ist zumindest ein unbelegter Portanschluss vorgesehen. Dieser kann für eine Nachbestückung mit einem direkten Busteilnehmer verwendet werden. Bei dem unbelegten Portanschluss handelt es sich vorzugsweise um einen physikalischen Portanschluss. So können zum Beispiel Steuergeräte als direkte Busteilnehmer nachgerüstet werden. Weiterhin vorzugsweise ist der unbelegte Portanschluss als breitbandiger Portanschluss ausgebildet. Dadurch ist eine Nachrüstung aus einer größeren Vielfalt an direkten Busteilnehmern möglich.
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Vorzugsweise ist der Steuerungsbus als Fahrzeugbus und die Steuerung als eine Fahrzeugsteuerung ausgestaltet. Dadurch können neue innovative Technologien in einem Fahrzeug später durch beispielsweise neue Steuergeräte nachgerüstet werden und die vorhandenen Peripheriegeräte, d.h. indirekte Busteilnehmer wie Fahrzeugaktoren und Fahrzeugsensoren von dem nachgerüsteten, neuen Steuerungsgerät verwendet werden.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Bussystem mit einem wie oben beschriebenen Steuerungsbus, wobei zumindest ein direkter Busteilnehmer an den Steuerungsbus angeschlossen ist, und der direkte Busteilnehmer zumindest einen Portanschluss aufweist, an welchen ein indirekter Busteilnehmer angeschlossen ist. Dabei ist der zumindest eine indirekte Busteilnehmer bevorzugt ein Peripheriegerät. Vorzugsweise ist der direkte Busteilnehmer ein Steuergerät. Insbesondere ist der Steuerungsbus ein Fahrzeugbus. Dadurch ist ein dedizierter Zugriff auf bestimmte Peripheriegeräte wie Sensoren oder Aktoren möglich. Fahrzeuge können somit mit Steuergeräten mit neuen innovativen Funktionen, welche die vorhandenen Fahrzeugsensoren und Fahrzeugaktoren voll nutzen können, nachgerüstet werden.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungsbusses mit mehreren Schnittstellen, an welche zumindest ein direkter Busteilnehmer der Steuerung angeschlossen wird, wobei auf dem Steuerungsbus zumindest Zustandsdaten und/oder feingranulare Steuerungsdaten zumindest des direkten, und/oder bei Anschluss zumindest eines indirekten Busteilnehmers an den direkten Busteilnehmer, zumindest des indirekten Busteilnehmers bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise werden die Zustandsdaten und die feingranularen Steuerungsdaten vom direkten Busteilnehmer verschlüsselt und anschließend verschlüsselt auf dem Steuerungsbus bereitgestellt.
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Bevorzugt wird ein indirekter Busteilnehmer an zumindest einen Portanschluss des direkten Busteilnehmers angeschlossen. Weiterhin vorzugsweise wird durch den Steuerungsbus zumindest ein unbelegter Portanschluss bereitgestellt.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
- 1: eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Bussystems,
- 2: eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Bussystems,
- 3: ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt.
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1 zeigt eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Bussystems 1a. Das erfindungsgemäße Bussystem 1a weist einen LIN-Fahrzeugbus 2 (Local Interconnected Network) mit verschiedenen Schnittstellen 3, 4, 5 auf.
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Die Schnittstellen sind dabei als Portanschlüsse 3,4,5 d. h. physikalische LAN-Ports ausgebildet. Ferner weist das erfindungsgemäße Bussystem 1a als direkte Busteilnehmer einen Aktor 6 und einen Sensor 7 und ein Head-Up-Display 8 auf, wobei der Sensor 7, der Aktor 6 und das Head-Up-Display 8 Peripheriegeräte des Fahrzeugs darstellen.
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Der Aktor 6 weist einen Portanschluss 12, der Sensor 7 einen Portanschluss 13 und das Head-Up-Display 8 einen Portanschluss 14 auf. Auch kann über weitere nicht gezeigte Portanschlüsse z.B. ein Zugriff auf Audio-Ausgabemöglichkeiten, Kamera, Abstandssensoren, mobile Netzwerke als Peripheriegeräte usw. ermöglicht werden.
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Die Portanschlüsse 3,4,5 sind jeweils über eine Datenleitung 15,16,17 zur Datenübertragung zwischen dem Aktor 6, dem Sensor 7, dem Head-Up Display 8 und den LIN-Fahrzeugbus 2 an die Portanschlüsse 12,13,14 angebunden.
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Durch einen solchen LIN-Fahrzeugbus 2 kann eine kostengünstige Integration von dem Sensor 7, dem Aktor 6 und dem Head-Up-Display 8 und anderen Peripheriegeräten (nicht gezeigt) in Fahrzeugnetzwerken bewirkt werden.
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Der LIN-Fahrzeugbus 2 umfasst eine Speichereinheit 9, auf welcher die feingranularen Steuerungsdaten und die Zustandsdaten des Sensors 7 und des Aktors 6 als auch des Head-Up Displays 8 gespeichert sind.
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Diese werden auf dem LIN-Fahrzeugbus 2 kontinuierlich gespeichert. Dabei bedeutet kontinuierlich, dass bei einer Änderung der feingranularen Steuerungsdaten / Zustandsdaten die Steuerungs- und/oder Zustandsdaten aktualisiert auf dem LIN-Fahrzeugbus 2 hinterlegt werden.
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Dabei bedeutet feingranular, dass eine hochpräzise Steuerung des jeweiligen Busteilnehmers, hier des Sensors 7, des Aktors 6 und des Head-Up-Displays 8 durch beispielsweise einen nachgerüsteten anderen Busteilnehmer mittels der feingranularen Steuerungsdaten möglich ist. So ist bei Ansteuerung eines Sensors 7 durch den nachgerüsteten anderen Busteilnehmer beispielsweise nicht nur die Ein-Aus-Funktion möglich, sondern beispielsweise eine Ausrichtung, eine Einstellung des Erfassungsbereich, Helligkeit, etc.
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Zustandsdaten beschreiben den Zustand des Busteilnehmers, hier also beispielsweise den Zustand des Sensors 7 (An/Aus, Parametereinstellung etc.). Ferner weist der LIN- Fahrzeugbus 2 unbenutzte Portanschlüsse 10, 11 auf. Dabei bedeutet unbenutzt, dass diese für Busteilnehmer vorgesehen sind, welche während der Betriebsdauer des Fahrzeugs hinzukommen.
Die unbenutzten Portanschlüsse 10, 11 sind vorzugsweise als breitbandige Portanschlüsse 10,11 ausgebildet, um spätere neue Telematiksysteme mit neuen Mobilfunkstandards und größerer Bandbreite nachrüsten zu können.
Auch können weitere Schnittstellen (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
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Durch das erfindungsgemäße Bussystem 1a mit den unbelegten Portanschlüssen 10, 11 und den im LIN-Fahrzeugbus 2 gespeicherten Steuerungs-/Zustandsdaten sind nachgerüstete direkte Busteilnehmer, beispielsweise weitere Peripheriegeräte nicht ausschließlich auf den SoP (Start of Production) Funktionsumfang ausgerichtet, sondern können - auch nach Produktionsbeginn - die volle Funktionalität der bereits vorhandenen Peripheriegeräte nutzen.
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Die gespeicherten feingranularen Steuerungsdaten und die gespeicherten Zustandsdaten ermöglichen z.B. einen Zugriff auf Head-Up-Displays 8, Sensoren 7, Aktoren 6 und Audio-Ausgabemöglichkeiten, Kamera, Abstandssensoren, mobile Netzwerke usw. von beliebigen nachgerüsteten direkten Busteilnehmern. Dadurch kann das Fahrzeug mit neu entwickelten Peripheriegeräten im Laufe der Betriebsdauer des Fahrzeugs noch nachträglich bestückt werden.
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Der LIN-Fahrzeugbus 2 kann auch als anderer Fahrzeugbus ausgebildet sein, beispielsweise CAN, FLEXRAY, MOST, etc. ferner als Fahrzeugbus unterschiedlicher Klasse (C, B oder A-Bus) ausgestaltet sein.
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Als Klasse A eingestufte Busse weisen beispielsweise als Busteilnehmer zum Beispiel Diebstalschutzsensoren, Regensensoren oder Reifendrucksensoren auf. Bei der Karosserieelektronik, sogenannten Klasse B-Busse, werden vor allem CAN-Busse verwendet. Zu ihren Aufgaben gehören zum Beispiel die Klimaanlage, die Sitzverstellung und die Lampensteuerung.
Klasse C Bussysteme dienen dem Antrieb und dem Fahrwerk. Für sicherheitskritische bzw. sicherheitsrelevante Systeme können zumeist Flexray-Busse oder auch die Erweiterung des CAN-Busses, der TTCAN-Bus eingesetzt werden.
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2 weist eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bussystems 1b auf. Das erfindungsgemäße Bussystem 1b weist einen Ethernet-Fahrzeugbus 18 auf. Ferner weist das erfindungsgemäße Bussystem 1b als direkte Busteilnehmer mehrere Steuergeräte 19, 20 auf. Die Steuergeräte 19, 20 sind über entsprechende Portanschlüsse 21, 22 jeweils über eine Datenleitung 23,24 an die entsprechenden Portanschlüsse 25,26 im Ethernet -Fahrzeugbus 18 zur Datenübertragung angebunden.
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Ferner können noch zusätzliche Ethernet-Schnittstellen (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
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Solche Ethernet-Fahrzeugbusse 18 bieten eine Echtzeitdatenübertragung und eine zuverlässige hohe Bandbreite.
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Alternativ kann der Ethernet-Fahrzeugbus 18 auch als CAN-Fahrzeugbus (Controller Area Network) ausgebildet sein. CAN-Busse ermöglichen eine Vernetzung einer größeren Anzahl von Steuergeräten. Can-Fahrzeugbusse erlauben beispielsweise hohe Datenraten in Diagnose und Flashprogrammierung. Andere Ausgestaltungen wie MOST, FLEXRAY etc. sind ebenfalls möglich.
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Ferner weist das Bussystem 1b noch einen Sensor 27, einen Aktor 28 und ein Head-Up-Display 29 auf, welche jeweils Portanschlüsse 30,31,32 aufweisen. Diese sind mit den entsprechenden Portanschlüssen 33,34,35 über Datenleitungen 36,37,38 zum Datenaustausch zwischen dem Steuergerät 19 und dem Sensor 27, Aktor 28 sowie dem Head-Up-Display 29 verbunden.
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Der Ethernet-Fahrzeugbus18 weist zudem noch breitbandige unbenutzte Portanschlüsse 40, 41 auf, um beispielsweise spätere neue Telematiksysteme oder Telematik-On-Board Units mit beispielsweise neuen Mobilfunkstandards und größerer Bandbreite nachrüsten zu können. Telematik setzt sich dabei zusammen aus den Begriffen Telekommunikation und Informatik zusammen. Ein Telematiksystem erfasst permanent Daten über mobile Einheiten im Fahrzeug.
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Der Sensor 27, Aktor 28 und das Head-Up-Display 29 sind durch feingranulare Steuerungsdaten steuerbar und weisen Zustandsdaten auf. Diese werden an das Steuergerät 19 übermittelt.
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Das Steuergerät 19 verschlüsselt diese separat und speichert sie in eine Speichereinheit 39 auf dem Ethernet-Fahrzeugbus 18 ab. Zusätzlich können noch Programme (Funktionen) in Bezug auf die Peripheriegeräte, Sensor 27, Aktor 28 und Head-Up-Display 29 durch das Steuergerät 19 verschlüsselt und gespeichert werden.
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Der Zugriff durch beispielsweise nachgerüstete Steuergeräte auf diese Steuerungsdaten und Zustandsdaten und Funktionen wird somit durch eine Verschlüsselung abgesichert. Damit kann sichergestellt werden, dass neue nachgerüstete Steuergeräte nur nach einer Authentifizierung und Entschlüsselung auf diese Steuerungsdaten und Zustandsdaten und Funktionen zugreifen können.
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Vorzugsweise wird dieser Zugriff von dem Erstausrüster (OEM, Original Equipment Manufacturer) für nachgerüstete Steuergeräte kommerziell vermarktet.
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Ferner können die Nachrüstungen vor einer Zertifikatsvergabe durch den Erstausrüster vor einer Freigabe verifiziert werden.
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Vorzugsweise sind die bereits vorhandenen Steuergeräte 19, 20 derart konfiguriert, dass vorgegebene Ressourcen wie Netzwerkbandbreite, CPU, GPU, Speichernutzung etc. auf den Steuergeräten 19, 20 für die nachgerüstete neuen Steuergeräte bereitstehen.
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Damit wird sichergestellt, dass die Funktionalität der Steuergeräte 19, 20 keinen Einschränkungen durch die nachgerüsteten neuen Steuergeräte unterliegt.
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Mittels des erfindungsgemäßen Bussystems 1b können im Fahrzeug neue innovative Funktionen durch die Integration und das Anbindung neuer Steuergeräte an den Ethernet -Fahrzeugbus 18 bewerkstelligt werden. Die nachgerüsteten neuen Steuergeräte können die vorhandenen Aktoren 28 und Sensoren 27 etc für diese neuen Funktionen nutzen. Dadurch können Erstausrüster als auch Endkunden eine größere Gewissheit haben, dass ein Fahrzeug nicht bereits kurze Zeit nach der Fertigung bzw. dem Kauf technisch veraltet ist.
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Durch das erfindungsgemäße Bussystem 1b mit den unbelegten Portanschlüssen 40, 41 und den im Ethernet-Fahrzeugbus 18 gespeicherten feingranularen Steuerungs-/Zustandsdaten sind nachgerüstete Steuergeräte nicht ausschließlich auf den SoP (Start of Production) Funktionsumfang ausgerichtet, sondern können - auch nach Produktionsbeginn - die volle Funktionalität der bereits vorhandenen Steuergeräte als auch der bereits vorhandenen Peripheriegeräte nutzen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Bussystem 1b können potentielle Nachrüstlösungen einfach umgesetzt werden. Es wird eine Verbesserung der Skalierbarkeit erzielt, so dass neue innovative Technologien den Fahrzeugen nach dem Produktionsbeginn durch zusätzliche Steuergeräte/ Peripheriegeräte wie Aktoren/Sensoren hinzugefügt werden können.
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Solche Bussysteme 1a, 1b können in allen komplexen technischen Systemen mit zahlreichen Aktoren und Systemen, z.B. Fertigungsanlagen und -straßen, komplexe Maschinen mit einem entsprechend ausgestalteten Steuerungsbus zum Einsatz kommen.
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3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Steuerungsbusses.
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Dabei weist der Steuerungsbus zumindest einen Portanschluss auf, an welchem zumindest ein als direkter Busteilnehmer ausgestaltetes Steuergerät angeschlossen ist. Zudem ist an dem Steuergerät zumindest ein indirekter Busteilnehmer (Peripheriegeräte), welcher durch das Steuergerät gesteuert wird, angeschlossen.
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In einem ersten Schritt S1 werden auf dem Steuerungsbus verschlüsselte Zustandsdaten und verschlüsselte feingranulare Steuerungsdaten des indirekten Busteilnehmers durch das Steuergerät kontinuierlich bereitgestellt. Dabei bedeutet kontinuierlich beispielsweise, dass sich entweder die Zustandsdaten und/oder die Steuerungsdaten beispielsweise des indirekten Busteilnehmers geändert haben und somit eine erneute Bereitstellung notwendig ist.
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Alternativ kann auch eine Zeitspanne vorgegeben werden, in der die Steuerungsdaten und/ oder die Zustandsdaten des indirekten Busteilnehmers verschlüsselt und durch das Steuergerät auf dem Steuerungsbus aktualisiert werden.
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In einem zweiten Schritt S2 wird an einen unbenutzten Portanschluss des Steuerungsbusses ein neues Steuerungsgerät nach dem Produktionsstart (SOP) angeschlossen.
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In einem dritten Schritt S3 identifiziert und entschlüsselt das neue Steuerungsgerät die bereitgestellten verschlüsselten Zustandsdaten und verschlüsselten feingranularen Steuerungsdaten des indirekten Busteilnehmers, um auf den indirekten Busteilnehmer zuzugreifen, beispielsweise um neue Funktionalitäten auszuführen.
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In einen vierten Schritt S4 ändern sich die Zustandsdaten und/oder Steuerungsdaten. Die geänderten Zustandsdaten und/oder Steuerungsdaten werden durch das bereits vorhandene Steuerungsgerät verschlüsselt und auf dem Steuerungsbus abgelegt. Anschließend startet der dritte Schritt S3 erneut.
