DE10324724A1

DE10324724A1 - Redundanter CAN-Datenbus

Info

Publication number: DE10324724A1
Application number: DE2003124724
Authority: DE
Inventors: Klaus Gläbe; Frank Sagen
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen redundanten CAN-Datenbus in Form eines an einer Stelle offenen CAN-Datenbus-Rings für n Geräte. Physikalisch besteht der Datenbus-Ring aus n zwischen den Geräten angeordneten CAN-Datenbus-Segmenten, die über in den Geräten vorgesehene Schaltmittel zum Datenbus zuschaltbar oder aus ihm herausschaltbar ausgeführt sind. Im Betrieb wird ein aktiver Datenbus benutzt, bei dem die Geräte über eine Kette von n - 1 der n CAN-Datenbus-Segmente miteinander verbunden sind; das nicht benutzte CAN-Datenbus-Segment der insgesamt n Segmente stellt ein Redundanz-Datenbus-Segment dar. DOLLAR A Bei Ausfall eines der n - 1 CAN-Datenbus-Segmente des aktiven Datenbusses wird dieses defekte Segment aus der Kette der Datenbus-Segmente herausgeschaltet und das Redundanz-Datenbus-Segment wird zur verbleibenden Kette der Datenbus-Segmente hinzugeschaltet; auf diese Weise wird ein Redundanz-Datenbus gebildet, der die Funktion des defekten aktiven Datenbusses ersetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Initialisierung dieser Einrichtung.

Eine derartige Einrichtung ist aus dem Artikel "Elektronik in voller Fahrt" (HIGHTECH-REPORT 1/2002, Internet-Adresse "http//www.daimlercrysler.com/reserch/htr20 02/pdf_g/elektronik_4_g.pdf") bekannt; diese Schrift wird im weiteren mit D1 bezeichnet.

Diese Schrift offenbart ein Kommunikationssystem "FlexRay", welches redundant konfiguriert werden und in unterschiedlichen Topologien, einer Sternstruktur oder einer Datenbus-Struktur, ausgebildet sein kann, was bedeutet, daß auch nach Ausfall von einzelnen Komponenten ein zuverlässiger Weiterbetrieb des verbleibenden Kommunikationssystems ermöglicht ist.

Sowohl in der (dort in der D1 so genannten) Stern- als auch in der Datenbus-Struktur gibt es ein aktives System (aktiver Stern bzw. Bus), welches einen Kommunikationscontroller des Systems mit allen anzuschließenden Knoten des Systems in der Art Stern- oder einer Datenbuskopplung über elektrische Leitungen miteinander verbindet.

In beiden Ausführungsformen ist neben dem aktiven System ein redundantes System vorgesehen, welches Verbindungen zwischen Knoten und Kommunikationscontroller realisiert, die ganz unabhängig von den Verbindungen des jeweiligen aktiven Systems sind. Auf diese Weise ist eine vollständige Unabhängigkeit eines aktiven vom redundanten System gewährleistet.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch in dem hohen Aufwand für die vollständig separate Ausführung: für jeden Knoten bzw. das Kommunikationssystem ist im redundanten System eine eigene, vom aktiven System unabhängige Verbindung vorgesehen.

Bei diesem sehr allgemeinen Prinzip kann eine beliebige Anzahl von Kommunikationsverbindungen des jeweils aktiven Systems ausfallen, worauf das entsprechende redundante System dann wirksam wird.

Zur Begrenzung des Aufwandes geht man bei redundanten Systemen in ihrer üblichen Auslegung davon aus, einen Fehler, d. h. den Ausfall von einer Kommunikationseinrichtung, zuzulassen: Dies wird als Einfach-Redundanz bezeichnet.

Aus der EP 0 486 818 B1 (im weiteren mit D2 bezeichnet) ist eine Anordnung von vier gleichen Modulen, die z. B. für die Bremsdruckregelung einzelner Räder oder Radgruppen eines Fahrzeugs zuständig sind, bekannt, die über einen Datenbus miteinander und mit einem zentralen Steuergerät verbunden sind. Nach Einschalten der Zündung des Fahrzeugs wird den Modulen ihre jeweilige Adresse mitgeteilt; hierzu werden die Module im zeitlichen Hintereinander einzeln mit Spannung versorgt, und die Adresse des jeweils spannungsversorgten Moduls wird zur gleichen Zeit in seiner Aktivierung durch die Versorgungsspannung auf den Datenbus gegeben. Nach erfolgter Adress-Zuteilung zu allen vier Modulen findet der normale Datenaustausch zwischen dem zentralen Steuergerät und den einzelnen Modulen über den Datenbus statt.

Da eine Adress-Zuteilung auch für gleichartige Module eines redundanten Datenbusses von Bedeutung sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den apparativen Aufwand für die eingangs genannte Einrichtung unter Zugrundelegung einer Einfach-Redundanz zu reduzieren, wobei die Möglichkeit einer Adress-Zuweisung zu einzelnen Modulen bei Ihrer Initialisierung vorzusehen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst; Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß zu ihrer Realisierung neben den für alle Redundanzlösungen erforderli chen Schaltmaßnahmen lediglich, wie unten erläutert, ein weiteres CAN-Datenbus-Segment vorzusehen ist; dies stellt überhaupt die denkbar geringste Zahl von Zusatzelementen einer Einfach-Redundanz dar.

Eine Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine automatische Konfiguration von CAN-Netzwerken, sie ermöglicht so eine Zuordnung von Einbauort und zugehöriger Funktion zu einem Gerät im Rahmen einer Taufe. Mit der Möglichkeit, gleichartige Geräte in ihrem Fertigungszustand zu verbauen und zu taufen, macht sie die Herstellung spezieller, vom Einbauort abhängiger Varianten überflüssig, das heißt sie vereinfacht die Lagerhaltung und vermeidet Infrastrukturkosten zur Herstellung von Gerätevarianten.

Mit der Taufe eines Gerätes wird auch ein fehlerhafter Einbau vermieden; zum Beispiel würde ein fehlerhaft verkabelter Fahrdynamik-Regler eine kritische Fahrsituation möglicherweise verschlimmern anstatt sie zu verbessern, was durch eine einbauspezifische Gerätetaufe verhindert wird. Schließlich ist auch eine nachträgliche Erweiterung des installierten CAN-Datenbusses unter Einbeziehung weiterer Steuergeräte möglich, indem diese weiteren Geräte bei ihrer Initialisierung zusätzlich getauft werden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung gewährleistet, daß der redundante Datenbus stets an seinen Enden abgeschlossen ist (Abschlußwiderstand gleich Wellenwider stand) und daß so Reflexionen ausgeschlossen werden, welche die Datenübertragung beeinträchtigen würden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigen:
1 Den erfindungsgemäßen redundanten CAN-Datenbus-Ring in seiner Grundstellung;
2 den CAN-Datenbus-Ring nach 1 in einem ersten Betriebsfall, bei der ein aktiver Datenbus zwischen einem Zentralgerät und einem Steuergerät gebildet ist;
3 den CAN-Datenbus-Ring nach 2 mit der Erweiterung des aktiven Datenbusses zur Einbeziehung eines zweiten Steuergerätes;
4 den CAN-Datenbus-Ring nach 3 mit der Einbeziehung eines dritten Steuergerätes zur vollständigen Erweiterung des aktiven Datenbusses für den ersten Betriebsfall;
5 den CAN-Datenbus-Ring nach 4 in einem ersten Fehlerfall, beim Ausfall eines ersten Datenbus-Segmentes und der Bildung eines den aktiven Datenbus ersetzenden Redundanz-Datenbusses;
6 den CAN-Datenbus-Ring nach 4 in einem zweiten Fehlerfall, beim Ausfall eines zweiten Datenbus-Segmentes und der Bildung eines ausfallspezifischen, den aktiven Datenbus ersetzenden Redundanz-Datenbusses;
7 den CAN-Datenbus-Ring nach 4 in einem dritten Fehlerfall, beim Ausfall eines dritten Datenbus-Segmentes und der Bildung des ausfallspezifischen Redundanz-Datenbusses;
8 den CAN-Datenbus-Ring in einem zweiten Betriebsfall mit vollständig erweitertem aktiven Datenbus;
9 den CAN-Datenbus-Ring in einem dritten Betriebsfall mit vollständig erweitertem aktiven Datenbus;
10 den CAN-Datenbus-Ring in einem vierten Betriebsfall mit vollständig erweitertem aktiven Datenbus;
11 den Aufbau von Schaltmitteln für die Ankopplung von Datenbus-Segmenten zur Erweiterung des aktiven Datenbusses;
12 den CAN-Datenbus-Ring in der Minimalkonfiguration mit nur einem Zentral- und einem Steuergerät in einem Betriebsfall.
1 zeigt die Grundstellung des redundanten CAN-Datenbusses, der ein erstes Steuergerät (1), ein zweites Steuergerät (2) und ein drittes Steuergerät (3) mit einem Zentralgerät (4) verbindet, welches die Geräte (1, 2, 3) steuert. Die Anzahl von drei Steuergeräten ist beispielhaft gewählt. Die Anzahl von Steuergeräten kann beliebig groß sein, wobei mindestens ein Steuergerät vorhanden ist. Auch ist es möglich, daß das zentrale Gerät (4) keine Vorrangstellung gegenüber den Steuergeräten (1, 2, 3) einnimmt, sondern zu diesen gleichrangig ausgebildet ist. Ein solches gleichrangiges Zentralgerät (4) wird als gemeinsame Aufgabe dann lediglich den unten erläuterten Datenbus-Aufbau durchführen, weil, verallgemeinert gesehen, diese Aufgabe überhaupt eben von einem der Geräte übernommen werden muß; im Falle der Gleichrangigkeit sind die Steuergeräte dem Zentralgerät also in dieser losen Weise zugeordnet.
Das Zentralgerät (4) ist, wenn es eine Vorrangstellung einnimmt, zur Vorgabe von Daten und Funktionen an die Steuergeräte (1, 2, 3) für eine bestimmte Funktion ausgebildet; die Steuergeräte selbst können dabei unterschiedlich oder gleichartig ausgebildet sein.
Bei elektronisch geregelten Bremsanlagen gibt es Lösun gen, bei denen ein die Bremswerte vorgebendes EBS-Zentralmodul gleichartig ausgebildete Bremsdruckmodulatoren ansteuert, wobei diese Modulatoren z. B. als Radmodulatoren für die Bremse eines Rades oder als Achsmodulatoren für die Bremsen der Räder einer Fahrzeugachse ausgebildet sein können.
Für das Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß das erste Steuergerät (1) als Radmodulator-Steuerung für die Vorderachse "links", das zweite Steuergerät (2) als Radmodulator-Steuerung für die Vorderachse "rechts" und das dritte Steuergerät (3) als Achsmodulator-Steuerung für die Räder der Hinterachse ausgebildet ist. Die Steuergeräte (1, 2, 3) sind im Fahrzeug jeweils an einem dieser Zuordnung entsprechenden Einbauort angeordnet und mit der entsprechenden Sensorik und Aktuatorik verkabelt. Da sie jedoch baugleich ausgeführt sind, ist ihnen ihre eigene, von ihrem Einbauort abhängige, Funktion zunächst nicht bekannt. Den Steuergeräten ist also mitzuteilen, welche Funktionen sie im Fahrzeug ausführen, was im folgenden mit dem Begriff "Taufen" beschrieben wird; die in der D2 genannte Adress-Zuteilung stellt eine Ausführungsform eines derartigen Taufvorganges dar.
Grundsätzlich ist es vorstellbar, ein Taufen von Steuergeräten nach der Montage eines Fahrzeugs am Bandende vorzunehmen; hierdurch würde jedoch z. B. ein Austausch von Steuergeräten im Feld erheblich erschwert, und die Forderung nach einem universellen Einsatz macht ein Bandende-Taufen sehr unflexibel. Aus diesem Grund wird das Taufen von Steuergeräten erfindungsgemäß durch Datenbus-Botschaften abgewickelt, was zu irgendeiner Zeit an irgendeinem Ort erfolgen kann.
Die Geräte (1, 2, 3, 4) sind intern gleichartig aufgebaut: Sie verfügen über jeweils einen Mikroprozessor (5), der mit der entsprechenden Peripherie (nicht dargestellt) und einem CAN-Interface (6) zur Steuerung einer CAN-Doppelleitung (7) entsprechend dem DIN/ISO-Standard 11898 ("Road vehicles – Interchange of digital information – Contoller Area Network (CAN) for high speed communication") ausgerüstet ist. Eine CAN-Doppelleitung (7) besteht, wie in 11b gezeigt, aus zwei Differenzsignal-Leitungen CAN_H und CAN_L, die durch das CAN-Interface (6) aus dem rezessiven (CAN-Ruhezustand) in den dominanten Zustand (logisch "0" zur CAN-Arbitrierung) versetzt werden können. Die Geräte (1, 2, 3, 4) verfügen weiter über Schaltmittel in Form je eines als Doppelschalter ausgeführten Schalters S_L (16, 26, 36, 46) zur Kopplung eines im linksdrehenden Sinn angeschlossenen, und je eines als Doppelschalter ausgeführten Schalters S_R (15, 25, 35, 45) zur Kopplung eines im rechtsdrehenden Sinn angeschlossenen CAN-Datenbus-Segmentes, wie dies unten erläutert ist.
Die Schalter S_L (16, 26, 36, 46) und S_R (15, 25, 35, 45) haben jeweils zwei Stellungen, eine Abschlußstellung und eine Koppelstellung, wobei in der Grundstellung des CAN-Datenbus-Rings nach 1 sich die Schal ter S_L in ihrer Abschlußstellung und die Schalter S_R sich in ihrer Koppelstellung befinden. In der Abschlußstellung findet eine Datenbus-Terminierung über den Abschlußwiderstand (8) statt, wie er entsprechend dem DIN/ISO-Standard 11898 für die Datenbus-Endmodule eines CAN-Datenbusses vorgeschrieben ist.
Die Wirkungsweise der Schaltmittel ist in 11 am Beispiel der Schalter S_R (15) und S_L (16) des Steuergerätes (1) nach 1 dargestellt, wobei in 11a die vereinfachte Schalterdarstellung entsprechend
1 und in 11b die detaillierte Verschaltung mit beiden Leitungen CAN_H und CAN_L der CAN-Doppelleitung (7) gezeigt ist.
Die Darstellungen zeigen, daß ein geschlossener Doppelschalter S_R (15) nach 11a, der die Verbindung der Doppelleitung CAN (7) mit dem im rechtsdrehenden Sinn angekoppelten Datenbus-Anschluß CAN 1 herstellt, nach 11b bedeutet, daß die Leitung CAN_H mit der Leitung CAN_H 1 des Datenbus-Anschlusses CAN 1 und die Leitung CAN_L mit der Leitung CAN_L 1 des Datenbus-Anschlusses CAN 1 verbunden ist.
Der Schalter S_L (16) befindet sich in der Abschlußstellung, wodurch keine Verbindung zu dem im linksdrehenden Sinn angekoppelten Datenbus-Anschluß CAN 2 besteht; wie aus 11b ersichtlich, sind die entsprechenden Leitungen CAN_H 2 und CAN_L 2 nicht angeschlossen, und statt dessen sind die Datenbus-Leitungen CAN_H und CAN_L (7) über den Doppelschalter S_L (16) und den Abschlußwiderstand (8) miteinander verbunden; entsprechend dem DIN/ISO-Standard 11898 in diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Abschlußwiderstand (8) 120 Ω.
Vorzugsweise gibt es, wie in 1 gezeigt, für die Schalter S_L und S_R eine Grundstellung im Fertigungszustand eines Gerätes (1, 2, 3, 4): Die Schalter S_L (16, 26, 36, 46) befinden sich in der Abschluß- und die Schalter S_R (15, 25, 35, 45) befinden sich in der Koppelstellung; bei einer Ausführung in Form von mechanischen Schaltern können die Schaltkontakte z. B. entsprechend federbelastet ausgeführt sein (Hinweis: Alternativ kann die Schalter-Grundstellung auch so definiert werden, daß die Schalter S_R in die Abschluß- und die Schalter S_L in die Koppelstellung voreingestellt sind, oder es kann auch auf eine Grundstellung der Schalter überhaupt verzichtet werden).
Die Schaltmittel S_L (16, 26, 36, 46) und S_R (15, 25, 35, 45) können auch als elektronische Schaltmittel ausgeführt sein, bei einer Konfiguration von einem Zentralgerät und zwei Steuergeräten kann hierfür z. B. ein elektronischer "T-Treiber" entsprechend der DE 44 29 953 A1 eingesetzt werden.
In der Grundstellung nach 1 sind also die Geräte (1, 2, 3, 4) nicht miteinander verbunden, und die CAN-Doppelleitung (7) jedes Gerätes ist über die in dem jeweiligen Gerät angeordneten Schaltmittel S_L (16, 26, 36, 46) und den CAN-Abschlußwiderstand (8) abgeschlossen.
Ausgehend von der Grundstellung nach 1 wird unter Nutzung der in den Geräten (1, 2, 3, 4) vorgesehenen Schaltmittel S_L und S_R durch Zuschaltung von CAN-Datenbus-Segmenten ein aktiver CAN-Datenbus aufgebaut, der in mehreren Stufen bis zu seinem Endausbau erweitert wird; im gezeigten Ausführungsbeispiel mit drei Steuergeräten (1, 2, 3) sind dies drei Ausbaustufen: 2 zeigt die erste, 3 zeigt die zweite und 4 zeigt die dritte, die Endausbaustufe.
Zwischen den Geräten (1, 2, 3, 4) sind vier CAN-Datenbus-Segmente vorgesehen, ein erstes CAN-Datenbus-Segment (10, 2) zwischen dem Zentralgerät (4) und dem ersten Steuergerät (1), ein zweites CAN-Datenbus-Segment (11, 3) zwischen dem ersten Steuergerät (1) und dem zweiten Steuergerät (2), ein drittes CAN-Datenbus-Segment (12, 4) zwischen dem zweiten Steuergerät (2) und dem dritten Steuergerät (3) und ein viertes CAN-Datenbus-Segment (13, 4) zwischen dem dritten Steuergerät (3) und dem Zentralgerät (4).
Allgemein gesprochen sind also für n Geräte (d. h. für n-1 Steuergeräte und das Zentralgerät) n CAN-Datenbus-Segmente vorzusehen.
Die verschiedenen Schritte zur Durchführung einer Initialisierung sind in den Erläuterungen zu 1 bis 4 beschrieben; die Initialisierung wird beim erstmaligen Einschalten der Spannungsversorgung des Fahrzeugs nach der Montage (Zündung "Ein") durchgeführt.
Zur Initialisierung eines CAN-Datenbusses zwischen dem Zentralgerät (4) und den Steuergeräten (1, 2, 3) wird, ausgehend vom Grundzustand nach 1, entsprechend 2 in einem ersten Schritt das an das Zentralgerät (4) angrenzende, zum ersten Steuergerät (1) führende, CAN-Datenbus-Segment (10) unter Nutzung der im Zentralgerät (4) und der im Steuergerät (10) vorgesehenen Schaltmittel (45, 46, 15, 16) zugeschaltet, so daß ein aktiver Datenbus (9) zwischen dem Zentralgerät (4) und dem ersten Steuergerät (1) gebildet wird, bei dem das neu zugeschaltete Steuergerät (1) ein Datenbus-Endgerät bildet und abgeschlossen ist; hierzu muß die Stellung des Schalters S_L (16) nicht verändert werden, da er sich bereits in Abschlußstellung befindet. Schalter S_R (15) muß ebenfalls nicht verändert werden, jedoch muß Schalter S_L (46) aus seiner Abschlußstellung in 1 in die Koppelstellung nach 2 und Schalter S_R (45) aus seiner Koppelstellung nach 1 in seine Abschlußstellung nach 2 versetzt werden, damit das Zentralgerät (4) ebenfalls als Datenbus-Endgerät ausgebildet ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß der erste Inbetriebnahme-Schritt eingespart werden kann, wenn das erste CAN-Datenbus-Segment (10) nicht wie in 1 dargestellt, am Zentralgerät (4) physikalisch an den Schal ter S_R (46), sondern an den sich bereits im Koppelzustand befindlichen Schalter S_L (45) angeschlossen ist. Diese Verkabelungsänderung entspricht einer Umdefinition der Grundstellung nach 1, und mit ihr ist dann bereits in der Grundstellung ein oben beschriebener aktiver Datenbus (9) vom Zentralgerät (4) zum ersten Steuergerät (1) voreingestellt. Die weiteren Schritte sind dann für beide Varianten gleich; aus Gründen der Systematik wird im Folgenden weiter davon ausgegangen, daß, ausgehend von der Grundstellung nach 1, im erläuterten ersten Schritt der aktive Datenbus (9) vom Zentralgerät (4) zum Steuergerät (1) entsprechend 2 gebildet ist.
Unter Nutzung des im ersten Schritt gebildeten aktiven CAN-Datenbusses (9) wird in einem zweiten Schritt das angeschlossene Steuergerät (1) getauft; hierzu wird vom Zentralgerät (4) eine entsprechende Taufbotschaft an das Steuergerät (1) geschickt, die alle erforderlichen Informationen über die Funktion enthält, die das Steuergerät (1) auszuführen hat. Hierzu gehört zunächst eine Kennzeichnung über Einsatzart und Einsatzort; d. h. im Auführungsbeispiel stellt dies im wesentlichen die Information dar, daß das Steuergerät als Radmodulator-Steuerung für das linke Vorderrad zu arbeiten hat. Mit dieser Information ist das Steuergerät bei der Ausführung von EBS-geregelten Bremsvorgängen nun in der Lage, aus dem Strom der (in erster Linie) vom Zentralgerät (4) ausgegebenen Botschaften an alle Steuergeräte diejenigen zu extrahieren, welche für die Bremsung des linken Vorderrades von Bedeutung sind; nun kann das Steuergerät (1) alle Funktionen, die vom ihm im Rahmen der EBS-Regelung auferlegt sind, selbständig ausführen und mit den dem Einbau und der Funktion zugeordneten Botschaften seine Betriebs- und sonstigen Daten an andere Geräte senden.
Den Botschaften, die über den aktiven Datenbus (9, 2) zwischen allen Geräten ausgetauscht werden, liegt eine festgelegte Struktur zu Grunde; sie besteht zum Beispiel aus einem Identifizierungsteil mit Kennungen des Sender- und und des Empfänger-Geräts, gefolgt von einem Datenteil, i. A. als Folge von Datenbytes. Da ein Steuergerät in seinem Fertigungszustand vor seiner Taufe seine endgültige Adresse noch nicht kennt, kann z. B. im Fertigungszustand für jedes Steuergerät eine bestimmte, für alle Geräte gleiche Taufadresse voreingestellt sein, die es ermöglicht ein neu zu taufendes Gerät über diese Taufadresse zu adressieren, wobei diese Taufadresse dann im Zuge der Ausführung der Taufbotschaft in die der Einsatzart und dem Einsatzort entsprechende Adresse des Steuergeräts umgesetzt wird.
Entsprechend 3 wird in einem dritten Schritt das an das als Datenbus-Endgerät ausgebildete Steuergerät (1) angrenzende, zum Steuergerät (2) führende CAN-Datenbus-Segment (11) unter Nutzung der im Steuergerät (1) vorgesehenen Schaltmittel S_L (16) zugeschaltet; damit wird der aktive Datenbus (9) bis zum Steuergerät (2) dergestalt erweitert, daß das neu zugeschaltete Steuergerät (2) nun ein Datenbus-Endgerät bildet. Der Schalter S_L (16) wird also aus seiner Abschlußstellung in 2 in die Koppelstellung versetzt und der Schalter S_R (15), sowie die Schalter S_R (25) und S_L (26) des Steuergerätes (2) bleiben unverändert.
In einem vierten Schritt wird das Steuergerät (2), als neues Datenbus-Endgerät des aktiven CAN-Datenbus (9) aus dem dritten Schritt, getauft, wie dies oben im zweiten Schritt grundsätzlich erläutert ist: Dem Steuergerät (2) wird mitgeteilt, daß es die Funktion einer Radmodulator-Steuerung für das rechte Rad der Vorderachse auszuführen hat.
Es folgen weitere Schritte zur Erweiterung des aktiven Datenbusses (9) mit weiteren Steuergeräten, wie dies im dritten Schritt erläutert ist, und der Taufe dieser weiteren Steuergeräte entsprechend dem vierten Schritt; mit der Durchführung dieser Schritte wird fortgefahren, bis der aktive Datenbus (9) auf alle vorgesehenen Steuergeräte erweitert ist, und alle vorgesehenen Steuergeräte getauft sind.
Beim Ausführungsbeispiel mit drei vorgesehenen Steuergeräten bedeutet dies, daß entsprechend 4 in einem fünften Schritt letztmalig eine Erweiterung des aktiven Datenbusses um das Steuergerät (3) erfolgt, was bedeutet, daß im Vergleich zu 3 der Schalter S_L (26) von seiner Abschlußstellung in die Koppelstellung versetzt wird (die Schalter S_R (35) und S_L (36) bleiben im Vergleich zur Stellung nach 2 unverändert), und in einem sechsten und letzten Schritt das Steuergerät (3) getauft wird, was bedeutet, daß ihm über eine CAN-Botschaft vom Zentralgerät (4) mitgeteilt wird, daß ihm die Funktion der Steuerung eines Achsmodulators für die Bremsung der beiden Räder der Hinterachse zukommt.
Es sei ergänzt, daß das beschriebene Fahrzeug mit zwei Achsen, der Vorder- und der Hinterachse, auch zu einem späteren Zeitpunkt mit einer weiteren Achse ausgerüstet werden kann, für die dann z. B. die Installation eines weiteren Achsmodulators erforderlich wird. Der bestehende Datenbus läßt sich einfach durch zwei weitere CAN-Datenbus-Segmente erweitern, um das Steuergerät für den neuen Achsmodulator mit zu integrieren. Zur Initialisierung des erweiterten aktiven Datenbusses werden lediglich die beiden neuen CAN-Datenbus-Segmente hinzugeschaltet, und das neue Achsmodulator-Steuergerät wird getauft. Hier zeigt sich besonders der Vorteil der Erfindung gegenüber speziell abgestimmten Netzwerken nach dem Stand der Technik, bei denen überhaupt keine Flexibilität zum Anschluß von weiteren Komponenten besteht.
Der aktive Datenbus in seiner Endausbaustufe nach 4 wird durch eine Kette von den drei CAN-Datenbus-Segmenten (10, 11, 12) gebildet; das für diesen ersten Betriebsfall nicht in den aktiven CAN-Datenbus (9) einbezogene CAN-Datenbus-Segment (13) stellt das Redundanz-Datenbus-Segment für diesen Betriebsfall dar; allgemein unterscheiden sich die verschiedenen Betriebs fälle dadurch voneinander, daß für jeden Betriebsfall jeweils ein anderes, ganz bestimmtes CAN-Datenbus-Segment als Redundanz-Datenbus-Segment vorgesehen ist.
Unter Einbeziehung des Redundanz-Datenbus-Segmentes (13) nach 4 ist ein an einer Stelle offener redundanter CAN-Datenbus-Ring aus den CAN-Datenbus-Segmenten (10, 11, 12, 13) gebildet, an welchem sowohl das Zentralgerät (4) als auch die Steuergeräte (1, 2, 3) angeschlossen sind. Wie unten erläutert, stellt der redundante CAN-Datenbus-Ring eine besonders ökonomische Ausführungsform für eine Einfach-Redundanz dar, da ein zum Redundanz-Datenbus-Segment bestimmtes Datenbus-Segment aus dem Ring beim Ausfall irgendeines CAN-Datenbus-Segmentes des aktiven CAN-Datenbusses (9) dessen Funktion übernehmen kann und so der Zusatzaufwand zur Realisierung der Redundanz vergleichsweise gering ist (im Vergleich z. B. mit der Stern-Lösung in der eingangs erläuterten D1).
Fällt im aktiven Datenbus (9) ein CAN-Datenbus-Segment aus, so wird dieses defekte CAN-Datenbus-Segment elektrisch aus dem aktiven Datenbus (9) herausgeschaltet und statt dessen das Redundanz-Datenbus-Segment elektrisch zur Kette der verbleibenden CAN-Datenbus-Segmente hinzugeschaltet, womit ein CAN-Redundanz-Datenbus gebildet wird. Zur Herausschaltung des defekten CAN-Datenbus-Segmentes und zur Hinzuschaltung des Redundanz-Datenbus-Segmentes werden die erläuterten Schaltmittel verwendet.
Ausgehend vom ersten Betriebsfall nach 4 ist in 5 ein erster Fehlerfall erläutert, bei dem das erste CAN-Datenbus-Segment (10) als Teil des aktiven Datenbusses (9) nach 4 ausgefallen ist. Zur Herausschaltung des defekten Datenbus-Segmentes (10) in
5 werden die Schalter S_L (46) und S_R (15) von der Koppelstellung nach 4 in die Abschlußstellung geschaltet, und zur Hinzuschaltung des Redundanz-Datenbus-Segmentes (13) werden nach 5 die Schalter S_R (45) und S_L (36) in die Koppelstellung geschaltet. Mit diesen Maßnahmen wird in 5 ein CAN-Redundanz-Datenbus (14) gebildet, der die Funktion des aktiven CAN-Datenbusses (9) nach 4 ersetzt.
In 6 ist für den ersten Betriebsfall nach 4 der CAN-Redundanz-Datenbus (14) für den Fall des Ausfalls des zweiten CAN-Datenbus-Segementes (11) gezeigt. Zum Herausschalten des defekten CAN-Datenbus-Segmentes (11) werden die Schalter S_L (16) und S_R (25) aus ihrer Koppelstellung in 4 in die Abschlußstellung gebracht; die Schaltmaßnahmen zur Hinzuschaltung des Redundanz-Datenbus-Segmentes (13) sind identisch zu den im Zusammenhang mit 5 erläuterten Maßnahmen.
Schließlich sind in 7 die Schaltmaßnahmen für den Ausfall des dritten CAN-Datenbus-Segmentes (12) für den aktiven Datenbus (9) im ersten Betriebsfall von 4 dargestellt: Durch Umschalten der Schalter S_L (26) und S_R (35) in die Abschlußstellung nach 7 und die oben erläuterten Maßnahmen zur Zuschaltung des Redundanz-Datenbus-Segmentes (13) ergibt sich der CAN-Redundanz-Datenbus (14) nach 7.
Neben dem ersten Betriebsfall nach 4, bei dem das vierte CAN-Datenbus-Segment (13) das Redundanz-Datenbus-Segment (13) darstellt, gibt es noch die nachstehend erwähnten zweiten, dritten und vierten Betriebsfälle, bei denen jeweils ein anderes CAN-Datenbus-Segment als Redundanz-Datenbus-Segment dient: Das Redundanz-Datenbus-Segment ist im zweiten Betriebsfall nach 8 das CAN-Datenbus-Segment (12), im dritten Betriebsfall nach 9 ist es das CAN-Datenbus-Segment (11) und im vierten Betriebsfall nach 10 ist es das CAN-Datenbus-Segment (10); es sei ergänzt, daß in den Zeichnungen 8 bis 10 auch der jeweilige aktive Datenbus (9) in seiner Endausbaustufe eingezeichnet ist, bei der alle Geräte (1, 2, 3, 4) funktionsfähig am aktiven Datenbus (9) zu betreiben sind.
Der stufenweise Aufbau des aktiven Datenbusses mit der Erweiterung durch Zuschaltung eines Datenbus-Segmentes an ein jeweiliges Datenbus-Endgerät und die Taufe von jeweils neu hinzugeschalteten Steuergeräten für den zweiten bis vierten Betriebsfall entspricht den erläuterten Inbetriebnahme-Schritten für den ersten Betriebsfall entsprechend den Erläuterungen zu 2 bis 4.
Wie erwähnt kann die Erweiterung des aktiven Datenbusses (9) an jeweils einem seiner beiden Datenbus-Endgeräte stattfinden; so kann z. B. im zweiten Betriebsfall nach 8, ausgehend von der Grundstellung nach
1, zunächst das CAN-Datenbus-Segment (13) hinzugeschaltet werden (Umschaltung des Schalters S_L (36) in die Koppel- und des Schalters S_R (35) in die Abschluß-Stellung), und daran anschließend kann durch Hinzuschaltung des CAN-Datenbus-Segmentes (9) an das als Datenbus-Endgerät wirkende Zentralgerät (4) das Steuergerät (1) an den aktiven Datenbusses (9) angeschlossen werden (Umschaltung des Schalters SL (46) in die Koppelstellung).
Wie in 5 bis 7 für den ersten Betriebsfall erläutert, kann auch in den zweiten bis vierten Betriebsfällen nach 8 bis 10 ein CAN-Datenbus-Segment des jeweiligen aktiven Datenbusses (9) ausfallen, worauf in der erläuterten Art und Weise dieses ausgefallene CAN-Datenbus-Segment elektrisch herausgeschaltet und das jeweilige Redundanz-Datenbus-Segment dieses Betriebsfalls zur Kette der verbleibenden CAN-Datenbus-Segmente hinzugeschaltet wird, wodurch ein den jeweiligen aktiven Datenbus ersetzender CAN-Redundanz-Datenbus gebildet wird.
Zur Herausschaltung des jeweiligen defekten CAN-Datenbus-Segments werden die dieses defekte Segment betätigende Schalter (Beispiel: für CAN-Datenbus-Segment (11) sind dies die Schalter SL (16) und SR (25)) in ihre Ab schlußstellung und zur Hinzuschaltung des Redundanz-Datenbus-Segmentes werden die dieses Segment betätigende Schalter in die Koppelstellung versetzt.
Als Ergänzung zu den vorstehenden Ausführungen, bei denen z. B. auf die Möglichkeiten der Erweiterung Bezug genommen wird, zeigt 12 die Minimalkonfiguration mit dem Zentralgerät (4) und nur einem Steuergerät (1). Im Betriebsfall reduziert sich die Kette von CAN-Datenbus-Segmenten zur Bildung des aktiven Datenbusses (9) auf das zugeschaltete erste CAN-Datenbus-Segment (10), wobei bei dessen Ausfall das zweite CAN-Datenbus-Segment (11) zur Bildung des CAN-Redundanz-Datenbusses herangezogen wird.

Claims

Steuereinrichtung mit folgenden Merkmalen: a) es ist ein elektronisches Zentralsteuergerät (4) vorgesehen; b) es sind dem Zentralsteuergerät (4) zugeordnete elektronische Steuergeräte (1, 2, 3) vorgesehen, wobei mindestens ein elektronisches Steuergerät (1) vorhanden ist; c) das Zentralsteuergerät (4) und die elektronischen Steuergeräte (1, 2, 3) sind über einen CAN-Datenbus miteinander verbunden; d) der CAN-Datenbus bildet eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen dem Zentralgerät (4) und den Steuergeräten(1, 2, 3), wobei zwei dieser Geräte die physikalische Begrenzung des CAN-Datenbusses darstellen und als Datenbus-Endgeräte (4, 1) ausgebildet sind; e) an den Datenbus-Endgeräten (4, 1) sind Datenbus-Abschlusßwiderstände (8) wirksam; f) der CAN-Datenbus ist als Kette von CAN-Datenbus-Segmenten (10, 11, 12) ausgebildet, wobei jeweils ein CAN-Datenbus-Segment zwischen einem Steuergerät (1, 2) und einem anderen Steuergerät (3), zwischen dem Zentralgerät (4) und einem Steuergerät (1), oder zwischen einem Steuergerät (3) und dem Zentralgerät (4) vorgesehen ist; g) der CAN-Datenbus ist als redundantes Datenbus-System mit einer Einfach-Redundanz ausgebildet; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: h) zwischen beiden Datenbus-Endgeräten (4, 1) ist ein weiteres CAN-Datenbus-Segment (13) als Redundanz-Datenbus-Segment vorgesehen; i) alle CAN-Datenbus-Segmente (10, 11, 12, 13) sind als zu- und abschaltbare Datenbus-Segmente ausgebildet; j) unter Einbeziehung des Redundanz-Datenbus-Segmentes (13) ist ein an einer Stelle offener redundanter CAN-Datenbus-Ring gebildet, an welchem sowohl das Zentralgerät (4) als auch die Steuergeräte (1, 2, 3) angeschlossen sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in allen Geräten (1, 2, 3, 4), dem Zentralgerät (4) und den Steuergeräten (1, 2, 3), Schaltmittel zur Zu- und Abschaltung des im CAN-Datenbus-Ring an das Gerät in rechtsdrehendem Sinn (15, 25, 35, 45) als auch des im CAN-Datenbus-Ring an das Gerät in linksdrehendem Sinn (16, 26, 36, 46) angrenzenden CAN-Datenbus-Segmentes vorgesehen sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel als elektromechanische oder elektronische Schaltmittel ausgebildet sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Gerät (1, 2, 3, 4) vorgesehenen Schaltmittel auch zur Zu- bzw. Abschaltung des Datenbus-Abschlußwiderstandes (8) in diesem Gerät dienen.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die über Schaltmittel zugeschaltete CAN-Datenbus-Segmente miteinander verbundenen Zentral- und Steuergeräte ein alle Geräte verbindender aktiver CAN-Datenbus (9), als Teil des redundanten CAN-Datenbus-Ringes, gebildet ist.
Steuereinrichtung nach einem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Zentral- und Steuergeräten mit Hilfe der CAN-Datenbus-Segmente stufenweise aufgebaut sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bildung des aktiven CAN-Datenbusses und einer durch das Zentralgerät veranlaßten, die Steuergeräte-Funktion festlegenden Taufe der Steuergeräte das Datenbussystem zur Durchführung der anwendungsspezifischen Betriebsfunktionen initialisiert ist.
Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ausfall eines CAN-Datenbus-Segmentes dieses defekte CAN-Datenbus-Segment unter Nutzung der Schaltmittel elektrisch aus dem aktiven Datenbus herausgeschaltet und statt dessen das Redundanz-Datenbus-Segment elektrisch zur Kette der verbleibenden CAN-Datenbus-Segmente zur Bildung eines Redundanz-Datenbusses hinzugeschaltet wird.
Verfahren zur Initialisierung einer Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Ausgehend von einem Grundzustand wird in einzelnen Erweiterungs-Schritten durch Zuschaltung von CAN-Datenbus-Segmenten unter Nutzung der im Zentralgerät und in den Steuergeräten vorgesehenen Schaltmitteln ein aktiver Datenbus zur Verbindung von mindestens zwei Geräten gebildet; b) mit dem ersten Erweiterungs-Schritt umfasst der aktive Datenbus zwei Geräte, das Zentralgerät und ein Steuergerät, und mit jedem folgenden Erweiterungs-Schritt wird jeweils ein weiteres Steuergerät zum aktiven Datenbus hinzugefügt; c) mit der Durchführung von Erweiterungs-Schritten wird fortgefahren, bis alle im System vorgesehenen Steuergeräte zum aktiven Datenbus hinzugefügt sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Rahmen eines Erweiterungs-Schrittes ein neu zum aktiven Datenbus hinzugefügtes Steuergerät unter Verwendung einer vom Zentralgerät generierten CAN-Botschaft getauft wird, indem ihm die Information über seine auszuführende Funktion mitgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät auch Zentralgerät-Aufgaben ausführen kann.