DE112013005288T5

DE112013005288T5 - Fernsteuerungssystem und Verfahren und Verwendung eines solchen Systems

Info

Publication number: DE112013005288T5
Application number: DE112013005288.1T
Authority: DE
Inventors: Lars-Berno Fredriksson
Original assignee: KVASER AB
Current assignee: KVASER AB
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2033-11-02
Also published as: WO2014074046A1; CN104470602B; CN104470602A; US20150301528A1; US9529358B2; DE112013005288B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fernsteuerungssystem (195), umfassend mobile Einheiten (190, 1102, 1105) und eine durch eine Steuereinrichtung (106, 110) vorgesehene Steuerungseinheit für diese. Diese Einheiten sind mit einem funktionsausführenden Mittel (161) und einem Übertragungsmittel (207, 270), ausgestattet, das Informationssignale (301) erzeugt bzw. diese überträgt. Signalverarbeitungsmittel (261, 268) und deren Funktionseinsätze (314) zur Steuerung der Funktionen der jeweiligen mobilen Einheit sind jeweils nur in der mobilen Vorrichtung platziert bzw. finden dort statt. In Übereinstimmung mit der vorgeschlagenen Verwendung in Verbindung mit der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein Controller-Area-Network-artiges System mit einer verteilten und integrierten Netzwerkstruktur (1751) gebildet. Nur Signalverarbeitungsmittel (1753) und ihre Funktionseinsatzmittel (1754) zur Steuerung einer mobilen Einheit, die in der eigentlichen Einheit positioniert ist, werden für deren Steuerung verwendet. Gemäß dem Verfahren wird eine Controller-Area-Network-artige Struktur mit modularen Einheiten (1753‘), Knoten (1753) und einem Kommunikationsprotokoll (501) für die Knotenkommunikation eingerichtet. Alle von den Knoten übermittelten Nachrichten werden von den modularen Einheiten (1754, 1792) empfangen. Ein Informationsvergleich (1755, 176) wird verwendet, um eine entsprechende Nachricht oder einen Teil davon auszuwählen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen u. a. ein Fernsteuerungssystem, beispielsweise ein funkgesteuertes System (RC). Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum derartigen System. Dieses Verfahren ist u. a. auf ein Verfahren zum Steuern von funkgesteuerten Vorrichtungen und die Verwendung eines solchen Systems bezogen. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des Fernsteuerungssystems. Sie betrifft auch die Präambeln der folgenden Ansprüche 1, 22 und 31.
Stand der Technik
Die meisten Modellsteuerungssysteme sind durch zwei Hauptteile, einen Sender von Steuersignalen und einen Empfänger von Steuersignalen, gekennzeichnet. Der Empfänger ist mit einer Anzahl von Aktuatoren, so genannten "Servos", verbunden und führt jedem von ihnen PWM-Signale zu, die Sollwerte für die Positionen des jeweiligen Aktuators darstellen. Wenn das Modell einen Elektromotor hat, wird dieser durch den Motordrehzahlregler, der das empfangene PWM-Signal in einen Sollwert für die Motordrehzahl umwandelt, gesteuert. Der Empfänger steuert eine maximale Anzahl von Aktuatoren und Motoren, üblicherweise zwischen 4 für einfache Empfänger und bis zu 14 oder 16 für fortgeschrittene Empfänger. Die Zahlen werden als „Kanäle“ bezeichnet. Der Sender hat eine Mikrosteuerungseinheit (MCU), durch die die Eingangssignale von Joysticks, Tastern und Potentiometer gemischt und auf verschiedene Weise verarbeitet werden können, um beispielsweise lineare Joystick-Eingangssignale nicht-linear zu machen, die Verstärkung von Signalen einzustellen, Minimum- und Maximumwerte für Signale, Trimmsignale usw. einzustellen. Diese Einstellungen können in dem Sender für eine endliche Anzahl von unterschiedlichen Modellen, beispielsweise 7 oder 9 oder im Extremfall bis zu 50, vorgenommen und gespeichert werden. Beispiele für solche Systeme sind das Futaba 4PK Super2.4GHz System für Autos, sowie SPEKTRUM DX8 für Flugzeuge und Hubschrauber. Das weatronic 2.4 Dual FHSS Funksteuerungssystem für Flugzeuge und Hubschrauber weicht von den anderen durch die Möglichkeit, einige modellspezifische Daten wie Servo-Linearität, Mischen usw. im Empfänger im jeweiligen Modell speichern zu können, ab.
In letzter Zeit ist ein neues Konzept auf dem Markt erschienen, als Futaba eine Technologie mit der Bezeichnung S-BUS einführte. Der Futaba S-BUS ist dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger die Servos über einen seriellen Bus steuert, an dem die Sollwerte als Datenpakete für jede Position verteilt sind. Jeder Aktuator und der Drehzahlregler hat eine Adresse auf dem Bus, die einer "Kanal"-Nummer in den herkömmlichen Systemen entspricht. Mischen, Verarbeiten und Bereichseinstellungen werden wie in den traditionellen Systemen im Sender vorgenommen. Durch die Futaba-Lösung kann ein und derselbe Empfänger zu denselben Kosten so viele Kanäle verarbeiten, wie es Adressen gibt. Der Nutzer muss keinen Empfänger mit einer bestimmten Anzahl von Kanälen auswählen. Ferner wird die Anzahl der Kabel, um alle Servos zu verbinden, reduziert, die was die Installation in dem Modell erleichtert.
Ein häufiges Problem bei im Sender gespeicherten modellspezifischen Daten ist als WMS (Falsches Modell-Syndrom – Wrong Model Syndrome) bekannt. Vor dem Steuern eines Fahrzeugs muss der Pilot das richtige Modell aus einer Liste mit den im Sender gespeicherten Modellen auswählen. Die Auswahl des falschen Modells führt in der Regel zu einem Absturz. Das Problem ist sogar noch größer bei einem System wie dem weatronic, bei dem ähnliche Daten sowohl im Sender als auch im Empfänger gespeichert werden können, da eine Modifikation an der falschen Stelle zu einem Absturz führen kann, selbst wenn das ausgewählte Modell an dem Sender korrekt ist. Spektrum-programmierbare Sender haben eine Lösung für das Falsche Modell-Syndrom, die Modelmatch genannt wird. Modelmatch ordnet jedem Empfänger einen eigenen einzigartigen Code zu, wenn es mit einem Spektrum Sender verbunden ist. Wenn sich das aus dem Speicher ausgewählte Modell und das zu steuernde Modell nicht den gleichen Empfängercode teilen, werden die Fahrzeugsteuerungen nicht reagieren, solange nicht das richtige Modell gewählt wird. Ein System nach dem Stand der Technik wird in 1 gezeigt. Das gezeigte Beispiel bezieht sich auf ein Flugzeugmodell, aber die Systeme ähneln denen für andere Modellfahrzeuge wie Hubschrauber, Autos, Boote, Panzer, etc. Ein System, das im Wesentlichen als 195 gezeigt ist, besteht aus einem tragbaren Sender 196 oder dem Erzeugen von Steuersignalen in Reaktion auf Aktionen eines Piloten 197 und einem Fahrzeug 198 mit einem Empfänger und Aktuatoren, die durch den Piloten 197 ferngesteuert werden. Ein detailliertes Beispiel eines derartigen Systems lautet wie folgt: Das Fahrzeug 190, hier als ein Flugzeug dargestellt, weist einen Empfänger 120, eine Motorsteuerung 163 und eine Anzahl von Servos 161, 162, 164, 165 und 166 auf. Der Sender weist zwei Joysticks 110 und 111 auf, die jeweils 2 Achsen 101, 102 und 103, 104 steuern, Trimmer 101', 102' und 103', 104' zum Trimmen der jeweiligen Achsen, Schalter 105, 106 zum Steuern der Modi oder digitalen Steuerungen wie Fahrwerk, Potentiometer 107, 108 für halbstatische Steuerungen wie Klappen und Verstärkung. Der Pilot erzeugt Steuersignale durch die Manipulation der Geräte 110, 111, und 105 bis 108. In der Regel bezieht sich das Signal 101 auf das Querruder, 102 auf das Höhenruder, 103 auf die Motorsteuerung, 104 auf das Ruder, 105 auf das Getriebe, 106 auf die Dual-Raten der Querruder und 108 auf die Klappen. Die Eingangssignale werden von einer Mikrosteuerungseinheit (MCU) 150 über die Kabel 151, die mit dem jeweiligen Sensor verbunden sind, den Multiplexer 152 und den AD-Wandler 153 in dem Sender gelesen. Die von der MCU 150 nach einem der Systeme 154, 155 oder 156 verarbeiteten und gemischten Signale stellen gespeicherte Anordnungen der Signalanpassungen dar und mischen für drei verschiedene Fahrzeuge, die jeweils Steuersignale für die Motorsteuerung 163 und die Servos 161, 162, 164, 165 und 166 für ein bestimmtes Modell modifizieren. Das Mischen und Verarbeiten kann ziemlich komplex sein. Das Querruder-Signal sollte in zwei Steuersignale aufgeteilt sein, ein Signal für den Servo 161 (rechtes Querruder) und eins für den Servo 165 (linkes Querruder), die beide mit 101' eingestellt und in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 106 weiter modifiziert werden. Ein 101-Signal kann auch ein 104-Signal erzeugen. Die auf diese Weise manipulierten und gemischten Piloteingangssignale werden von einem PPM oder PCM-Verfahren codiert und durch Funkübertragung 118 von dem Sender 100 zum Modell 190 mit dem Empfänger 120 gesendet, der Befehlssignale für die Motorsteuerung 163 und die entsprechenden Servos 161, 162, 164, 165 und 166 empfängt. Der Empfänger ist über die Verbindungsschiene 120' mit dem jeweiligen Servo über drei Leiterverbindungen (Boden, PWM, Strom) 171, 172, 174, 175, 176 verbunden, und versorgt den jeweiligen Servo mit Strom und einem Steuersignal. Die Stromquelle weist eine Batterie 177 auf, die mit der Motorsteuerung 163 über die Kabel 178 (+) und 179 (–) verbunden ist. Die Batteriespannung wird so gewählt, dass sie den Anforderungen des Motors 170 entspricht. Die Motorsteuerung versorgt den Empfänger 120 über die Stromversorgungs- und Masseleiter mit einer verringerten Spannung, in der Regel 5–6 V, und empfängt Steuersignale über den Signalleiter im Anschluss 173. Der Empfänger versorgt dann die angeschlossenen Servos mit Strom.
Das Futaba S-BUS-Konzept funktioniert geringfügig anders. 1 zeigt auch eine alternative Konfiguration 180 des beschriebenen Systems gemäß dem Futaba S-BUS. Der S-BUS-Empfänger 181 ist mit dem seriellen Bus 182 verbunden. Die S-BUS Servos und die Steuerungen 191 bis 196 entsprechen den Servos und den Motorsteuerungen 161 bis 166, aber anstelle von PWM-Signalen überträgt der Empfänger Nachrichten mit dem Signalwert an den entsprechenden Servo/Regler. Das Steuerungskonzept ist das gleiche, das heißt, der Sender sendet Steuersignale über den Empfänger an jeden Servo/jede Motor-Steuereinheit. Alternativ könnten traditionelle Servos und Regler an ihren jeweiligen Position an der Verbindungschiene 182 verbunden werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die grundsätzlichen Merkmale eines Systems, eines Verfahrens und einer Verwendung gemäß der Erfindung sind aus den wesentlichen Teilen der folgenden Ansprüchen 1, 22 bzw. 31 ersichtlich.
Es wird auf die Tatsache hingewiesen, dass moderne Fahrzeugsysteme immer komplexer werden, da die Leistung der MCUs mehr und mehr steigt. Moderne Aktuatoren weisen eingebettete MCUs auf, und eine Vielzahl von Aufgaben, die in dem Sender oder Empfänger durchgeführt werden, könnten nun auf die Aktuatoren verteilt werden. Es könnte auch möglich sein, neue Arten von Modulen für spezifische Aufgaben und fortgeschrittenere Steuerungsstrategien einzuführen. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der Schlüssel zu fortgeschritteneren Modellregelsystemen darin, das Konzept der Erfassung einer Vielzahl von Eingangssignalen in dem Sender, der Verarbeitung dieser Signale, um einen Signalwert für jedes Gerät in dem Fahrzeug zu schaffen, und der Übertragung dieser Werte an den Empfänger, um ein PWM-Signal für jedes verbundene Gerät zu erzeugen, aufzugeben. Der Sender sollte stattdessen den Wert jedes Eingabeparameters lesen und diese Werte als Signale in digitalen Nachrichten übermitteln. Jedes Signal oder jede Gruppe von Signalen sollte in Nachrichten, die mit einer eindeutigen Kennung verbunden sind, verpackt werden. Die Nachrichten sollten an das Modell übertragen und von allen Geräten empfangen werden. Das jeweilige Empfangsgerät sollte dann die Signale in den Nachrichten auswählen, die es haben muss, um seine Aufgabe zu erfüllen. Anders gesagt, verwendet das System eine verteilte eingebettete Netzwerkarchitektur, in der Module Knoten in einem Kommunikationssystem mit einem Kommunikationsprotokoll sind, bei dem alle mit dem Netzwerk verbundenen Module jede Nachricht empfangen und zu verarbeitende Nachrichten oder Teile auswählen. Das serielle Protokoll CAN (ISO 11898) wird für Steuerungssysteme im Automobil- und Industriebereich eingesetzt und weist die grundlegenden Funktionen für ein Protokoll auf, wie beschrieben. Die ISO 11898 befasst sich nur mit den geringen Kommunikationsebenen und erfordert ein höheres Layer-Protokoll (HLP) für ein komplettes Kommunikationsprotokoll. Ein geeignetes HLP für ferngesteuerte Modellfahrzeuge kann durch Anwendung von CanKingdom der schwedischen Firma Kvaser gebaut werden. Die Annahme von CAN als Grundlage für Modellkontrollsysteme würde folgende Vorteile ergeben:

a) Jede Steuerungsaufgabe kann an das Fahrzeugsystem verschoben werden. Dies würde die WMS verschwinden lassen.
b) Vereinfachung des Designs der Sender, da nur lineare, nicht-gemischte Signale benötigt werden.
c) Der gleiche Sender kann mit mehreren Modellen ohne jegliche Modifikation gekoppelt werden.
d) Jedes Gerät kann zur Übertragung von Ist-Daten vorbereitet werden.
e) Jedes Gerät im Modell kann für mehrere Betriebsarten eingerichtet werden, und alle Geräte können dann auf einen Befehl hin gleichzeitig die Betriebsart ändern.
f) Die Module können so gestaltet werden, dass sie alte Arten von Servos und Drehzahlreglern steuern können und neue Einsatzmöglichkeiten hinzugefügt werden können, beispielsweise die Messung von Strom, Spannung, die Berechnung des Ausgangs-PWM-Signals auf der Grundlage lokaler Filter und empfangener Daten aus verschiedenen Quellen.
g) Der Sender und das System in dem Modell können direkt durch Draht verbunden werden, und bilden so ein CAN-System. Dieses System kann wiederum direkt mit einem PC über eine CAN-Schnittstelle verbunden werden. Dies erleichtert die Einrichtung und Kontrolle des Systems.
h) Die jeweiligen Module, die an das CAN-Netz angeschlossen sind, können über einen PC neu programmiert werden.
i) Der Sender kann mehrere Module enthalten und so Knoten in einem lokalen Sendernetz bilden.
k) Das Sendersystem und das Modellsystem könnten durch ein einfaches Funkgerätepaar verbunden werden. Das Funkgerätepaar muss nur CAN-Nachrichten in oder aus einem Funkprotokoll packen und entpacken, um CAN-Nachrichten zwischen den dann zwei CAN-Systemen auszutauschen.
l) Der Sender und / oder Empfänger kann einfach mit dem World Wide Web verbunden werden.
m) Die Kommunikation ist bidirektional, daher kann die Information von dem Modusfahrzeug leicht über den Sender durch den Piloten abgefragt werden. Es besteht keine Notwendigkeit für ein zusätzliches Telemetriegerät.

Es versteht sich, dass sich sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung u.a. auf mögliche Entwicklungen der Erfindung beziehen. Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingegliedert sind und einen Teil der Beschreibung bilden, zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung.
Die Erfindung ist u.a. beschrieben in Bezug auf eine Konstruktion eines Systems zur Fernsteuerung von Modellfahrzeugen basierend auf dem Konzept eines verteilten eingebauten Steuerungssystems, in dem Eingangssignale, die zum Beispiel von Joysticks, Tastern, Schaltern usw. bei einer R/C-Sender erzeugt werden, in CAN-Nachrichten umgewandelt werden, die von den Modellfahrzeug empfangen werden und in einem internen CAN-System verteilt werden. Diese CAN-Nachrichten werden von Steuermodulen empfangen, die Steuersignale zu Verstärkern erzeugen, die mit Servos, Motorreglern, Schaltern etc., die für die Steuerung des Modells benötigt werden, verbunden sind. Jedes Empfangsmodul empfängt jede CAN-Nachricht und wählt dabei die aus, die es benötigt. Wenn das Modellsystem eingerichtet ist, kann der Transceiver mit einem PC zu einem einzigen CAN-Netzwerk zusammengeschlossen werden. Dieses wird dann in zwei separate CAN-Netzwerke, eines für den Sender und eines für das Modellfahrzeug getrennt. CAN-Nachrichten werden dann zwischen den Systemen über ein Funkgerätepaar ausgetauscht, vorzugsweise im 2,45 oder 5,8 GHz-ISM-Bandbereich, wobei sich ein Funkgerät in dem Sender und eins in dem Modellfahrzeug befindet. Da die Funkkommunikation bidirektional ist, kann das Modellfahrzeug vom R/C Sender zu empfangende Nachrichten erstellen und senden, was dann die eigentliche Fahrzeuginformationen für den Piloten erzeugen kann.
Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines Systems, eines Verfahrens und einer Verwendung, die die wesentlichen Merkmale der Erfindung aufweisen, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen die Figuren folgendes zeigen:
1 ein bereits erläutertes R/C-System nach dem Stand der Technik;
2 hauptsächlich das neue System, in dem alle Module mit einem CAN-Bus, das heißt, einem verdrahteten System verbunden sind;
3 ein System gemäß 2, das in zwei miteinander über eine drahtlose Verbindung verbundene separate CAN-Systeme geteilt ist;
4 die grundsätzliche Funkverbindung von CAN-Nachrichten zwischen dem Sender und dem Modellfahrzeug;
5 Grundsätze für die CAN-Nachrichtencodierung;
6 ein Beispiel für CAN-Nachrichtencodierung;
7 eine Ausführung der Erfindung;
8 zwei alternative Topologien für ein CAN-Modellfahrzeug-System;
9 eine lokale Servo/Modullösung mit der erläuterten Stromversorgung;
10 ein erweitertes Netzsystem gemäß der Erfindung;
11 ein Beispiel für Anwendungsfälle;
12 eine Fernbedienung von Sender und Fahrzeugsystemen gemäß der Erfindung;
13 den grundsätzlichen Aufbau eines Allzweckmoduls gemäß der Erfindung;
14 einen ersten Aufbau einer Systementwicklung gemäß der Erfindung;
15 einen zweiten Aufbau einer Systementwicklung gemäß der Erfindung;
16 einen dritten Aufbau einer Systementwicklung gemäß der Erfindung;
17 einen Überblick über die Kerntechnologie der Erfindung;
18a–18b Beispiele für die Verwendung von üblichen Verbraucherelektronikgeräten in Verbindung mit Systemen gemäß der Erfindung.
Der Stand der Technik zur Fernsteuerung eines Modellfahrzeug ist eine zentralisierte Systemarchitektur, in der jegliche Modifikationen der Steuereingangssignale in dem Sender vorgenommen und in Sollwerte zu jedem Aktor in dem zu steuernden Fahrzeug umgewandelt werden. Die Erfindung schlägt eine radikale Veränderung der aktuellen Architektur in eine verteilte eingeschlossene Steuerungsarchitektur vor. 17 zeigt einen Überblick über das neue Konzept. Nur die wesentlichen Elemente sind gezeigt, um die in den 2 bis 16 gezeigten Details besser verstehen zu können. Das zu lösende Problem ist, ein Steuersystem zu entwerfen und herzustellen, das für die sichere und exakte Fernsteuerung einer Reihe von Modellfahrzeugen, einem nach dem anderen, genutzt werden kann. Zur Klarstellung ist der folgende Teil der Übersicht in fünf Abschnitte unterteilt:

– Sender
– Fahrzeug
– Kabelverbindung zwischen Sender und Fahrzeug
– Schnittstellenverbindung zwischen Sender und Fahrzeug
– Funkverbindung zwischen Sender und Fahrzeug
– Verbindung des Senders und/oder Fahrzeugs über TCP/IP-Verbindungen Sender

Ein Pilot 1701 weist einen Sender 1702 auf, der aus seiner Sicht als Benutzer so ziemlich genau wie ein Sender nach dem Stand der Technik funktioniert, wenn er ein Fahrzeug steuert. Der Pilot kann aus einer Reihe von Fahrzeugen 1703 wählen. Der Sender enthält ein System 1704 mit einer Reihe von Eingabeeinrichtungen, durch welche er Steuersignale erzeugen kann. Einige Eingabegeräte erzeugen analoge Signale 1705 wie Joysticks 1706, Potentiometer, usw. Diese Signale werden von einem elektronischen Modul 1707, das die analogen Signale in digitale Signale 1708 umwandelt, übermittelt. Das Modul 1707 ist mit einem CAN-Bus 1709 verbunden. Das Modul stellt eine oder mehrere seiner digitalisierten Eingangswerte in eine CAN-Nachricht 1710 und überträgt die Nachricht auf den Bus. Digitale Steuereingangssignale 1711 von Schaltern 1712 usw. werden durch ein Modul 1713, das intern mehr Informationen wie Zustandsänderung usw. erstellen können, in digitale Werte umgewandelt, bevor sie eine CAN-Nachricht auf dem Bus 1709 erzeugen und senden. Der Sender kann sehr anspruchsvoll sein und eine Anzahl von internen Sensoren aufweisen und kann Nachrichten von dem Fahrzeug, beispielsweise über Geschwindigkeit und Kraftstoffstand empfangen und solche Informationen an den Piloten visuell oder akustisch weitergeben. Die Nachricht auf dem Bus kann durch ein Modul 1715 empfangen werden, um die Aktivitäten zu überwachen sowie Signalverarbeitung durchzuführen und neue und geänderte Steuernachrichten zu erstellen. Es gibt viele Möglichkeiten, die CAN-Nachrichten an die Fahrzeugseite zu übertrage. Diese werden später erörtert.
Fahrzeug
Das jeweilige Fahrzeug in der Grundgesamtheit 1703 weist ein Steuersystem 1751 mit einem CAN-Bus 1752 auf, mit dem eine Anzahl von Modulen 1753, 1754 usw. verbunden sind. Solche Module können so eingerichtet werden, dass sie bei der Herstellung einen sehr allgemeinen Zustand aufweisen und später durch das Herunterladen von Software in einen bestimmten Zustand versetzt werden können. Das Modul 1753‘ ist in einem allgemeinen Zustand mit der Basissoftware 1755, die Anweisungen für die Kommunikation über CAN enthält. Ein PC 1756 verfügt über ein Softwarepaket 1757 für die Entwicklung von CAN-Modulsoftware, den Bau und Test von CAN-Systemen etc. und eine USB-zu-CAN-Schnittstelle 1758. Das Modul 1753' ist mit der USB-zu-CAN-Schnittstelle 1758 und dem PC 1757 verbunden lädt die Software durch eine CAN-Verbindung 1760 herunter 1759, indem das allgemeine Modul 1753‘ in ein auf die Steuerung eines Servos 1761 spezialisiertes Modul 1753 umgewandelt wird sowie bestimmte Signale in Nachrichten, die auf dem CAN-Bus 1752 erscheinen, ausgewählt werden und in PWM-Signale, die den Servo 1761 steuern, umgewandelt werden. Die anderen Module in dem System 1751 können in gleicher oder ähnlicher Weise modifiziert werden.
Eine Kabelverbindung zwischen Sender und Fahrzeug
Sowohl das Sendersystem als auch das Fahrzeugsystem sind um einen CAN-Bus herum aufgebaut. Beide Busse können durch einen dreiteiligen CAN-Bus 1770 miteinander verbunden werden. Eine Verbindung 1771 wird zu dem CAN-Bus 1752 geführt, eine zweite 1772 zu dem CAN-Bus 1709 und eine dritte Verbindung 1773 zu der CAN-zu-USB-Schnittstelle 1758. Die CAN-Busse 1752, 1770 und 1709 sind jetzt verbunden und bilden einen gemeinsamen CAN-Bus, der alle Module im Fahrzeug mit allen Modulen im Sender und auch den PC miteinander verbindet. Alle Module müssen die gleiche Bitrate verwenden und das gleiche CAN Higher Layer Protokoll unterstützen. Ein geeignetes ist das CanKingdom der schwedischen Firma Kvaser. Ein Systemkonstrukteur 1780 kann dann jedes verbundene Modul konfigurieren und die Kommunikation in den beiden Systemen 1751 und 1704 mit Hilfe einer Systemkonfigurationssoftware aufbauen, zum Beispiel mit dem Kingdom Founder der schwedischen Firma Kvaser, in dem Softwarepaket 1757. Signale werden in geeignete CAN-Nachrichten gepackt und ihre Übertragungen werden in geeigneter Weise geplant. Jedes Empfangsmodul ist eingerichtet, um relevante Nachrichten zu entschlüsseln. Regeln für den internen Nachrichtenverkehr in den jeweiligen Systemen 1751 und 1704 sowie Regeln für den Datenverkehr zwischen den beiden späteren Systemen werden eingerichtet. Jede Logik kann mit beiden über Draht verbundenen Systemen geprüft werden, aber es kann sein, dass der Zeitpunkt des Nachrichtenverkehrs und die Reaktionszeit der Aktuatoren nicht korrekt ist.
Eine Schnittstellenverbindung zwischen Sender und Fahrzeug
Der CAN-Bus 1770 wird abgetrennt und durch den Abschlusswiderstand 1774 am CAN-Bus 1752 und durch den Abschlusswiderstand 1775 am CAN-Bus 1709 ersetzt. Die CAN-Busse 1752 und 1709 sind somit in beiden Enden abgeschlossen. Jeder CAN-Bus weist einen Anschluss 1762 bzw. 1714 auf, durch den externe CAN-Module an den Bus angeschlossen werden können. Das Modul 1781 ist eine CAN-zu-CAN-Schnittstelle, das heißt, es weist zwei CAN-Ports 1782 und 1783 auf. Ein CAN T-Verbinder 1784 ist an den Port 1782 angeschlossen, und der CAN-Bus 1770 ist nun mit dem Port 1783 verbunden. Die CAN-zu-CAN-Schnittstelle 1785 ist wie ein Spiegel mit dem CAN-Bus 1770 und dem T-Verbinder 1784' verbunden. Auf diese Weise ist das System 1751 mit dem System 1704 über ein Zwischensystem 1790 verbunden. Der PC 1756 ist wie vorher mit dem CAN-Bus 1770 über die CAN-zu-USB-Schnittstelle 1758 verbunden. Der PC weist zwei zusätzliche CAN-zu-USB-Schnittstellen 1758' und 1758" auf, die mit den CAN-T-Verbindungen 1784 bzw. 1784 verbunden sind. Auf diese Weise ist der PC 1756 mit allen drei CAN-Systemen 1751, 1790 und 1704 verbunden. Der Nachrichtenverkehr innerhalb des Systems 1790 kann vollständig von dem PC 1756 gesteuert werden. Die Module 1781 und 1785 können so eingerichtet sein, dass empfangene, auf die andere Seite weiterzuleitende Nachrichten herausgefiltert werden, und Zeitverzögerungen der Übertragungen eingerichtet werden können. Auf diese Weise kann eine spätere Funkverbindung simuliert werden. Die Einrichtung der anderen beiden Systeme kann auch vom PC gehandhabt werden. Die Bitrate des Systems 1751 kann anders als 1704 eingestellt werden, um jedes System zu optimieren, zum Beispiel durch die Einführung von Überabtastung der empfangenen Signale am System 1751, eine Umverteilung von Mischaufgaben unter den Modulen usw. Das Joystick-Modul 1707 könnte die Geschwindigkeit der Joystickbewegungen berechnen und dieses Signal zu der Nachricht 1710 hinzufügen. Diese Information könnte von den Knoten in dem Empfängersystem 1751 verwendet werden, um die Qualität der überabgetasteten Sollwerte zu erhöhen. Durch den PC können Ausführungszeiten gemessen und überprüft, Wartezeiten verändert, Fehler eingeführt werden usw., um die Zuverlässigkeit der Systeme 1751 und 1704 separat und in Kombination zu überprüfen.
Eine drahtlose Verbindung zwischen Sender und Fahrzeug
Es gibt zwei gepaarte CAN-Funkgeräte, 1791 und 1792, die an den jeweiligen Bus 1709 und 1752 für die drahtlose Kommunikation zwischen den Systemen 1704 und 1751 angeschlossen sind. Die Funkgeräte arbeiten vorzugsweise im 2,45 GHz oder 5,8 GHz ISM-Bandbereich und nutzen eine Frequenzsprung- oder PN-Spektrumspreizmodulationstechnik. Sie sind so eingerichtet, dass sie einige CAN-Botschaften am CAN-Bus 1709 bzw. 1752 für die Übertragung per Funk an das andere System herausfiltern. Empfangene CAN-Nachrichten werden am jeweiligen Bus übertragen. Die Schnittstellenanordnung wird von den Systemen 1751, 1704 und vom PC 1756 abgetrennt. Die Nachrichtenübertragungen zwischen den Systemen werden von jetzt an über Funk, 1791‘ und 1792‘, durchgeführt und ersetzen das Schnittstellensystem 1790. Der PC 1756 ist mit dem CAN-Bus 1752 durch die mit 1762 verbundene Schnittstelle 1758' und mit dem CAN-Bus 1709 durch die mit 1714 verbundene Schnittstelle 1758‘‘ verbunden. Die Kommunikation in jedem System 1704 mit 1751 sowie der Nachrichtenaustausch zwischen den Systemen kann durch den PC überwacht und überprüft werden. Der Aufbau der Funkgeräte 1791 und 1792 kann vom PC geändert werden und das endgültige System kann optimiert und überprüft werden.
Verbindung des Senders und/oder Fahrzeugs über TCP/IP-Verbindungen
Die meisten PCs verfügen über eine WLAN-Schnittstelle und mit dem Internet verbundene WLAN Router sind geläufig. 18 zeigt einen Weg, die WLAN-Verbindungen des PCs für die Überwachung und/oder Modifikation von Systemen wie 1704 und 1751 zu nutzen. Hier werden die CAN-zu-USB-Schnittstellen 1758' und 1758" durch die CAN-zu-WLAN-Schnittstellen 1801 und 1801‘ ersetzt. Der PC 1756 und die Schnittstellen 1801 und 1801‘ werden in ein Ad-hoc-Netzwerk eingeteilt. Diese Konfiguration kann praktisch genau wie bei den oben beschriebenen zwei CAN-zu-USB-Schnittstellen verwendet werden. Eine weitere Konfiguration ist in 18b gezeigt. Hier haben wir einen kabellosen Router 1810, der mit dem World Wide Web 1811 verbunden ist. Die vorherigen Ad-hoc-Einrichtungen des PCs 1756 und der WLAN-Schnittstellen 1801, 1801' werden nun in einen Infrastrukturnetzwerkaufbau umgewandelt. Der PC 1756 und die Systeme 1704 und 1751 können nun über den Router 1810 kommunizieren. Ein Bediener 1802 an einem entfernten PC 1803 kann mit dem Systementwickler 1804 am PC 1756 über das Internet kommunizieren. Der PC 1803 weist ein Softwarepaket 1757' auf, das im Wesentlichen dasselbe ist wie 1757 in den PC 1756. Der entfernte Bediener 1802 kann dann auch im direkten Kontakt mit den Systemen 1704 und 1751 stehen und die gleichen Übungen die der Systementwickler 1804 durchführen, das heißt, Fehler in den Systemen zu suchen, Modulaufbauten zu modifizieren, Software in Module herunterzuladen usw.
Die obige Übersicht zeigt die großartigen Möglichkeiten für wesentlich vielseitigere und effizientere Entwicklungsverfahren von R/C-Systemen für Modellfahrzeuge auf Basis von verteilten eingebetteten Steuersystemen und dem Protokoll CAN. Dies wird effizientere Systeme zur Folge haben und ist auch ein Ausgangspunkt für höhere Bildung und/oder Demonstrationen von Kontrollsystemen im Allgemeinen. Die Entwicklung von Großsystemen kann durch den Einsatz von Modellmaßstab-Versionen in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses schneller und kostengünstiger erfolgen, wenn verschiedene Netzwerkarchitekturen, Bandbreitenbedarf, Reaktionszeiten etc. geprüft und bewertet werden. Eine detailliertere Beschreibung des Systems und der Moduldesigns sowie der Entwicklungsmethoden und ihrer Verwendungen folgt weiter unten.
Eine Lösung gemäß der Erfindung ist in 2 mit dem Sender 200 und dem Modellfahrzeug 250 dargestellt. Das Innensystem des Senders und des Modellfahrzeugs ist schematisch als 201 bzw. 251 dargestellt. In dem Übertragungssystem 201 sind die Sensoren in dem Sender mit den Modulen 202, 203 und 204 verbunden, die wiederum mit einem CAN-Bus 205 über die Anschlüsse 205', 205" und 205"' verbunden sind. Ein Funkgerät 207 ist mit dem CAN-Bus über die Verbindung 207' verbunden. (Solch ein CAN-Funk ist detailliert in dem Patent US 6,467,039 B1 beschrieben.) Das Modul 202 ist mit dem Joystick 210 verbunden, Modul 203 mit dem Joystick 220 und Modul 204 mit den Schaltern 235, 236 und den Potentiometern 237, 238. Der CAN-Bus wird durch den Widerstand 206 begrenzt. Das Modul 202 weist eine MCU 240, einen A/D-Wandler 241 und einen Multiplexer 242 auf. Die Achsensensor 213 des Joysticks 210 ist mit dem Multiplexer 242 durch die Verbindung 243 verbunden. Der dazugehörige Trimmer 213' ist in gleicher Weise mit dem Multiplexer 242 durch die Verbindung 243' verbunden. Die Achse des Achsensensors 214 ist mit dem Multiplexer 242 durch die Verbindung 244 verbunden. Der dazugehörige Trimmer 214' ist in gleicher Weise durch die Verbindung 244' verbunden. In dem Joystick 220 sind die Achsen 221, 222 und die dazugehörigen Trimmer 221‘, 222' mit dem Modul 203 in der gleichen Weise wie der Joystick 210 verbunden. Die Schalter 235 und 236 sind über die Anschlüsse 235' und 236' mit der digitalen I/O-Schnittstelle 239 des MCU 230 in dem Modul 204 verbunden. Die Potentiometer 237 und 238 sind über die Anschlüsse 237' und 238' mit dem Multiplexer 232 und dem A/D-Wandler 231 der MCU 230 verbunden. Die Module 202, 203 und 204 könnten vorzugsweise hardwaremäßig identisch sein. Der CAN-Bus 205 enthält nicht nur ein, vorzugsweise gedrehtes, Leiterpaar 215 für die differentiellen CAN Signalpegel (CAN_High und CAN_Low), sondern auch ein anderes, vorzugsweise gedrehtes, Leitungspaar 216 für die Stromversorgung. Das Sendersystem 201 wird von einer Batterie mit einem Spannungsregler, der schematisch als 228 dargestellt ist, gespeist, die einem gedrehten Leiterpaar 229 verbunden ist, das wiederum mit dem Strompaar 216 des CAN-Bus 205 verbunden ist.
Der CAN-Bus 205 des Übertragungssystems 201 ist mit dem CAN-Bus 252 mit dem Abschluss 253 des Modellfahrzeugs durch die Verbindung 247 über die Anschlüsse 248 und 249 verbunden. Der CAN-Bus 252, der Anschluss 247 und der CAN-Bus 253 bilden somit zusammen einen gemeinsamen CAN-Bus 290, der durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird.
Das Modellfahrzeugsystem ist um den CAN-Bus 252 aufgebaut, mit dem die Module 261, 262, 263, 264, 265, 266, 267 und 268 verbunden sind. Der CAN-Bus 252 weist die gleiche Konstruktion wie der CAN-Bus 205 auf, das heißt, er hat ein Leiterpaar für Signale und ein weiteres Leiterpaar für die Stromversorgung. Ein 2,45 GHz Funkgerät 270 (das identisch mit 207 gestaltet sein kann) ist ebenfalls mit dem CAN-Bus 252 verbunden. Die Servos 271, 272. 274, 275, 276 und 277 werden mit den jeweiligen Modulen 261, 262, 264, 265, 266 und 267 verbunden. Modul 263 ist mit der Motorsteuerung 273 verbunden. Eine detaillierte Beschreibung der Aktuator-/Modul-/CAN-Bus-Verbindungen für alle Fahrzeugmodule folgt für das Modul 261: Das Modul 261 weist eine MCU 280 auf, die mit dem CAN-Bus über den CAN-Controller 281, den CAN-Transceiver 281‘ und die Verbindung 282 verbunden ist. Der Servo 271 ist über die Verbindung 284 mit der PWM-Ausgabe 283 der MCU 280 verbunden. Die MCU hat einen festen Speicherbereich 285 für das Bootstrapping- und Kommunikationsprotokoll und einen Flashbereich 286 für heruntergeladene Anwendungen, die an der Knotenposition des Moduls im System erforderlich sind. Die Module 261 bis 268 können vorzugsweise hinsichtlich Hardware und festem Speicherbereich identisch sein. Es werden nicht alle Komponenten, die zum Aufbau eines funktionierenden Moduls nötig sind, beschrieben, da sie für einen Fachmann offensichtlich sind. Diese Komponenten werden durch 208 symbolisiert. Die Motorsteuerung 273 wird durch eine Batterie 225 mit Strom versorgt. Das Modellfahrzeugsystem 251 wird mit einer Batterie betrieben, vorzugsweise mit einem Spannungsregler, der schematisch als 226 dargestellt ist und über die Verbindung 227 mit den CAN-Bus 252 verbunden ist.
Der PC 291 ist mit dem gemeinsamen CAN-Bus 290 über den USB-Anschluss 292, die USB-zu-CAN Schnittstelle 293 und die Verbindung 294 verbunden. Der PC 290 kann CAN-Nachrichten senden und empfangen und, mit der richtigen Software, jede Übertragung auf dem Bus sowie durch Flash verbundene Module analysieren, Sendesignalisierung simulieren, Systemeinstellungen sichern usw. Ein Systemaufbau wie in 2 ist für die Programmierung (das Blinken) der jeweiligen Module und für das Senden von Konfigurationsnachrichten gemäß CanKingdom vom PC mit einem durch 295 symbolisierten geeigneten Software-Paket geeignet. Eingänge von dem Sender 200 können auf dem PC sichtbar gemacht werden und die tatsächlichen Servo-Antworten im Modell Fahrzeug können überprüft werden. Wenn alles für korrekt befunden wird, wird die Verbindung 247 durch die Abschlüsse 296 und 297 an den jeweiligen Verbindungen 248 und 249 ersetzt. Wir haben jetzt zwei getrennte CAN-Systeme, eines 205, das durch 206 und 296 im Sender 200 beendet wird, und eines 252, das durch 253 und 297 in dem Modellfahrzeug 250 beendet wird.
3 zeigt die getrennten Sender- und Fahrzeugsysteme. Die Pilotbefehle werden intern vom Sender 300 in CAN-Nachrichten umgewandelt und in einem Funkprotokollinformationspaket 301 eingebettet durch Funksignale 301', die vom Funkgerät 302 empfangen werden, gesendet. Das Funkprotokollinformationspaket ist grundsätzlich in 4 dargestellt. Die wesentlichen Elemente 400 einer CAN-Nachricht 401 auf der Senderseite werden abgezogen und in einem Funkprotokoll 402 auf der Senderseite eingebettet. Der Empfänger extrahiert die wesentlichen Elemente 400' der CAN-Nachricht und stellt die CAN-Nachricht 403 wieder her und überträgt sie auf den CAN-Bus an der Modellfahrzeugseite. Die Technologie wird im Detail in dem US-Patent 6,467,039 B1 beschrieben. Die Funkgeräte sind als 207 und 270 in 2 dargestellt und dienen als Brücke für die CAN-Nachrichten zwischen dem Sender und dem Modellfahrzeug. Die Lage der Eingabeorgane wie Joysticks, Karosserien, Schalter, vom Piloten 303 manipulierte Potentiometer werden periodisch von den Modulen 202 und 203 in 2 ausgelesen, zum Beispiel 100 mal pro Sekunde, um Istwerte der Sensoren 221, 221', 222, 222', 213, 213' und 214, 214' mit einer Zwölf-Bit-Auflösung zu erhalten. Das entsprechende Modul 202, 206 und 204 setzt diese Werte in CAN-Nachrichten. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen. Alle Module unterstützen CanKingdom, was es einem System-Designer ermöglicht, CAN-Nachrichten zu erstellen, wie er es will. Die Module in dem Modellfahrzeug wählen die Nachrichten aus, die jedes von ihnen zu erhalten programmiert ist, und berechnen neue Steuersignale gemäß vorprogrammierten Algorithmen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Fahrzeugsteuersystem durch Verteilen der Aufgabe des Mischens und Manipulierens von Signalen an verschiedene Module zu entwerfen. Das Modul 304 in der 3 steuert das linke Querruder, das Modul 305 das rechte Querruder, das Modul 306 den Motor, das Modul 307 das Höhenleitwerk, das Modul 308 das Ruder. Das Modul 309 ist ein Systemmodul, das sich um Aufgaben, die nicht für die lokale Ausführung in den anderen Modulen geeignet sind, kümmert. Alle Module sind mit dem CAN-Bus 310 verbunden und bilden somit spezielle Knoten im CAN-System.
Ein Beispiel einer CAN-Botschaft mit Joystick-Befehlen wird als 501 in 5 gezeigt. Jede Achse muss ihre eigene CAN-ID erhalten. Der Standard-CAN-Identifier (Std_ID) A, 507, wird der Joystick-Achse Wert X Position 505 zugeordnet, und seinem Trimmwert Y Position 506. Dem Achsenwert und dem Trimmwert muss ein Datentyp und ein Datenformat zugeordnet werden, z.B. Ganzzahl ohne Vorzeichen und Bits für den Achsenwert und Ganzzahl mit Vorzeichen und Bits für den Trimmwert. Die maximale Reichweite für das Joystick-Signal beträgt 4096, d.h. 12-Bit-Auflösung und das Trimmsignal beträgt 512, d.h. 1/8 der Joystick-Reichweite. Für eine Byte-orientierte Darstellung der Werte werden vier Bytes benötigt. Der CAN-Data Length Code (DLC) beträgt dann 4. Der Positionswert X wird in den ersten beiden Datenbytes (erstes Wort) und der Trimmwert Y in Daten in Bytes drei und vier (zweites Wort) platziert.
Die Erfindung wird weiterhin durch ein Beispiel auf Basis einer Querrudersteuerung erläutert. Es wird angenommen, dass das Servosteuersignal 20% reduziert werden sollte, wenn der Dual-Rate-Schalter, beispielsweise 236, in der Position "ein" steht, und das nach unten gehende Querruder das Signal 50% reduziert sollte, um den Widerstand zu reduzieren. Der Pilot hat eine Joysticktrimmung von 6% nach rechts erzeugt, damit das Modellflugzeug gerade fliegt. Dies erzeugt ein Trimmsignal von 123 (000001111011_b), was die Nachricht 502 in 5 durch das Modul 203 in 2 erzeugt. Der Pilot bewegt den Joystick 20% nach rechts und erzeugt damit ein Signal 2048·1.2 = 2458 (100110011010_b), das als Nachricht 503 angezeigt wird. (Das Modul 202 folgt dem gleichen Schema und erzeugt Nachrichten in Antwort auf Piloteneingaben.) Das dritte Modul 204 erzeugt die Nachricht 504 mit dem CAN-Identifier 102 und verwendet zwei Bytes für die beiden Potentiometer 237 und 238 unter Angabe der Positionswerte K in Byte 1 und L in Byte 2 und zwei Bits im Byte 3, das den Zustand A des Schalters 235, A = 0 wie „aus“, A = 1, wie „ein ", und Änderung des Zustands B, B = 0 falsch und B = 1 als wahr anzeigt. Der Schalter 236 wird auf die gleiche Weise in Byte 4 mit C und D angezeigt. In diesem Beispiel hat der Pilot den Schalter 236 auf "ein" geschaltet, und dann sind C = 1 und D = 1. (Die Codierung kann in einer kompakteren Weise durch Weglassen des Byte-Musters durchgeführt werden, aber dies würde den Rahmen dieser Erfindung sprengen.) Das System kann komplexer sein, mit mehr Sensoren und Schaltern, aber die Grundsätze bleiben unverändert. Das CAN-Protokoll ermöglicht ungefähr fünfhundert Millionen individuelle Identifier, wenn eine erweiterte ID verwendet wird. Der Funksender 207 bettet die CAN-Nachrichten in das Funkprotokollpaket 301 ein und überträgt die Funksignale 301'.
Der Prozess in der Senderseite wurde nun beschrieben, und wir wenden uns der Empfangsseite zu. Die Funksignale werden durch das Funkgerät 302 aufgenommen und die CAN-Nachrichten werden aus dem Funkprotokollpaket herausgefiltert und auf den CAN-Bus 310 gelegt. Hier nimmt das Systemmodul 309 (das gleiche wie 268) die Nachrichten 502, den tatsächlichen Querruderausschlag und die Potentiometer-/Schalter-/Tasternachricht 504 auf, um die folgende Aufgabe auszuführen:

1) Generiert einen tatsächlichen neutralen Signalwert 2171, indem es den Trimmsignalwert 123 dem nominalen neutralen Signal 2048 hinzufügt.
2) Liest das Joystick-Signal (2458) und zieht das tatsächliche neutrale Signal (2171) ab und bildet so ein tatsächliches Steuersignal (287).
3) Liest das Dual-Rate-Schaltsignal (ein) und multipliziert entsprechend das Steuersignal (287·0,8 = 230).
4) Berechnet das Signal für den rechten Querruderservo 305. Das Modell sollte sich nach rechts drehen, das heißt, das Ruder sollte nach oben gehen und somit das volle Signal neutral + 230 aufweisen. Der Signalwert beträgt dann 2171 + 230 = 2278 (100011100110_b)
5) Berechnet das Signal für den linken Querruderservo 304. Das Modell sollte sich nach rechts drehen, das heißt, das Ruder sollte nach unten gehen und somit das Signal um 50% reduzieren, dann neutral 2171 – 230/2 = 1933 (11110001101_b).
6) Erzeugt zwei neue CAN-Nachrichten mit einem Zwei-Byte-Steuersignal, die Nachricht 601 in 6 mit der CAN-ID 901 für den rechten Querruderservo 305 und die Nachricht 602 mit der CAN-ID 902 für den linken Servo 304.
7) Überträgt die Nachrichten.

Nun empfängt das rechte Querrudermodul 305 Nachricht 901, in 6 als 601 dargestellt, und erzeugt das richtige PWM-Signal 315, um den Servo 324 zu positionieren, und das linke Querrudermodul 304 empfängt die Nachricht 902, in 6 als 602 dargestellt und erzeugt das PWM-Signal 314 an den Servo 325.
Eine Alternative zu dem obigen Szenario könnte sein, dass beide Module 305 und 304 die Nachrichten 502, 503 und 504 in 5 aufgenommen haben und umprogrammiert wurden, die Schritte 1 bis 5 bzw. 1 bis 4 und 6 des Moduls 309 vorzunehmen. Die Mischaufgabe wird dann auf die Aktuator-Knoten in dem System verteilt.
Es hat sich nun gezeigt, dass das Ersetzen eines adressenbasierten Protokolls mit einem inhaltsbasierten Protokoll für Modellfahrzeuge völlig neue Möglichkeiten für unterschiedliche Systemarchitekturen eröffnet, selbst für einfache Systeme, wie beschrieben. Signalerzeugende Module müssen nicht unter Berücksichtigung bestimmter Empfänger konzipiert werden. Ein mit dem Bus verbundenes Modul könnte nur ein Signal oder eine Vielzahl von Signalen liefern. Jedes Empfangsmodul nimmt das Signal auf, das es braucht. Die Signalmodifikationen könnten sehr viel komplexer sein, mit einer exponentiellen Antwort auf den Joystickbefehl, dem Mischen von Quer- und Seitenrudersignalen usw. Das Wichtigste ist, dass die notwendigen Änderungen in großem Ausmaß von den Eigenschaften des Modellfahrzeugs und nicht des Senders abhängig sind. Das WMS (Falsches-Modell-Syndrom) ist ein für alle Mal in auf einfache Weise gelöst, da alle Signaländerungen in dem Modellfahrzeug vorgenommen werden.
Der Vorteil der Erfindung wird für fortgeschrittene Modellfahrzeuge noch deutlicher. Es ist leicht ersichtlich, dass die Module in die Aktuatoren und Sensoren integriert werden können, die für ein System gemäß der Erfindung konzipiert wurden. 7 zeigt ein Modellflugzeug 700 mit einem Motor 701, einem linken Hauptfahrwerk 702, einem rechten Hauptfahrwerk 703, einem Bugfahrwerk 704 und einem CAN-Bus 705.: Folgende Module sind an den CAN-Bus angeschlossen: ein Funkgerät 706, ein Systemmodul 707, zwei rechte Querruderservos 708, 709 und zwei linke Servos 710, 711, zwei Höhenruderservos 712, 713, ein Ruderservo 714, ein Drosselservo 715, ein Bugfahrwerkservo 716, ein rechter Fahrwerkservo 717, ein linker Fahrwerkservo 718, ein GPS-Modul 719, ein Variometer 720, drei Achsenbeschleunigungsmesser 721, ein Staurohr 722 mit Elektronik 722' und einem Drehzahlsensor 723. Alle an den CAN-Bus angeschlossenen Geräte weisen Elektronik auf, die ihre Hauptaufgaben unterstützt und über CAN gemäß dem CanKingdom Protokoll kommuniziert. Der PC 724 wird zeitweilig mit den CAN-Bus 705 über die CAN-Bus-Schnittstelle 725 und den Verbinder 726 verbunden. Der PC 724 weist ein CanKingdom unterstützendes Systemdesign-Softwarepaket 727 auf. Für jedes Modul besitzt diese Software eine Beschreibung 7706, 7707, ... 7724 seiner Funktionen, einschließlich Listen aller Signale, die der jeweilige Knoten senden kann und Listen aller Signale, die der jeweilige Knoten empfangen kann. Mit der Software 727, z.B. dem Kingdom Founder der schwedischen Firma Kvaser, kann ein Systementwickler 728 CAN-Nachrichten 7806, 7807 ... 78nn mit individuellen CAN-Identifiern konstruieren und für jede Nachricht den Sendeknoten und Empfangsknoten definieren. Der Systementwickler 728 weist dann die Software 727 an, Einrichtungsnachrichten an jeden Knoten zu senden, durch die sie so verändert werden, dass sie konstruierte CAN-Nachrichten verschlüsseln und entschlüsseln können. Um diesen Prozess zu ermöglichen, müssen alle an das CAN-System angeschlossenen Module ein für die Aufgabe geeignetes CAN Higher-Layer-Protokoll unterstützen. Ein solches Protokoll ist CanKingdom der Firma Kvaser in Schweden.
Wenn der Systementwickler das System auf diese Weise eingestellt hat, kann er überprüfen, dass das System korrekt aufgebaut ist, indem er es mit einem Sender 729 verbindet und die Sendersteuerung physisch betätigt und so sehen kann, dass die Modellservos korrekt reagieren, indem er die Bewegungen der Ruder, die Motorumdrehung, Klappen, Fahrwerk etc. beobachtet, in Reaktion auf die Betätigung der jeweiligen Eingangsorgane des Senders. Er kann den PC benutzen und simulierte Nachrichten 7806', 7807' ... 78nn vom Sender 729 und den Geräten 706 bis 722 übertragen und sehen, was sie während eines Fluges tun, um eine korrekte Reaktion des restlichen Systems zu überprüfen.
Ein System, wie es in 3 beschrieben ist, wird in 8 als 800 dargestellt. Der CAN-Protokoll-Standard spezifiziert eine Bus-Topologie und die Länge des Busses wird durch Wellenausbreitung begrenzt. Je höher die Bitrate ist, desto kürzer ist die Buslänge. Für 1 Mbps beträgt die maximale Länge ca. 25 m und für 250 kbps ca. 250 m. Zudem fordert die Norm 120 Ohm Abschlusswiderstände an jedem Ende, 801 und 802, um Reflexionen zu unterdrücken. Im Vergleich dazu sind Entfernungen innerhalb eines R/C Sender und eines Modellfahrzeugs sehr kurz. Diese Tatsache ermöglicht eine Sternstruktur 803 mit einem zentralen Abschlusswiderstand 804 von 60 Ohm, wie in 8 gezeigt. Aufgrund der kurzen Distanzen werden reflektierende Wellen werden schnell gedämpft und die Systeme arbeiten einwandfrei. Mehrere andere Abweichungen von der ISO-Norm 11898 können vorgenommen werden, und das System würde immer noch korrekt funktionieren, zum Beispiel bei Erhöhung des Widerstandswerts der Abschlusswiderstände und/oder Absenken der Signalspannung, um den Energieverbrauch zu senken, Vereinfachen des CAN-Transceiver-Designs, um Kosten zu senken, usw.
Ein Vorteil bei der Verwendung von Modulen, wie zuvor in 2 als 261 bis 267 beschrieben, besteht darin, die Servo- oder die Motorsteuerung durch das Modul mit Strom zu versorgen. In seiner einfachsten Form kann der Strom gemessen und berichtet werden. In einer weiterentwickelten Form könnte das Modul lokale Batteriesysteme mit unterschiedlicher Spannung an verschiedenen Knoten steuern. In seiner am weitesten entwickelten Form wäre es völlig in das Gerät integriert.
9 zeigt ein Modul 900 mit einer MCU 901, einem A/D-Wandler 902 mit einem Multiplexer 903, einem digitalen I/O 904, einem PWM-Ausgang 905, einem CAN-Controller 906, einem CAN-Transceiver 907 und einem CAN-Anschluss 908. Andere benötigte Komponenten werden mit 909 symbolisiert. Der PWM-Ausgang ist mit dem Servo 910 durch die Verbindung 911 verbunden. Der CAN-Transceiver ist mit dem CAN-Bus 912 über den Anschluss 908 und die Verbindung 913 verbunden. Das Modul 900 ist mit einer Batterie 914 durch die Verbindung 915 und den Anschluss 916 verbunden. Von dem Anschluss fließt der Strom durch den Streifen 917, der mit einem niedrigen Ohm-Widerstand 918 verbunden ist, der wiederum auf der anderen Seite mit dem Streifen 919 verbunden ist, durch den Anschluss 920 und die Verbindung 921, versorgt den Servo 910 und fließt durch die Verbindung 922, den Anschluss 920, den Streifen 923, den Anschluss 916 und die Verbindung 915 zurück zu der Batterie 914. Das Modul selbst wird von den Streifen 919, 923 durch einen Spannungsregler 924, der die erforderlichen Spannungen 925 bereitstellt, versorgt. Die Streifen 917 und 923 sind mit dem A/D-Wandler 902 über die Anschlüsse 926 und 927 und den Multiplexer 903 verbunden. Dann kann die MCU 901 die Eingangsspannung messen. Die MCU 901 kann die Spannung auch über den Widerstand 918 über den A/D-Wandler 902, den Multiplexer 903, die Verbindungen 926, 928 messen und den tatsächlichen Stromfluss von der Batterie berechnen, so beträgt beispielsweise, wenn der Widerstand 918 0,1 Ohm beträgt und die Spannung über dem Widerstand 918 bei 0,1 V gemessen wird, die Stromstärke 1 A. Bei einer Batteriespannung von 7,4 V läge die Leistung bei 7,4 W. Die MCU kann dann die Stromstärke und Leistung sowie weiterführende Aufgaben als Anzeichen für Servo-Endpunkte, Ruderflattern usw. basierend auf der Analyse des Ist-Stroms/der Ist-Leistung und Sollwerten berechnen und/oder melden/speichern. Diese Ergebnisse können dann über das CAN-Netzwerk verteilt werden.
Es ist leicht ersichtlich, dass jeder Aktuator (Servo), Motorregler oder Sensor eine Modulfunktion wie beschrieben in seine Elektronik integriert erhalten kann. Da jede verfügbare Information über das Netzwerk über den CAN-Bus ausgetauscht werden kann, eröffnet dies auch Möglichkeiten für ein verteiltes Energiesystem. Unterschiedliche Einheiten erfordern unterschiedliche Spannungen und Stromstärken. Sensoren kommen in der Regel mit mit 3,7 V aus, Servos mit 7,4 V, aber Motoren benötigen oft 11,1 oder 14,8 V oder mehr. 10 zeigt ein Modul 1000 und einen integrierten Hochleistungsservo 1001 mit einem eigenen Stromversorgungssystem von drei Batteriezellen 1002, 1003 und 1004, jeweils mit einer Nennspannung von 3,7 V. Über die Anschlüsse 1005 und 1006 werden sie in Serie unter Erzielung einer nominalen Spannung von 11.1 V an das Modul über die Anschlussstreifen 1007 und 1008 gekoppelt. Das Modul verfügt ebenfalls über eine für das Laden einer Batteriezelle optimierte Batterieladeeinheit. Jede Zelle ist mit dem durch 1010 symbolisierten Multiplexer durch Abzweige der Streifen 1005, 1006 und 1007 verbunden. Parallel mit dem CAN-Bus 1011 ist eine Stromversorgungsleitung 1012 mit der Stromquelle 1013 verbunden, die so optimiert werden kann, dass sie das System mit der vom System benötigten Dauerdurchschnittsleistung versorgt, aber nicht mit Spitzenströmen. Die lokalen Batterien und Superkondensatoren werden sich darum kümmern. Die Stromquelle kann verschiedenster Art sein, zum Beispiel Solarzellen, Brennstoffzellen, Hochleistungsbatterien etc. Die Stromquelle 1013 liefert 5 V auf den Bus und versorgt das Batterieladegerät 1009 über die Verbindung 1014 und den Anschluss 1015. Die MCU 1016 kann mit dem Batterieladegerät 1009 und dem Multiplexer 1010 über die mit dem digitalen I/O 1019 verbundenen digitalen Verbindungen 1017 bzw. 1018 kommunizieren und diese steuern. Der Multiplexer 1010 verbindet das Ladegerät 1009 über die symbolisch beweglichen Verbindungen 1020 und 1021 durch den Befehl von der MCU durch den Anschluss 1018 nacheinander mit den Zellen 1002, 1003, 1004. Die MCU kann den tatsächlichen Ladezustand aus dem Ladegerät 1009 über die Verbindung 1017 lesen und versucht, sie vollständig aufgeladen zu halten.
Die Erfindung wurde für ein ferngesteuertes Flugzeugsystem beschrieben, kann aber bei jeder Art von Modellfahrzeugen wie Autos, Booten, Hovercrafts usw. angewendet werden. Für bodengebundene Fahrzeuge wie beispielsweise ein Auto ist es von großem Vorteil, dass man leicht zwischen einer drahtgebundenen und einer drahtlosen Verbindung zwischen dem Sender und dem Fahrzeug wechseln kann. Die Bandbreite einer Funkverbindung ist in der Regel niedriger ist als eine drahtgebundene Verbindung. 11a zeigt einen ein Auto 1102 in der gleichen Weise wie das Flugzeug in 3 über eine drahtlose Verbindung 1103 steuernden Piloten 1101. 11b zeigt denselben Pilot und dasselbe Auto, aber hier ist die Funkverbindung durch eine kabelgebundene CAN-Verbindung 104 wie zuvor als Verbindung 247 in 2 beschrieben ersetzt. 11c zeigt den gleichen Piloten, der ein Boot 1105 steuert.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von CAN für Modellfahrzeugregelsysteme besteht darin, dass viele eigentlich für andere Märkte und Technologien gedachte Produkte verwendet werden können. Die meisten PCs und ähnliche Produkte weisen eine integrierte WLAN-Schnittstelle auf. 12a zeigt den mit dem Sender 1202 und dem Fahrzeug 1203 über Windows-Ad-hoc-Netzwerkverbindungen 1204 bzw. 1205 verbundenen PC 1201. Dies wird durch den Anschluss einer CAN-zu-WLAN-Einheit 1206 an den CAN-Anschluss 248 an dem Sender und den Anschluss einer weiteren Einheit 1207 an den CAN-Anschluss 249 an dem früher in 2 beschriebenen Fahrzeug ermöglicht. Ein Beispiel für eine CAN-zu-WLAN-Einheit ist das "BlackBird" der Firma Kvaser. 12b zeigt eine alternative Lösung, bei der alle Geräte mit einem Internethotspot 1220 verbunden sind. Dann wird eine entfernte-Person 1221 über eine Internetverbindung 1222 wird mit den Einheiten 1201, 1202 und 1203 verbunden. Es ist leicht ersichtlich, dass der PC durch ein Smartphone 1208 oder ein ähnliches Gerät ersetzt werden kann, und dass die Fernkommunikation in vielen Fällen der beschriebenen Prozedur eine Bluetooth-Verbindung verwenden kann.
Wie bereits erwähnt, kann ein Modul im frühen Stadium der Systementwicklung sehr flexibel und für allgemeine Zwecke verwendbar gestaltet werden. 13 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer solchen allgemeinen Moduls. Eine geeignete MCU für das Modul ist die STM32F205VE von STMicroelectronics. Sie verfügt über eine große Anzahl an Ein- und Ausgängen, Timern, Protokollen etc. Sie weist auch einen einzigartigen 96-Bit-Identifizierer auf, der als Seriennummer des Moduls verwendet werden kann. Das Modul 1300 verfügt über eine MCU 1301, die mit zwei CAN-Ports 1302 und 1303, einen LIN-Port 1304 und einen USB-Port 1305 über die Verbindungen 1306 verbunden ist. An die MCU 1301 angebracht gibt auch zwei PWM-Ausgangs-Ports 1307 und 1308 über die Verbindung 1309. Ferner sind drei Thermoelementchips 1310, 1310' und 1310'' mit den Anschlüssen 1311, 1131' und 1311" verbunden sowie mit der MCU 1301 über die SPI-Verbindungen 1312. Zusätzlich sind zwei gebündelte ADC-Ports mit jeweils vier Kanälen 1313 und 1314 sowie zwei DACs 1315 und 1316 mit der MCU 1301 über die Verbindungen 1317 bzw. 1318 verbunden. Alle anderen benötigten Komponenten und Verbindungen sind durch 1319, 1320, 1321 und 1322 symbolisiert. Geeignete Thermoelementchips sind die MAX31855KASA+, ein kaltstellenkompensierter Thermoelement-zu-Digital-Wandler. Er ist für einen K-Thermoelement-Sensor mit einem Bereich von –270 °C bis +1372 °C konstruiert und misst auch die interne Chiptemperatur (Kaltstelle). Sowohl die Sensortemperatur und die Innentemperatur kann durch eine angeschlossene MCU über eine SPI-Verbindung abgelesen werden. Das Modul 1300 wird von einer Außenquelle 1323 durch den Anschluss 1324 mit Strom versorgt und durch den Streifen 1325 verteilt. Der ganze intern benötigte Strom wird durch die Streifenverzweigung 1326 zugeführt. Der Streifen 1325 ist mit einer Seite des niedrigen Ohm-Widerstands 1327 verbunden, der auf der anderen Seite mit dem Streifen 1328 verbunden ist, der seinerseits mit dem Anschluss 1329, aus dem ein äußeres Gerät 1331 mit Strom versorgt werden kann. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 1327 wird von einem ADC in der MCU über die Verbindung 1330 gemessen. Somit kann die MCU den Stromfluss zu einem mit dem Stecker 1329 verbunden Gerät 1331 berechnen. Die Basissoftware 1332, vorzugsweise einschließlich CanKingdom und eine Seriennummer, ist in einem nichtflüchtigen Teil der MCU-Speicher eingebaut. Die Software 1333 kann auf verschiedene Weise, beispielsweise über CAN unter Verwendung des CanKingdom-Protokolls und interner Timer, Komparatoren etc. heruntergeladen werden. 1334 kann von fortgeschrittener Steuerungssoftware genutzt werden. Mehrere Arten von Standard-Kommunikations-Dongles können mit dem USB-Port 1305 verbunden werden, zum Beispiel, Bluetooth, WLAN etc., so dass ein ferngesteuertes Setup des Moduls durch Standardkommunikationsgeräte wie PCs, Smartphones usw. möglich wird.
Module wie das gerade beschriebene 1300 sind sehr gut für den Aufbau von Funktionsmodellen verteilter, eingebetteter, auf CAN und damit verbundenen maschinennahen Protokollen wie LIN, USB, etc. basierender Steuerungssysteme geeignet. 14 zeigt ein Beispiel. In einem ersten Schritt wird ein gemeinsamer CAN-Bus 1400, der wie zuvor als 205 beschrieben aus einem Signalpaar 215 und einem Strompaar 216 besteht, zu erstellen. Das gedrehte Strompaar 216 könnte alternativ in einem separaten Kabel 1440 geführt werden und das Signalpaar in einem anderen Kabel 1441, dann vorzugsweise mit einem separaten dritten Leiter 1442 für Signalmasse. Der CAN-Bus ist aus drei Teilen aufgebaut; Teil eins 1401, Teil zwei 1402 und Teil drei 1403. Teil eins 1402 ist auf der einen Seite durch den Widerstand 1404 abgeschlossen und weist einen Anschluss 1405 an dem anderen Ende auf. Teil zwei 1402 weist an einem Ende einen Anschluss 1406 auf, der sich mit dem Anschluss 1405 verbindet, und einen Anschluss 1407 an dem anderen Ende. Teil drei 1403 weist an einem Ende einen Anschluss 1408 auf, der sich mit dem Anschluss 1407 verbindet, und wird durch den Widerstand 1409 abgeschlossen. Der CAN-Bus wird von der Batterie 1410 über die Verbindung 1410' und die Batterie 1411 über die Verbindung 1411' mit Strom versorgt. Ein Modul 1412 ist gemäß 1300 ist mit dem Signalpaar und Strompaar des CAN-Busses 1401 durch die Verbindung 1413 verbunden und bildet einen Universalknoten 1414 im CAN-System. Die Module 1415 bis 1420 werden mit dem CAN-Bus in der gleichen Weise verbunden und bilden als ersten Schritt Universalknoten im System. Ein PC-1421 ist ebenfalls mit dem Bus über die USB-zu-CAN-Schnittstelle 1422 verbunden. Der PC 1421 weist ein Software-Paket 1423 auf, um die Knoten innerhalb des Systems einzurichten, Software auf das jeweilige Modul herunterzuladen, den CAN-Verkehr zu überwachen und zu verarbeiten usw. Die Knoten können dann für verschiedene Zwecke spezifiziert werden. Die Module 1417 und 1418 werden durch Einrichtungsmeldungen modifiziert, um einen Servo zu steuern und ein Servo 1424 ist mit einem PWM-Ausgang 1425 des Moduls 1418 verbunden. Der Servo 1426 in gleicher Weise mit dem Modul 1417 verbunden. Das System hat dann zwei Servoknoten 1427 und 1428. Der Joystick 1429 und die Trimmer 1430 und 1431 sind durch den Anschluss 1433 und die Verbindungen 1432 mit dem Vier-Kanal-ADC des Moduls 1419 verbunden. Die Schalter 1434, 1435 und die Potentiometer 1436, 1437 sind durch den Anschluss 1438 und die Verbindungen 1439 mit dem Vier-Kanal-ADC des Moduls 1420 verbunden. Die Module 1415 und 1416 können in ähnlicher Weise auch für andere Zwecke als Temperaturmessknoten, GPS-Knoten, Kreiselknoten usw. konfiguriert werden. Umfangreiche Tests und Modifikationen des Systems und der Knoten können mit dem Aufbau gemäß 14 erfolgen.
15 zeigt einen zweiten Schritt der Entwicklung eines Systems, wie in 14 gezeigt wird. 15a zeigt das gleiche System, jedoch sind zwei weitere Module, 1501 und 1502, hinzugefügt worden. Diese beiden Module fungieren als Schnittstellen, d.h. es werden beide CAN-Steuerungen verwendet. Eine CAN-Steuerung 1503 im Modul 1501 ist mit dem CAN-Bus 1403 durch die Verbindung 1504 mit dem Anschluss 1505 verbunden, der mit dem Anschluss 1408 verbunden ist. Die andere CAN-Steuerung 1506 ist durch den Anschluss 1407 mit dem CAN-Bus 1402 verbunden. Eine CAN-Steuerung 1507 des Moduls 1502 ist mit dem CAN-Bus 1402 über den Anschluss 1406 verbunden. Die andere CAN-Steuerung 1508 ist durch die Verbindung 1509 und den Anschluss 150, der mit dem Anschluss 1405 verbunden ist, mit dem CAN-Bus 1401 verbunden. Auf diese Weise werden drei separate CAN-Systeme, 1511, 1512 und 1513, erzeugt. Das System 1501 kann das Fahrzeugsystem und das System 1513 das Sendersystem darstellen. Das System 1502 stellt dann eine Verbindung zwischen den beiden anderen Systemen dar. Jedes System kann mit unterschiedlichen Bitraten laufen, d.h. die jeweilige interne Kommunikation kann optimiert werden. Das System 1512 kann verwendet werden, um eine drahtlose Kommunikation durch Ausfiltern der Nachrichten aus den beiden anderen Systemen, die für Steuerungswechselwirkungen sowie deren Verzögerungen benötigt werden, zu simulieren. Durch das Variieren der Nachrichtenfrequenzen und der Verzögerungen im System 1512 sowie der Steuerarchitekturen und Strategien in den Systemen 1511 bzw. 1513 kann jedes System 1511 und 1512 individuell in der Zusammenarbeit optimiert werden und Differenzen in der Systemstabilität können einzeln und kombiniert verifiziert werden.
16 zeigt einen dritten Schritt im Entwicklungsprozess. Nun wird das Zwischensystem 1502 entfernt und ein CAN-Funkgerät 1601 (früher beschrieben als 207) wird über die Verbindung 1601‘ mit dem CAN-Bus 1401 verbunden und der CAN-Bus wird durch den mit dem Anschluss 1405 verbundenen Widerstand 1604 abgeschlossen und bildet das CAN-System 1511'. Ein CAN-Funkgerät 1603 ist mit dem CAN-Bus 1403 über die Verbindung 1603' verbunden, und der CAN-Bus wird durch den mit dem Anschluss 1408 verbundenen Widerstand 1605 abgeschlossen und bildet das CAN-System 1513‘. Die beiden Systeme 1511' und 1513' können nun über die Funkverbindung 1602 kommunizieren. Der PC 1421 kann verschoben und durch die CAN-zu-USB-Schnittstelle 1422 mit dem CAN-Bus 1403 verbunden werden. Es kann eine zweite CAN-zu-USB-Schnittstelle 1606 zwischen dem PC 1421 und dem System 1511‘ hinzugefügt werden, sodass der PC beide Systeme gleichzeitig überwachen kann und damit die endgültige kombinierte System 1511' und 1513" vollständig getestet und überprüft werden kann.

Claims

An einem realen Steuerkontext, Demonstrations- und/oder Lehrkontext beteiligtes Fernsteuerungssystem (195) umfassend selbstfahrende mobile Geräte, wie Modellflugzeuge (190), Modellautos (1102), und/oder Modellboote (1105), etc. und eine tragbare Kontrolleinheit (196) mit Steuermitteln wie Joystick (110), Tasten (106), usw., wobei die Geräte mit funktionsausübenden Mitteln (161) und Übertragungsmitteln (207, 270) zur Erzeugung von Informationssignalen (301) und die Übertragung derselben ausgestattet sind dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (261, 268) und ihre Funktionsausübungen (314) für die Steuerung (324) der Funktionen des betreffenden Mobilgeräts jeweils so platziert sind, dass die Funktionen jeweils in der mobilen Einheit erfolgen, um die Steuerung von verschiedenen und möglicherweise sogar mehreren mobilen Geräten mit einem einzigen tragbaren Steuergerät zu ermöglichen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System (195) eine verteilte und integrierte Netzwerkstruktur (1751) bildet, vorzugsweise vom Typ CAN ISO 11898 mit einer Busstruktur (800) oder Sternstruktur (803), dass mit einer Sendeeinheit mit einem analoge Steuersignale (1705, 1711) erzeugenden Mittel (1706, 1712) ausgestattet oder damit verbindbar ist, und mit einem Umwandlungsgerät (1707, 1713), das das entsprechenden Signal in digitales Format (1708) umwandelt und die Steuersignale (505, 506) in eine oder mehrere Übertragungsnachrichten (501) mit einer Kennung (507) für die jeweilige Nachricht bündelt und jede zu übertragende Nachricht durch eine Sendeeinheit an den Bus (1752) in der Empfangseinheit (1750, 304) sendet, und dass die jeweilige Empfangseinheit Empfangsmittel (1753, 1754) aufweist, um jede Nachricht zu empfangen und unter Verwendung der Kennung und der internen Regeln (1755, 1760) eine Nachricht auszuwählen, die für das Empfangsmittel relevante Signal(e) enthält und einen Teil (505) oder Teile (505, 506) aus der empfangenen Nachricht auswählt, und eine Verarbeitung von ausgewählten Teilen ausführt, um zusätzliche Nachrichten (601, 602) und/oder passende Steuersignale (314) zur angeschlossenen Steuereinrichtung (324) zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System über sein Controller Area Network (CAN) mit einem mit dem besagten Controller Area Network verbindbaren ersten Sender (196) und/oder einem mit dem besagten Controller Area Network verbindbaren Computer (PC, Smartphone) verbindbar ist.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Sender (1702), der mit dem System in Verbindung steht, ein Controller Area Network System (1704) umfasst
System gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modellsystem (1751) und ein zu diesem zugehöriges Übertragungssystem (1704) vorübergehend miteinander und/oder mit einem Computer (1756) verbunden und durch Nachrichten von diesem konfiguriert werden kann.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfereinrichtung einen CAN-Bus (1770) umfasst.
System gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computer (1756) verbindbar mit der Transfereinrichtung angeordnet ist, um sowohl das Übertragungssystem (1704) als auch das Empfangssystem (1751) zu modifizieren und/oder zu überwachen.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfereinrichtung ein CAN-Schnittstellensystem (1790) umfasst.
System gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungssystem (1704), das CAN-Schnittstellensystem (1790) und das damit verbundene Empfangssystem (1751) mit unterschiedlichen Bitraten arbeiten.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computer (1756) verbindbar mit dem CAN-Schnittstellensystem angeordnet ist, um das Übertragungssystem (1704), das CAN-Schnittstellensystem und das damit verbundene Empfangssystem (1751) zu modifizieren und zu überwachen.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung ein Funkgerätepaar (207, 270) umfasst.
System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Funkgerätepaar einige empfangene Nachrichten aus seinem angeschlossenen Netzwerk für die Funkübertragung an die andere Einheit des Paares herausfiltert.
System gemäß einem der Ansprüche 2–12, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe Sender (1702) kompatibel mit einer Vielzahl von Modellfahrzeugen (1703) der gleichen Struktur und Signalzusammensetzung ist.
System gemäß einem der Ansprüche 2–13, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Modul der im System integrierten Module eine Softwarestruktur mit verschiedenen Betriebsarten aufweist, wobei das Umschalten zwischen den Betriebsarten gleichzeitig mit einem Befehl ausführbar ist.
System gemäß einem der Ansprüche 2–14, dadurch gekennzeichnet, dass diese Module (1753) so konzipiert sind, Aktuatoren (1761) und Motorsteuerungen von alten Systemen (Vorgängergeneration) zu steuern, und um neue Funktionen wie beispielsweise Strommessung, Spannungsmessung und eine auf Informationen von anderen Geräten in dem System basierende Berechnung des Ausgangssignals hinzuzufügen.
System gemäß einem der Ansprüche 7–15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computer (1756) verbindbar mit dem Übertragungssystem (1704) und dem Empfangssystem (1751) angeordnet ist, um das betreffende System zu modifizieren und zu überwachen.
System gemäß Anspruch 2, 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungssystem (1704) und das Empfangssystem (1751) mit unterschiedlichen Bitraten arbeiten.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2–17, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mit dem Steuerbereichsnetzwerk verbundenen Module, so angeordnet sind, dass sie von einem Computer (1756) reprogrammierbar sind.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender und/oder der Empfänger mit dem World Wide Web verbunden ist.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation bidirektional ist, so dass Informationen aus dem Modell über den Sender leicht auf den Piloten oder einen Benutzer übertragen werden können, wodurch die Notwendigkeit für eine Telemetrieausrüstung entfällt.
System gemäß einem der obigen Ansprüche 2–20, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein verteiltes Stromsystem (9, 10) aufweist.
Verfahren zur Fernsteuerung selbstfahrender mobiler Geräte (1703) in Form von Modellflugzeugen (1750), Modellautos (1102), und/oder Modellbooten (1105) mittels einer Fernsteuerung (195), umfassend einen Benutzer (197), eine tragbare Sendereinheit (196) und durch den Benutzer über die Sendeeinheit aktivierbare Empfangseinheiten, die sich in der mobilen Einheit befinden, dadurch gekennzeichnet, dass eine verteilte und integrierte Netzwerkstruktur (251) eines Steuerbereichsnetzwerktyps (CAN, ISO 11898) für die Steuerung eingerichtet oder ausgewählt wird, die für die Verbindung der modularen Einheiten (1753‘) entwickelt wurde und mit Knoten (1753) und einem Kommunikationsprotokoll (501) ausgestaltet ist, durch das die Knoten so angeordnet sind, um zu kommunizieren, und dass alle der von dem jeweiligen Knoten übertragenen Nachrichten von allen mit der Netzwerk-Struktur verbundenen oder umfassenden modularen Einheiten (1754, 1792, etc.) empfangen werden, und dass die Auswahl der Nachricht(en) oder Teile davon durch die oder an der jeweiligen Empfangseinheit durch der Empfangseinheit zugewiesene und aus Nachricht(en) oder Teilen davon bestehende Korrelationsdaten (1755, 1760) ausführt wird, z.B. Formulare gemäß CanKingdom.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Moduleinheiten (1753) in Aktuator- und Sensormittel (1761) in das System integriert sind.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen der Sendeeinheit (1704) und einer oder mehrerer Empfangseinheiten bidirektional durchgeführt wird, beispielsweise durch Herstellen einer Funkverbindung.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Moduleinheiten (1300) flexibel entworfen sind, um oberflächliche Aufgaben in früheren Phasen der Systementwicklung zu ermöglichen, und dass eine oder mehrere Moduleinheiten mit einer Struktur, die eine Vielzahl von ausgewählten Eingängen (1313), Ausgängen (1307), Timern (1334), Protokollen (1332), etc. umfasst, ausgestattet oder ausgewählt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkstruktur mit einer Controller-Area-Netzwerk-Busleitung (1400) mit einem Signalpaar (215) und einem Strompaar (216) ausgelegt ist, wobei der Bus mit drei Teilen (1401, 1402 1403) ausgestattet ist, wobei das erste Teil (1401) mit einem ersten Verbindungsmittel (1405) an einem Ende versehen ist, das zweite Teil (1402) mit dem zweiten Verbindungsmittel (1406) versehen ist, das mit dem ersten Verbindungsmittel an seinem einen Ende und dem dritten Verbindungsmittel (1407) an seinem anderen Ende koordiniert ist, und das dritte Teil (1403) mit einem Controller-Area-Bus versehen ist, der zum Teil durch eine erste Batterie (1410) über eine dedizierte Verbindung (1410') und über eine zweite Batterie (1411) über das Strompaar (1401) des Busses mit Strom versorgt wird, und dass ein Computer (PC) (1421) mit den Knoten in dem System verbunden ist, wobei der Computer zum Herunterladen von Software auf das jeweilige Modul eingerichtet ist, dies alles um zum Testen und zum Verändern eines Systems während seiner Entwicklung beizutragen.
Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit zwei zusätzlichen modularen Einheiten (1501 und 1502) ausgestattet ist, wobei die beiden Moduleinheiten so angeordnet sind, um als Schnittstellen zu fungieren, um drei separate Steuerbereichsnetzwerksysteme (1511, 1513, 1513) zu erschaffen, wobei ein System (1511) erstellt wird, um das System des entsprechenden Mobilgeräts darzustellen, das System (1512) erstellt wird, um das Übertragungssystem darzustellen und das zusätzliche System (1513) erstellt wird, um das Übertragungssystem darzustellen, und auch, dass das System (1502) die Kommunikation zwischen den beiden genannten Systemen darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Systeme (1512) erstellt wird, um eine drahtlose Kommunikation durch Ausfiltern der Nachrichten (501, 601) aus den beiden anderen für die Steuerungsaktivitäten und Verzögerungen notwendigen Systemen zu simulieren.
Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entfernen des Zwischensystems (1502) ein steuerbereichsnetzwerkartiger Funksender (207, 1601) mit dem Steuerbereichsnetzwerk-Bus (1401) über einen Anschluss (1601‘) verbunden ist, wobei der Bus durch ein einen Widerstand (1405) bildendes System (1511‘) zu einem steuerbereichsnetzwerkartigen Funkempfänger (1603) abgeschlossen ist, der mit einem Steuerbereichsnetzwerk-Bus (1403) verbunden ist über einen Anschluss (1603‘) verbunden ist und dass der Bus durch einen Widerstand (1408) abgeschlossen ist und das Steuerbereichsnetzwerksystem (1513') bildet, und es ermöglicht, dass das System (1511' und 1513') dazu gebracht werden kann, über die Funkverbindung (1602), die es ermöglicht, einen Computer (PC) (1421) mit dem Bus (1403) mittels eines Controller-Area-Netzwerks mit der USB-Schnittstelle (1422) zu verbinden, zu kommunizieren, dies alles dies alles um gründliches Testen und Verifizieren des endgültigen Systemdesigns zu ermöglichen.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sendeeinheit (200) enthaltene Eingangssignalerzeugungsmittel, zum Beispiel Joystick (202, 203) Schalter (235, 236) und/oder Potentiometer (237, 238), angeordnet sind, um analoge Signale (1705, 1711) als Reaktion auf die Betätigung der Signalerzeugungseinrichtung zu erzeugen, wobei die Signale von einem oder mehreren mit der Signalerzeugungseinrichtung verbundenen Moduleinheiten gelesen und in digitale Signale umgewandelt werden, dass die Steuerbereichsnetzwerknachrichten (501, 504) mit individuellen Kennungen durch die modularen Einheiten erzeugt werden, wobei eine oder mehrere Signale der Signalerzeugungseinrichtung eingebaut werden, dass die besagten Nachrichten durch die betroffene Moduleinheit und die jeweiligen modularen Einheiten an einen Steuernetzwerkbus (205) in der Sendereinheit übertragen werden, dass der Steuernetzwerkbus (205) der Sendeeinheit mit einem Controller-Area-Netzwerkbus (252) im Mobilgerät (250) gemäß einer der folgenden Möglichkeiten verbunden werden kann: a) durch einen Controller Area Network-Bus (247), wobei die besagten Controller Area Network Busse (205) und (252) direkt miteinander verbunden sind, wobei ein gemeinsamer Controller Area Network Bus (290) erhalten wird, dies alles, um ein von der Sendeeinheit (251) und dem Mobileinheitssystem gebildetes gemeinsames System zu erhalten, b) durch ein Zwischensystem (1512) zur Aufnahme und Weiterleitung der betreffenden Control Area Network-Nachrichten oder ausgewählter Teile davon an das Fahrzeugsystem (1511), c) durch eine über Funkgeräte (1603) im System der Sendeeinheit (1513) und (1601) in dem System der Mobileinheit (1511) eingerichtete Funkverbindung, dass die Control Area Network-Nachrichten (401) von der Sendeeinheit (1603) über ihren Bus empfangen werden, wobei die Hauptinformationen (400) von der Sendereinheit ausgewählt und in einem Funkprotokoll verpackt wird, wobei eine neue Nachricht (401‘) mit signifikanten Inhalt (403) von der Empfängereinheit erzeugt (1601) und an den entsprechenden Bus (1401) übertragen wird, wohingegen die besagte Funktion in der umgekehrten Richtung durchgeführt werden kann, oder d) dadurch, dass der CAN-Bus in jedem System mit einem CAN-WLAN-Gerät (1206, 1207), beispielsweise einem Blackbird Gerät von Kvaser, verbunden ist, was dazu führt, dass eine direkte Ad-hoc-Verbindung zum PC (12a) oder indirekt über einen Hotspot und das World Wide Web (12b) eingerichtet wird.
Verwendung zur Ermöglichung der Steuerung von selbstfahrenden mobilen Geräten in Form von Modellflugzeugen (190), Modellautos (1102), und/oder Modellbooten (105) usw. durch ein Fernsteuerungssystem (195) mittels einer tragbaren Sendereinheit (196) und in den mobilen Einheiten bestehenden Empfangseinheiten (261) in einem realen Steuerkontext, Demonstrations- und/oder Lehrkontext, dadurch gekennzeichnet, dass als Fernsteuersystem eine auf einem Controller-Area-Netzwerktyp (CAN, ISO 11898) basierende verteilte und integrierte Netzwerkstruktur (1751) verwendet wird, und dass nur sich in jedem mobilen Gerät befindliche Signalverarbeitungseinrichtungen (1753) und ihre Funktionseinsätze zur Steuerung (1754) der Funktionen des jeweiligen beweglichen Geräts verwendet werden, um Steuerung von mehreren und möglicherweise sogar unterschiedlichen mobile Einheiten durch die tragbare Sendereinheit zu ermöglichen.