DE19944967C2 - Übertragungssystem für Daten- und Steuersignale in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für Daten- oder Steuersignale in einem Kraftfahrzeug nach Patentan­ spruch 1.

Zur Steuerung von Kraftfahrzeugfunktionen und zur Übertra­ gung von Daten zwischen Steuer- und Überwachungseinrichtun­ gen einerseits und Funktionselementen eines Kraftfahrzeugs andererseits sowie zur Übertragung von Benutzerinformatio­ nen werden neben mehrere Signalkabel zusammenfassenden Kabelbäumen zunehmend Bussysteme eingesetzt, die Daten- und Steuersignale digital von Signalquellen zu Signalempfängern übertragen und den Anschluß vieler Signalquellen und Signal­ empfänger an einen Bus ermöglichen. So werden beispielswei­ se verschiedene Kraftfahrzeugaggregate und -einrichtungen wie Kraftfahrzeugmotor, Scheinwerfer, Scheibenwischer, Sitzverstellungen, Fensterheber und dgl. über einen CAN- (Controller Area Network)-Bus mit einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung sowie den verschiedenen Bedienelementen verbunden und auf diesem CAN-Bus Daten- und Steuersigna­ le zwischen den verschiedenen an den CAN-Bus angeschlosse­ nen Elementen ausgetauscht bzw. übertragen.

Ein solches Übertragungssystem ist als Entertainmentsystem für ein Kraftfahrzeug aus der DE 197 25 898 A1 bekannt und ermöglicht in hohem Maße eine individuelle Auswahl der zu den einzelnen Fahrzeuginsassen übertragenen Signale des En­ tertainmentsystems. So weist ein in dem Entertainmentsystem verwendetes Radio einen als Steuereinheit dienenden Mikro­ prozessor auf, der über Schnittstellen mit einem CAN-Bus verbunden ist. Der Antenneneingang des Radios ist mit einem Eingangskreis zur Abstimmung auf die Trägerfrequenz des zu empfangenden Senders verbunden. Daran schließen sich ein Demodulator zur Rückgewinnung der tonfrequenten Schwingun­ gen aus dem Hochfrequenzband und ein Verstärker an, der zum einen über ein Kabel mit den Lautsprechern und zum anderen über einen Analog/Digital-Wandler mit einem Multiplexer verbunden ist. In dem Multiplexer werden die demodulierten Signale zum einen digitalisiert und zum anderen die Signale der verschiedenen Sender gemultiplext und das gemultiplexte digitale Signal über einen Lichtwellenleiter an einen Infra­ rotsender zur Abstrahlung übertragen. Der Mikroprozessor steuert zum einen die Abstimmung des Eingangskreises und zum anderen, ob und welche Signale über den Analog/Digi­ tal-Wandler und Multiplexer an den Infrarotsender übertra­ gen werden.

Aus der DE 41 06 726 A1 ist ein Kommunikationsnetzwerk in Kraftfahrzeugen bekannt, das Datenverbindungen zwischen einer Vielzahl von Steuergeräten und Endstellen herstellt und insbesondere für einen Einsatz im störintensiven Be­ reich eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Zu diesem Zweck ist das bekannte Kommunikationsnetzwerk hybrid aufgebaut und besteht aus einem übergeordneten elektrischen Leiter­ netz, das als CAN-Bussystem aufgebaut ist und die Steuerge­ räte untereinander verbindet, sowie aus einem untergeordne­ ten Lichtwellenleiternetz, das mehrere Endstellen mit einem der Steuergeräte verbindet. Für den Übergang zwischen dem übergeordneten elektrischen Netz bzw. CAN-Bussystem und der optischen Signalübertragung in dem Lichtwellenleiternetz sind elektrooptische Wandler vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Übertragungs­ system für Daten- und Steuersignale in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, das die Übertragung von Daten- und Steuersigna­ len, die unterschiedlichen Kraftfahrzeugfunktionen zugeord­ net sind, mit geringem Aufwand unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung erweitert durch den Einsatz eines zentralen Lichtwellenleiters die optimierte Übertra­ gung von Daten- und Steuersignalen unter Berücksichtigung möglichst vieler Kraftfahrzeugfunktionen, berücksichtigt Si­ cherheitsaspekte vorrangig, ist einfach und kostengünstig herstellbar ist und ermöglicht eine einfache Einstellung, Wartung und Diagnose der verschiedenen Kraftfahrzeugfunktio­ nen.

Die Verwendung unterschiedlicher Multiplexer und Demultiple­ xer bzw. Filter ermöglicht es, zwischen vorrangigen und nachrangigen Signalquellen und Signalempfängern zu unter­ scheiden. Wegen der zeitlichen Unabhängigkeit bei der Verwendung eines Frequenzmultiplexverfahrens bzw. Frequenz­ demultiplexverfahrens oder bei Anwendung eines Filters werden vorrangige Signalquellen und Signalempfänger bzw. bzw. ein vorrangige Signalquellen und Signalempfänger zusam­ menfassendes Bussystem mit einem Frequenzmultiplexer (WDM - Wave Division Multiplexing) bzw. Frequenzdemultiplexer oder Filter verbunden.

Insbesondere sicherheitsrelevante Signalquellen und Signal­ empfänger werden als vorrangige Signalquellen und Signalemp­ fänger behandelt und unmittelbar oder über einen Sicher­ heitsbus an den Lichtwellenleiter übertragen.

Dagegen werden nachrangige Signalquellen und nachrangige Signalempfänger bzw. ein nachrangige Signalquellen und Si­ gnalempfänger zusammenfassendes Bussystem mit einem Zeitmul­ tiplexer bzw. Zeitdemultiplexer verbunden.

Weiterhin können die Bussysteme über optoelektronische Wandler mit der Multiplexeinrichtung bzw. der Signaltrenn­ einrichtung bzw. die Multiplexeinrichtung oder die Signaltrenneinrichtung über einen optoelektronischen Wand­ ler mit dem Lichtwellenleiter verbunden werden.

Die Multiplexeinrichtung und/oder die Signaltrenneinrich­ tung sowie einzelne Signalgeber und/oder Signalempfänger können als Teil eines Funktionsgerätes (z. B. eines Türsteu­ ergerätes) ausgebildet sein, das mit dem Lichtwellenleiter verbunden ist.

Weiterhin können einzelne Signalquellen und/oder Signalemp­ fänger aus Microcontrollern bestehen.

Der Lichtwellenleiter kann wahlweise aus einem optischen Bus, beispielsweise in Form eines Glasfaserkabels, oder aus einem Plastikfaserkabel (Plastic Fiber Cable) bestehen. Dagegen können die Bussysteme unter Verwendung von Glasfa­ serkabeln oder Kupferkabeln aufgebaut werden.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Übertra­ gungssystems für Daten-Steuersignale in einem Kraftfahrzeug mit einem Lichtwellenleiter als zentrale Über­ tragungseinheit;

Fig. 2 und 3 ein Blockschaltbild eines Übertra­ gungssystems mit optisch und elek­ trisch digitalitisierten signalüber­ tragenden Bussystemen und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Übertra­ gungssystems mit Anwendung eines Zeitmultiplex- und Zeitdemultiplexver­ fahrens sowie einem Frequenzmulti­ plex- und Frequenzdemultiplexverfah­ ren.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Über­ tragungssystems für Daten- und Steuersignale in einem Kraftfahrzeug. Die Darstellung ist so gewählt worden, daß die verschiedenen Konfigurationen implementiert sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist eine senderseitige Ein­ speisung in einen Lichtwellenleiter 4 und eine empfängersei­ tige Entnahme aus dem Lichtwellenleiter 4 dargestellt, der im allgemeinsten Fall eine Ringleitung zur Zusammenfassung sämtlicher Daten- und Steuersignale im Kraftfahrzeug bil­ det.

Gemäß Fig. 1 sind mehrere Signalquellen 11 bis 16 gruppen­ weise mit je einem Bussystem 21, 22, 23 verbunden. So kann beispielsweise eine Airbagzündung 11 und eine Notbetrieb­ sinitialisierung 12 mit einem Sicherheitsbus 21 gekoppelt werden, während Elemente eines Entertainmentsystems wie ein Radio oder Videogerät 13 sowie ein Satelliten-Navigationssy­ stem 14 mit einem MOST-Bus 22 verbunden sind. Ein Kraftfahr­ zeugfunktionen zusammenfassender CAN-Bus kann beispielswei­ se mit einem Türsteuergerät 15, einem Fensterhebersystem 16, einem Türschließsystem, einer Sitzverstelleinrichtung oder dgl. verbunden werden.

Abweichend von der Zusammenfassung von Signalquellen auf Bussystemen können auch einzelne Signalquellen 11 bis 16 direkt oder über einen optoelektronischen Wandler Daten- und Steuersignale an den Lichtwellenleiter 4 abgeben. Auch können die einzelenen Signalquellen 11 bis 16 aus Microcon­ trollern bestehen.

Die Bussysteme 21, 22, 23 sind mit den Eingängen einer Mul­ tiplexeinrichtung 3 verbunden, die wahlweise aus einer Zeitmultiplexeinrichtung oder einer Frequenzmultiplexein­ richtung bzw. einer gemischten Zeit- und Frequenzmulti­ plexeinrichtung besteht. Zusätzlich oder alternativ zum Anschluß von Bussystemen an die Eingänge der Multiplexein­ richtung 3 können auch einzelne Signalquellen an Eingänge der Multiplexeinrichtung 3 gelegt werden. Auch ist die vorstehende Aufteilung der einzelnen Signalquellen 11 bis 16 auf den Sicherheitsbus 21, den MOST-Bus 22 und den CAN-Bus 23 willkürlich, beispielsweise können Entertain­ ment-Signalquellen auch an den CAN-Bus gelegt werden, während bestimmte vorrangige Kraftfahrzeugfunktionen auch mit dem Sicherheitsbus verbunden werden können.

Der Ausgang der Multiplexeinrichtung 3 ist mit dem Eingang des Lichtwellenleiters 4 über die üblichen optischen Ankopp­ lungsmittel verbunden. Der Lichtwellenleiter 4 dient vor­ zugsweise als optischer Bus und kann beispielsweise aus einem Glasfaserkabel oder auch aus einem Plastic Fiber Cable bestehen. Die Übertragung der Daten- und Steuersigna­ le über den Lichtwellenleiter 4 erfolgt unabhängig von ir­ gendeinem Übertragungsprotokoll ausschließlich im Zeit- oder Frequenzmultiplexverfahren.

An das andere Ende des Lichtwellenleiters 4 ist - ebenfalls über entsprechende optische Ankopplungsmittel - der Eingang einer Signaltrenneinrichtung 5 angeschlossen, die aus einem Filter, einem Zeitdemultiplexer oder Frequenzdemultiplexer besteht. Die der Signaltrenneinrichtung 5 im Zeitmultiplex­ verfahren oder Frequenzmultiplexverfahren über den Lichtwel­ lenleiter 4 zugeführten Daten- und Steuersignale werden von der Signaltrenneinrichtung 5 dem empfängerseitigen Sicher­ heitsbus 61, empfängerseitigen MOST-Bus 62 oder empfänger­ seitigen CAN-Bus 63 zugeteilt und über diese empfängerseiti­ gen Bussysteme 61 bis 63 an die entsprechenden Signalempfän­ ger 71 bis 76 abgegeben.

Auch auf der Empfängerseite können abweichend von der Zusammenfassung von Signalquellen auf Bussystemen auch ein­ zelne Signalempfänger 71 bis 76 direkt oder über einen opto­ elektronischen Wandler Daten- und Steuersignale aus dem Lichtwellenleiter 4 herausfiltern. Auch können die einzele­ nen Signalempfänger 71 bis 76 aus Microcontrollern beste­ hen.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung ohne Zuordnung elektrischer oder optisch digitalisierter Daten- und Steuersignale zu den einzelnen Signalquellen 11 bis 16 oder Signalempfänger 71 bis 76. Ohne den Einsatz zusätzlicher optoelektronischer Wandler werden bei der Grundkonfiguration gemäß Fig. 1 optisch digitalisierte Signale von den einzelnen Signalquellen 11 bis 16 zu den Signalempfängern 71 bis 76 übertragen.

Werden von einzelnen Signalquellen elektrische analoge oder digitale Signale abgegeben, so ist ein entsprechender opto­ elektronischer Wandler zwischen der betreffenden Signalquel­ le und der Multiplexeinrichtung 3 bzw. zwischen der Signal­ quelle und dem zugeordneten Bussystem vorzusehen.

Werden der Multiplexeinrichtung 3 ausschließlich elektri­ sche digitale oder analoge Signale zugeführt, so beinhaltet die Multiplexeinrichtung 3 entsprechend Analog/Digital-Wand­ ler sowie ein- oder ausgangsseitig einen oder mehrere opto­ elektronische Wandler. In gleicher Weise sind auf der Emp­ fängerseite optoelektronische Wandler bzw. Digital/Analog- Wandler vorzusehen.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß einzelne oder auf Bussystemen zusammengefaßte Signalquellen, ggf. op­ toelektronische Wandler sowie Multiplexeinrichtungen und einzelne oder auf Bussystemen zusammengefaßte Signalemp­ fänger, optoelektronische Wandler und ggf. Signaltrennein­ richtungen integraler Bestandteil beispielsweise eines Steu­ ergerätes sind, das mehrere Funktionen zusammenfaßt. So kann beispielsweise ein Türsteuergerät einen Filter 51, einen MOST-Bus, an den mehrere Elemente eines Entertain­ mentsystems angeschlossen sind und direkt Funtionsteile ent­ halten, die an einen CAN-Bus angeschlossen sind, wie bei­ spielsweise einen Fensterheberantrieb mit Einklemmschutzre­ gelung, ein Türschloß als Teil einer Zentralverriegelung usw., d. h. die in Fig. 1 einzeln dargestellten Multiplex­ einrichtungen 3 und Signaltrenneinrichtungen 5 können in Verbindung mit Bussytemen und/oder Signalquellen und Signalempfängern zu Steuergeräten oder dergleichen, gegebenen­ falls in Verbindung mit Microcontrollern als Signalquellen oder Signalempfänger zusammengefaßt werden.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Über­ tragungssystems, bei dem die senderseitigen Bussysteme 21 bis 23 der Multiplexeinrichtung 3 elektrische digitalisier­ te Signale zuführt, die in der Multiplexeinrichtung 3 gemultiplext und über einen optoelektronischen Wandler 81 dem Lichtwellenleiter 4 zugeführt werden. Selbstverständ­ lich können die Multiplexeinrichtung 3 und der optoelektro­ nische Wandler 81 in einer elektronischen Einheit zusammen­ gefaßt werden.

Auf der Empfängerseite des Lichtwellenleiters 4 werden die gemultiplexten Signale mittels eines Filters 51 getrennt und den einzelnen Bussystemen (Sicherheitsbus 61; MOST-Bus 62 und CAN-Bus 63) zugeordnet. Da die weitere Signalverar­ beitung auf dem Sicherheitsbus mit digitalisierten elektri­ schen Signalen erfolgt, ist im Sicherheitsbus 61 ein opto­ elektronischer Wandler 82 angeordnet, der die optisch digi­ talisierten Signale in entsprechende elektrisch digitali­ sierte Signale umwandelt. In gleicher Weise werden die bestimmten Kraftfahrzeugfunktionen zugeordneten Daten- und Steuersignale auf dem CAN-Bus 63 über einen optoelektroni­ schen Wandler 83 in elektrisch digitalisierte Signale umgeformt und den an den CAN-Bus angeschlossenen Empfängern zugeführt.

Dagegen werden in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs­ beispiel die dem MOST-Bus 62 zugeordneten Daten- und Steuer­ signale als optisch digitalisierte Signale weiterverarbei­ tet, beispielsweise in einem optisch digitalisierten Signa­ le verarbeitenden Entertainmentsystem.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Über­ tragungssystems, das im wesentlichen mit dem in Fig. 2 dar­ gestellten Übertragungssystem übereinstimmt. In diesem Über­ tragungssystem ist jedoch in die Verbindung des CAN-Busses 23 mit dem Eingang der Multiplexeinrichtung 3 ein optoelek­ tronischer Wandler 84 eingefügt, der die auf dem CAN-Bus 23 übertragenen elektrischen digitalisierten Signale in op­ tisch digitalisierte Signale umformt.

Empfängerseitig werden auf allen drei Bussystemen 61 bis 63 die empfangenen und den einzelnen Bussystemen 61 bis 63 zugeordneten optisch digitalisierten Signale zu den einzel­ nen Signalempfängern, die an die Bussysteme 61 bis 63 angeschlossen sind, als optisch digitalisierte Signale weitergeleitet.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Über­ tragungssystems mit einer Mischung aus Zeit- und Frequenz­ multiplex- und -demultiplexverfahren.

Die auf dem Sicherheitsbus 21 der Multiplexeinrichtung 32 zugeführten sicherheitsrelevanten Daten- und Steuersignale werden im Frequenzmultiplexverfahren mit den zusammengefaß­ ten Daten- und Steuersignalen aus dem MOST-Bus 22 und dem CAN-Bus 23 gemultiplext, die in einem Zeitmultiplexer 31 miteinander verschachtelt und über eine Leitung 24 einem Eingang des Frequenzmultiplexers 32 zugeführt werden. Die über den Lichtwellenleiter 4 übertragenen gemultiplexten Signale werden dem Frequenzdemultiplexer 51 in die sicher­ heitsrelevanten Daten- und Steuersignale, die dem Sicher­ heitsbus 61 zugeführt werden, und in die gemischten MOST- und CAN-Signale, die über eine Leitung 64 einem Zeitdemulti­ plexer 52 zugeführt werden, der die vor seinem Eingang anstehenden gemultiplexten Signale auf den MOST-Bus 62 und den CAN-Bus 63 verteilt, den entsprechenden Signalempfänger zuführt.

Claims (12)

1. Übertragungssystem für Daten- und Steuersignale in einem Kraftfahrzeug mit einem Lichtwellenleiter (4), an den über eine Multiplexeinrichtung (3) und eine Signaltrenneinrichtung (5) mehrere Bussysteme (21, 22, 23; 61, 62, 63) angeschlossen sind, die gruppenweise Signalquellen (11 bis 16) und den Signalquellen (11 bis 16) zugeordnete Signalempfänger (71 bis 76) für

• a) sicherheitsrelevante Daten- und Steuersignale auf einem Sicherheitsbus (21, 61);
• b) sonstige Kraftfahrzeugfunktionen steuernde Signale oder Daten auf einem CAN-Bus (23, 63) und
• c) ein Entertainmentsystem, ein Satelliten-Navi­ gationssystem und dergleichen auf einem MOST-Bus (22, 62)

zusammenfassen,
wobei zumindest ein Bussystem (21, 61) vorrangige Signalquellen (11, 12) und Signalempfänger (71, 72) und die anderen Bussysteme (22, 23; 62, 63) nachrangige Signalquellen (13 bis 16) und Signalempfän­ ger (73 bis 76) zusammenfassen.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die vorrangigen Signalquellen (11, 12) und Signalempfänger (71, 72) zusammenfassende Bus­ system (21, 61) mit einem Frequenzmultiplexer bzw. Frequenzdemultiplexer oder Filter verbunden ist.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die nachrangigen Signalquellen (13 bis 16) und Signalempfänger (73 bis 76) zusammen­ fassenden Bussysteme (22, 23; 62, 63) mit einem Zeit­ multiplexer bzw. Zeitdemultiplexer verbunden sind.

4. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sicherheitsrelevante Signalquellen (11, 12) und Signal­ empfänger (71, 72) als vorrangige Signalquellen und Signalempfänger behandelt und unmittelbar oder über einen Sicherheitsbus (21, 61) an den Lichtwellenleiter (4) übertragen werden.

5. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaltrenneinrichtung (5) aus einem Filter (51) oder einer Demultiplexeinrichtung (52) besteht.

6. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bussysteme (21, 22, 23; 61, 62, 63) über optoelektronische Wandler (82, 83, 84) mit der Multiplexeinrichtung (3) bzw. der Signaltrenneinrichtung (5) verbunden sind.

7. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexeinrichtung (3) oder die Signaltrennein­ richtung (5) über einen optoelektronischen Wandler (81) mit dem Lichtwellenleiter (4) verbunden ist (sind).

8. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mul­ tiplexeinrichtung (3) und/oder die Signaltrenneinrich­ tung (5) sowie einzelne Signalgeber und/oder Signalempfän­ ger Teil eines Funktionsgerätes sind.

9. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Signalquellen (11 bis 16) und/oder Signalempfänger (71 bis 76) aus Microcontrollern bestehen.

10. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß analoge Daten- oder Steuersignale abgebende Signalquellen und analoge Daten- oder Steuersignale empfangende Signalempfänger über Analog/Digital-Wandler bzw. Digital/A­ nalog-Wandler an ein Bussystem oder die Multiplexein­ richtung (3) bzw. Signaltrenneinrichtung (5) ange­ schlossen sind.

11. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (4) aus einem optischen Bus, Glasfaserka­ bel oder Plastikfaser-Kabel besteht.

12. Übertragungssystem nach mindestens einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Si­ cherheitsbus (21, 61), der CAN-Bus (23, 63) und/oder der MOST-Bus (22, 62) aus einem Glasfaserkabel oder einem Kupferkabel bestehen.