DE4106726A1 - Data communication network for motor vehicle - comprises hybrid network with electrical lines between control devices and optical fibres between latter and peripherals - Google Patents
Data communication network for motor vehicle - comprises hybrid network with electrical lines between control devices and optical fibres between latter and peripheralsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsnetzwerk in Kraftfahrzeugen.The invention relates to a communication network in Motor vehicles.
In Kraftfahrzeugen werden zunehmend elektronische Sensoren und Aktoren eingesetzt. Diese bilden Endstellen in einem fahrzeuginternen Kommunikationsnetzwerk, in welchem Steuer- und Meßgrößen zwischen den Endstellen und Steuer geräten übertragen werden.Electronic sensors are increasingly being used in motor vehicles and actuators used. These form end points in one in-vehicle communication network, in which Control and measurement variables between the end points and tax devices.
Zur Verbindung der einzelnen Netzwerkanschlüsse ist der Einsatz verschiedener Bussy steme bekannt, wie beispielsweise das CAN-System oder das ABUS-System (ELRAD 1991, Heft 1, Seite 42-46). Beide Bussysteme ermöglichen den direkten Datenverkehr zwischen beliebigen Teilnehmern. To connect the individual Network connections are the use of different Bussy known systems, such as the CAN system or the ABUS system (ELRAD 1991, Issue 1, pages 42-46). Both Bus systems enable direct data traffic between any participants.
Da im Kraftfahrzeug vielfach mit Störungen durch elektro magnetische Einstreuung zu rechnen ist, sind in den End stellen und Steuergeräten Datenverarbeitungs-Prozessoren eingesetzt, welche Störungen im übertragenen Datenstrom erkennen und deren falsche Auswertung verhindern. Beim CAN-System wird beispielsweise an vorgegebener Stelle der rahmenweise übertragenen Daten ein Prüfsummen-Abschnitt übertragen. Das ABUS-System verwendet eine 8fach über höhte Abtastrate zur Erkennung von Bitstörungen. Als eine weitere Möglichkeit der Fehlerüberwachung ist das Bus-Mo nitoring im Duplex-Betrieb vorgesehen, bei welchem ein sendender Busteilnehmer gleichzeitig mittels seines Emp fangsteils die Signale auf dem Datenbus überwacht. Eine Äquivalenzprüfung erbringt Aussagen über eventuelle Störeinstreuungen in das Kommunikationsnetz.Since in the motor vehicle often with interference from electro Magnetic interference is expected in the end bodies and control units data processing processors used which disturbances in the transmitted data stream recognize and prevent their incorrect evaluation. At the For example, the CAN system is installed at a predetermined position a checksum section of data transmitted frame by frame transfer. The ABUS system uses an 8x over high sampling rate for the detection of bit interference. As one Another possibility for error monitoring is the bus mo nitoring provided in duplex operation, in which a sending bus participant simultaneously by means of his emp initially monitors the signals on the data bus. A Equivalence check provides statements about possible Interference in the communication network.
Die einzelnen Teilnehmer sind über ihre initiierte Sende kennung in unterschiedliche Prioritäten eingeteilt, um Kollisionen beim Sendebetrieb mehrerer Teilnehmer zu ver meiden. Zu diesem Zweck sind alle Teilnehmer über open collector-Ausgänge UND-verknüpft. Hierdurch erkennt ein Sender niedriger Priorität einen Teilnehmer höherer Prio rität und blendet sich automatisch aus.The individual participants are informed about their initiated broadcast identifier divided into different priorities in order to Verify collisions when transmitting multiple participants avoid. For this purpose, all participants are open collector outputs AND-linked. Hereby recognizes a Lower priority sender a higher priority subscriber rity and fades out automatically.
Infolge der Maßnahmen zur Prioritätskennung und zur Feh lererkennung sind alle Teilnehmerstellen aufwendig aufge baut, und die Nutzdatenrate beträgt nur 50% (ABUS) bzw. 30% (CAN) der Übertragungsrate.As a result of the measures for priority identification and mistake ler recognition, all subscriber positions are expensive builds, and the user data rate is only 50% (ABUS) or 30% (CAN) of the transmission rate.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders für den Einsatz im störintensiven Bereich der Kraftfahrzeuge geeignetes Kommunikationsnetzwerk anzuge ben, das bei hoher Störsicherheit einfach aufgebaut ist.The present invention is based on the object especially for use in the interference-intensive area of Suitable communication network for motor vehicles ben that is easy to set up with high interference immunity.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The Un Claims include advantageous refinements and Developments of the invention.
Die Erfindung weist u. a. folgende wesentliche Vorteile auf:The invention has u. a. following major advantages on:
- - Der überwiegende Teil des Kommunikationsnetzes ist durch die optische Signalübertragung über Lichtwellen leiter störungsunempfindlich.- The vast majority of the communication network is through optical signal transmission via light waves conductor insensitive to interference.
- - Bei der Vernetzung der Steuergeräte mittels eines elektrischen Netzes kann die zur Systemsteuerung bei den bekannten Netzwerken bewährte Technik eingesetzt werden.- When networking the control units using a electrical network can contribute to the system control technology used in known networks will.
- - Da die Anzahl der Steuergeräte und damit der Umfang des elektrischen Netzes gering sind, können in diesem Teil des Kommunikationsnetzwerks aufwendigere Maßnahmen zur Datensicherung (z. B. verbesserte Abschirmung, höhere Komplexität der Steuergeräte) getroffen werden, ohne daß hierdurch der Gesamtaufwand für das ganze Netzwerk nennenswert zunimmt.- Since the number of control units and thus the scope of the electrical network are low in this part the communication network more complex measures for Data backup (e.g. improved shielding, higher Complexity of the control units) can be taken without that this means the total effort for the whole network increases significantly.
- - In den Endstellen kann auf Maßnahmen zur Prioritäts steuerung und Fehlererkennung weitgehend verzichtet werden, da die optischen Netze störunempfindlich sind; dadurch geringe Komplexität der Endstellen und evtl. für alle Endstellen einheitliche Ausführung mit ein stellbarer Adresse.- In the terminal stations, priority measures can be taken control and error detection largely dispensed with because the optical networks are insensitive to interference; thereby low complexity of the terminal points and possibly uniform design for all end points adjustable address.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge hend erläutert.The invention is based on exemplary embodiments still play with reference to the pictures explained.
Der in der Abbildung skizzierte Ausschnitt aus einem Kfz- Kommunikationsnetz ist, wie durch die dicke unterbrochene Linie angedeutet, unterteilt in ein elektrisches Netz und eine Mehrzahl von Lichtwellenleiter(LWL)-Netzen. Das elektrische Netz enthält eine Mehrzahl von Steuergeräten P1, P2, PI, Z, die im Beispielsfall über ein CAN-Bussystem miteinander verbunden sind. Die Datenübertragung über einen CAN-Bus mit entsprechenden Schnittstellen ist hin reichend aus dem Stand der Technik bekannt und daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben. Im skizzierten Beispiel übernimmt das Steuergerät Z die Funktion eines zentralen Bordrechners mit einem Anschluß zur externen Da teneingabe (z. B. Bedienelemente) und Ausgabe (z. B. An zeigen von Status, Diagnose). Das Steuergerät PI repräsen tiert ein sogenanntes Inselsystem wie z. B. zur Getriebe regelung oder Motorregelung. Die Steuergeräte P1, P2 fun gieren als Datenvermittler zwischen dem CAN-Bussystem und dem LWL-Netz und vorzugsweise auch als datenverarbeitende Preprozessoren. Das elektrische Netz kann selbstverständ lich nach anderen Busprinzipien organisiert und aufgebaut sein. Für die weitere Netzwerkbeschreibung sind im wesent lichen nur die Steuergeräte P1, P2 von Bedeutung.The section of a motor vehicle communication network sketched in the figure is, as indicated by the thick broken line, divided into an electrical network and a plurality of fiber optic (LWL) networks. The electrical network contains a plurality of control devices P 1 , P 2 , PI, Z, which are connected to one another via a CAN bus system in the example. The data transmission via a CAN bus with corresponding interfaces is sufficiently known from the prior art and is therefore not described further here. In the example outlined, the control unit Z takes over the function of a central on-board computer with a connection for external data input (e.g. operating elements) and output (e.g. displaying status, diagnosis). The control unit PI represents a so-called island system such. B. for transmission control or engine control. The control units P 1 , P 2 function as data intermediaries between the CAN bus system and the fiber optic network and preferably also as data processing preprocessors. The electrical network can of course be organized and set up according to other bus principles. Only the control units P 1 , P 2 are important for the further network description.
Für den Übergang zwischen dem elektrischen Netz und der optischen Signalübertragung in dem LWL-Netz sind elektro optische Wandlerstufen W eingesetzt, die an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Für jedes LWL-Netz ist eine Wandlerstufe in Betrieb. Ein Steuergerät kann mehrere LWL-Netze bedienen, im abgebildeten Fall drei LWL-Netze, von denen lediglich eines detaillierter dargestellt ist. Die mehreren LWL-Netze werden über einen elektrischen Sternvermittler im Steuergerät koordiniert.For the transition between the electrical network and the Optical signal transmission in the fiber optic network is electrical optical converter stages W used, which in itself from the State of the art are known. For every fiber optic network one converter stage in operation. One control unit can have several Operate fiber optic networks, in the case shown three fiber optic networks, only one of which is shown in more detail. The several fiber optic networks are connected via an electrical one Star mediator coordinated in the control unit.
Das LWL-Netz enthält einen Koppler K1A, vorzugsweise einen passiven NxN-Sternkoppler vom Reflexionstyp, der über Lichtwellenleiter LWL an die elektrooptischen Wandler W der N Endstellen T1, .., TN und des Steuergerätes P1 an geschlossen ist. Die anderen durch das Steuergerät P1 be dienten LWL-Netze sind durch die entsprechenden Kopplerbe zeichnungen K1B, K1C angedeutet.The fiber optic network contains a coupler K 1 A, preferably a passive NxN star coupler of the reflection type, which is connected to the electro-optical converters W of the N terminals T 1 ,..., TN and the control unit P 1 via optical fibers. The other fiber optic networks served by the control unit P 1 are indicated by the corresponding coupler drawings K 1 B, K 1 C.
Die Endstellen T1, .., TN enthalten jeweils vorzugsweise ein einheitliches Endstellen-Modul EM, welches durch Ein richtungen F zur Adresskodierung als individuelle End stelle definiert wird. Die Einrichtung F kann z. B. in Form einer Lötbrückengruppe oder vorzugsweise eines Ko diersteckers, der evtl. auch noch Informationen zur Be fehlskodierung oder -dekodierung u. a. enthalten kann, vorliegen. Die Endstellen unterscheiden sich noch durch die ihnen nachgeschalteten Sensoren (S) oder Aktoren, ggf. unter Zwischenschaltung von Analog-Digital (A/D)- bzw. Di gital-Analog-Wandlern. Durch einheitliche Endstellenmodule EM werden Herstellung, Lagerhaltung und Austausch im Repa raturfall einfacher und preisgünstiger.The terminals T 1 , .., TN each preferably contain a uniform terminal module EM, which is defined by a device F for address coding as an individual terminal. The device F can, for. B. in the form of a solder bridge group or preferably a Ko diersteckers, which may also contain information about loading or encoding, etc., may be present. The end points also differ in the sensors (S) or actuators connected downstream, possibly with the interposition of analog-digital (A / D) or digital-analog converters. Uniform EM terminal modules make production, warehousing and replacement easier and cheaper in the event of a repair.
Da die LWL-Netze unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen sind, kann die Fehlerbehandlung bei der opti schen Signalübertragung vereinfacht werden. Insbesondere kann z. B. das "bus-monitoring", das einen Voll-Duplex-Be trieb erfordert, entfallen und die Endstellen brauchen le diglich auf Semi-Duplex-Betrieb mit alternativem Senden oder Empfangen ausgelegt sein. Weiter kann es von Vorteil sein, das Steuergerät (P1) als hierarchisch übergeordneten Master des LWL-Netzes (bzw. der drei an P1 angeschlossenen LWL-Netze) zu betreiben und die Fehlererkennung und -be handlung zentral im Steuergerät vorzunehmen. Hiermit kann auf einfache Weise die Gefahr der Datenkollision vermieden werden. Eine Prioritätskennung durch bitweise Arbitration, wie beim Stand der Technik, erübrigt sich und die Nutzda tenrate wird erhöht. Als Fehlererkennungsmaßnahme im Steu ergerät sind die Übertragungsleitungen und die Endstellen entlastende Formen bevorzugt. Hierzu zählt beispielsweise das Oversampling wie beim ABUS-System, das nur wenig Re dundanz erfordert und bei welchem die Endstellenteilnehmer keine Prüfsummen erzeugen.Since fiber optic networks are insensitive to electromagnetic interference, error handling during optical signal transmission can be simplified. In particular, e.g. B. the "bus monitoring", which requires a full duplex operation, omitted and the terminals need le diglich designed for semi-duplex operation with alternative transmission or reception. It can also be advantageous to operate the control unit (P 1 ) as a hierarchically higher-level master of the fiber optic network (or the three fiber optic networks connected to P1) and to carry out error detection and handling centrally in the control unit. This can easily avoid the risk of data collision. Priority identification by bit-by-bit arbitration, as in the prior art, is unnecessary and the useful data rate is increased. As a fault detection measure in the control unit, the transmission lines and the terminal relief forms are preferred. This includes, for example, oversampling as with the ABUS system, which requires little redundancy and in which the terminal participants do not generate any checksums.
Den Endstellenteilnehmern fallen im wesentlichen nur die Aufgaben Synchronisation, Adresskodierung und Telegrammer zeugung bzw. -verarbeitung zu. Dadurch können die Endstel len mit geringer Komplexität, beispielsweise ohne einen eigenen Prozessor und somit einfach und kostengünstig, vorzugsweise in der bereits beschriebenen Art einheitli cher Endstellenmodule ausgeführt werden. Anspruchsvollere Aufgaben der Signalverarbeitung, die neben den beschriebe nen Masterfunktionen im LWL-Netz auch noch Plausibilitäts prüfungen, Aufarbeitung und Verknüpfung der Telegramme etc. umfassen können, sind von den Teilnehmern des LWL- Netzes in das prozessorbestückte Steuergerät verlagert. Durch die Signalverarbeitung im Steuergerät und bei Zusam menfassung funktional zusammengehöriger Endstellen (z. B. Klimagruppe) in LWL-Netzen desselben Steuergerät wird ein beträchtlicher Teil der Datentelegramme innerhalb des Be reichs des Steuergerät abgewickelt und somit die Belastung des CAN-Bussystems im elektrischen Netz stark reduziert.The end station participants essentially only fall for Tasks of synchronization, address coding and telegraming generation or processing. This allows the end position len with little complexity, for example without one own processor and thus simple and inexpensive, preferably in the manner already described cher terminal modules are executed. More demanding Tasks of signal processing that besides the ones described master functions in the fiber optic network also plausibility Checks, processing and linking of the telegrams etc. can be included by the participants in the LWL Network in the processor-equipped control unit. Through the signal processing in the control unit and together Menu entry of functionally related end points (e.g. Climate group) in fiber optic networks of the same control unit considerable part of the data telegrams within the Be realm of the control unit and thus the load of the CAN bus system in the electrical network is greatly reduced.
Der bereits erwähnte Semi-Duplex-Betrieb der Endstellen erfordert vorteilhafterweise nur jeweils eine optische Endstellenzuleitung, die als Sende- und Empfangsleitung dient. Dies kann mit einer günstigen Ausführung der elek trooptischen Wandler verknüpft werden, bei welcher eine Leuchtdiode LED nicht nur als Lichtsender sondern im Emp fangsfall auch als Empfänger-Photodiode eingesetzt ist. Hierdurch tritt bei jedem Teilnehmer nur ein einziger Übergang zwischen dem Sichtwellenleiter und einem elektro optischen Wandler auf und die Notwendigkeit optischer Lei tungsverzweiger bei den Teilnehmer entfällt.The already mentioned semi-duplex operation of the terminals advantageously only requires one optical one at a time Terminal line, which is used as a send and receive line serves. This can be done with a cheap version of the elek trooptic converters are linked, in which one Light-emitting diode LED not only as a light transmitter but in the emp is also used as a receiver photodiode. This means that only one participant occurs at each participant Transition between the optical waveguide and an electro optical converter on and the need for optical lei Distribution branches at the participants are not required.
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