DE4106726B4 - Communication network in motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Kommunikationsnetzwerk in Kraftfahrzeugen für Datenverbindungen zwischen einer Vielzahl von Steuergeräten und Endstellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk hybrid aufgebaut ist mit einem übergeordneten ersten elektrischen Leiternetz, welches die Steuergeräte untereinander verbindet, mit mehreren untergeordneten weiteren Lichtwellenleiter (LWL)-Netzen, die jeweils eine Mehrzahl von Endstellen mit einem der Steuergeräte verbinden und mit optoelektrischen Wandlern in den Endstellen und den Steuergeräten.Communication network in motor vehicles for Data connections between a variety of control devices and Terminals, characterized in that the network is hybrid is with a parent first electrical conductor network, which the control units with each other connects, with several subordinate further optical fibers (LWL) networks, each having a plurality of terminals with a the control units connect and with opto-electrical converters in the terminals and the control units.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsnetzwerk in Kraftfahrzeugen.The 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 Steuergeräten übertragen werden. Zur Verbindung der einzelnen Netzwerkanschlüsse ist der Einsatz verschiedener Bussysteme 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.In Motor vehicles are becoming increasingly electronic sensors and actuators used. These form terminals in an in-vehicle communications network, in which control and measured variables between transmitted to the terminals and control units become. To connect the individual network connections is the use of various bus systems known, such as the CAN system or the ABUS system (ELRAD 1991, Issue 1, pages 42-46). Both Bus systems enable the Direct data traffic between any participants.
Da im Kraftfahrzeug vielfach mit Störungen durch elektromagnetische Einstreuung zu rechnen ist, sind in den Endstellen 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 8-fach überhöhte Abtastrate zur Erkennung von Bitstörungen. Als eine weitere Möglichkeit der Fehlerüberwachung ist das Bus-Monitoring im Duplex-Betrieb vorgesehen, bei welchem ein sendender Busteilnehmer gleichzeitig mittels seines Empfangsteils die Signale auf dem Datenbus überwacht. Eine Äquivalenzprüfung erbringt Aussagen über eventuelle Störeinstreuungen in das Kommunikationsnetz.There in the motor vehicle often with interference electromagnetic interference is expected to be in the terminals and controllers Data processing processors used which transmitted interference Detect data stream and prevent their incorrect evaluation. With the CAN system is transmitted, for example, at a predetermined point of the frame by frame Data transmitted a checksum section. The ABUS system uses an 8x oversampling rate for detection of bit errors. As another option the error monitoring is the bus monitoring provided in duplex mode, in which a sending bus participant at the same time by means of its receiving part monitors the signals on the data bus. An equivalence test is provided Statements about possible interference into the communication network.
Die einzelnen Teilnehmer sind über ihre initiierte Sendekennung in unterschiedliche Prioritäten eingeteilt, um Kollisionen beim Sendebetrieb mehrerer Teilnehmer zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind alle Teilnehmer über opencollector-Ausgänge UND-verknüpft. Hierdurch erkennt ein Sender niedriger Priorität einen Teilnehmer höherer Priorität und blendet sich automatisch aus.The individual participants are over their initiated transmission identifier divided into different priorities, to avoid collisions during the transmission operation of several subscribers. For this purpose all participants are AND-linked via opencollector outputs. hereby A low-priority station recognizes a higher-priority station and hides automatically turn off.
Infolge der Maßnahmen zur Prioritätskennung und zur Fehlererkennung sind alle Teilnehmerstellen aufwendig aufgebaut, und die Nutzdatenrate beträgt nur 50% (ABUS) bzw. 30% (CAN) der Übertragungsrate.As a result the measures to the priority identifier and for error detection all subscriber stations are elaborately constructed, and the payload data rate is only 50% (ABUS) or 30% (CAN) of the transmission rate.
Aus
dem deutschen Patent
Weiterhin ist aus dem Artikel von Hart, John H.: "'Bridges' smooth troubled waters for wide-area networking", Data Communications, March 1985, Seite 209-220 bekannt, dass die Teilnehmer innerhalb von local networks – in Form von Ethernet oder 802.3 local networks -, entweder über elektrische oder optische Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind. Derartige local networks können wie beschrieben untereinander über Satellitenverbindungen verbunden sein. Damit ist es möglich, dass Teilnehmer eines local network zuerst über eine optische Verbindungsstrecke und anschließend über eine Satellitenverbindung und danach über eine elektrische Verbindungsleitung mit einem anderen Teilnehmer in einem anderen local network verbunden sind. Die beschriebenen Anordnungen erweisen sich als störanfällig.Farther is from the article by Hart, John H .: "'Bridges' smooth troubled waters for wide-area networking ", Data Communications, March 1985, page 209-220 announced that the Participants within local networks - in the form of Ethernet or 802.3 local networks, either via electrical or optical connecting lines connected to each other are. Such local networks can as described above Be connected to satellite connections. With that it is possible that Participant of a local network first over an optical link and then over one Satellite connection and then via an electrical connection line with another subscriber connected in another local network. The described Orders prove to be susceptible to faults.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders für den Einsatz im störintensiven Bereich der Kraftfahrzeuge geeignetes Kommunikationsnetzwerk anzugeben, das bei hoher Störsicherheit einfach aufgebaut ist.Of the present invention is based on the object, a particularly for the Use in the disturbance intensive Indicate the area of motor vehicles suitable communications network, that with high interference immunity is simple.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The Invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous embodiments and modifications of the invention.
Die Erfindung weist u. a. folgende wesentliche Vorteile auf:
- – Der überwiegende Teil des Kommunikationsnetzes ist durch die optische Signalübertragung über Lichtwellenleiter störungsunempfindlich.
- – Bei der Vernetzung der Steuergeräte mittels eines elektrischen Netzes kann die zur Systemsteuerung bei den bekannten Netzwerken bewährte Technik eingesetzt werden.
- – 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.
- – In den Endstellen kann auf Maßnahmen zur Prioritätssteuerung 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.
- - The majority of the communication network is insensitive to interference by the optical signal transmission via fiber optic cable.
- - When networking the control units by means of an electrical network can be used for system control in the known networks proven technology.
- - Since the number of control devices and thus the extent of the electrical network are low, more complex measures for data protection (eg, improved shielding, higher complexity of the control devices) can be made in this part of the communication network, without thereby reducing the total cost of the whole Network is increasing significantly.
- - In the terminals can be largely dispensed with measures for priority control and error detection, since the optical networks are immune to interference; thus low complexity of the terminals and possibly for all terminals uniform execution with a settable address.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend erläutert.The invention is described below with reference to Embodiments with reference to the figures still explained in detail.
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 hinreichend 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 Dateneingabe (z. B. Bedienelemente) und Ausgabe (z. B. Anzeigen von Status, Diagnose). Das Steuergerät PI repräsentiert ein sogenanntes Inselsystem wie z. B. zur Getrieberegelung oder Motorregelung. Die Steuergeräte P1, P2 fungieren als Datenvermittler zwischen dem CAN-Bussystem und dem LWL-Netz und vorzugsweise auch als datenverarbeitende Preprozessoren. Das elektrische Netz kann selbstverständlich nach anderen Busprinzipien organisiert und aufgebaut sein. Für die weitere Netzwerkbeschreibung sind im wesentlichen nur die Steuergeräte P1, P2 von Bedeutung.Of the in the figure sketched excerpt from a car communication network is divided into, as indicated by the thick broken line an electrical network and a plurality of optical fiber (LWL) networks. The electrical network contains a plurality of controllers P1, P2, PI, Z, the example in the case of a CAN bus system with each other are connected. The data transfer via a CAN bus with appropriate interfaces is sufficient from the State of the art known and therefore not further at this point described. In the example sketched, the control unit Z assumes the function a central on-board computer with a connection for external data input (eg, controls) and output (eg, status, diagnostics). The control unit PI represents a so-called island system such. B. for transmission control or Motor control. The controllers P1, P2 act as data intermediaries between the CAN bus system and the fiber optic network, and preferably also as data processing preprocessors. Of course, the electrical network can be based on other bus principles be organized and structured. For the further network description are essentially only the control units P1, P2 of importance.
Für den Übergang zwischen dem elektrischen Netz und der optischen Signalübertragung in dem LWL-Netz sind elektrooptische 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 electro-optical converter stages W are used, which are known per se from the prior art. For each Fiber optic network is a converter stage in operation. A control unit can use multiple fiber optic networks operate, in the illustrated case three LWL nets, of which only a detailed is shown. The multiple fiber optic networks are over a coordinated electrical star mediator 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 angeschlossen ist. Die anderen durch das Steuergerät P1 bedienten LWL-Netze sind durch die entsprechenden Kopplerbezeichnungen K1B, K1C angedeutet.The Fiber optic network contains a coupler K1A, preferably a passive NxN star coupler of the reflection type, about Optical fiber LWL to the electro-optical converter W of the N terminals T1, ..., TN and the control unit P1 is connected. The other fiber optic networks served by the P1 control unit are indicated by the corresponding coupler designations K1B, K1C.
Die Endstellen T1, ..., TN enthalten jeweils vorzugsweise ein einheitliches Endstellen-Modul EM, welches durch Einrichtungen F zur Adresskodierung als individuelle Endstelle definiert wird. Die Einrichtung F kann z. B. in Form einer Lötbrückengruppe oder vorzugsweise eines Kodiersteckers, der evtl. auch noch Informationen zur Befehlskodierung oder -dekodierung u. ä. 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. Digital-Analog-Wandlern. Durch einheitliche Endstellenmodule EM werden Herstellung, Lagerhaltung und Austausch im Reparaturfall einfacher und preisgünstiger.The Terminals T1, ..., TN each preferably contain a uniform Terminal module EM, which by means F for address coding as individual terminal is defined. The device F can, for. B. in the form of a Lötbrückengruppe or preferably a Kodiersteckers, who may also have information for command coding or decoding u. Ä., may be present. The terminals are still distinguished by their downstream Sensors (S) or actuators, if necessary with the interposition of analog-digital (A / D) - or digital-to-analog converters. Through uniform terminal modules EM will be manufacturing, warehousing and replacement in case of repair easier and cheaper.
Da die LWL-Netze unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen sind, kann die Fehlerbehandlung bei der optischen Signalübertragung vereinfacht werden. Insbesondere kann z. B. das "bus-monitoring", das einen Voll-Duplex-Betrieb erfordert, entfallen und die Endstellen brauchen lediglich 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 -behandlung 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 Nutzdatenrate wird erhöht. Als Fehlererkennungsmaßnahme im Steuergerät sind die Übertragungsleitungen und die Endstellen entlastende Formen bevorzugt. Hierzu zählt beispielsweise das Oversampling wie beim ABUS-System, das nur wenig Redundanz erfordert und bei welchem die Endstellenteilnehmer keine Prüfsummen erzeugen.There the fiber optic networks are insensitive to electromagnetic interference, can error handling in optical signal transmission be simplified. In particular, z. B. the "bus-monitoring", which requires a full-duplex operation, no need for semi-duplex operation be designed with alternative transmission or reception. Next can It may be beneficial to the controller (P1) as hierarchically superior Master of the fiber optic network (or the three fiber optic networks connected to P1) too operate and make the error detection and treatment centrally in the control unit. This can easily avoid the risk of data collision become. A priority identifier By bitwise arbitration, as in the prior art, is unnecessary and the payload data rate is increased. As an error detection measure in the control unit are the transmission lines and endpoints relieving forms preferred. This includes, for example, the Oversampling as in the ABUS system, which requires little redundancy and in which the terminal participants do not have checksums produce.
Den Endstellenteilnehmern fallen im wesentlichen nur die Aufgaben Synchronisation, Adresskodierung und Telegrammerzeugung bzw. -verarbeitung zu. Dadurch können die Endstellen mit geringer Komplexität, beispielsweise ohne einen eigenen Prozessor und somit einfach und kostengünstig, vorzugsweise in der bereits beschriebenen Art einheitlicher Endstellenmodule ausgeführt werden. Anspruchsvollere Aufgaben der Signalverarbeitung, die neben den beschriebenen Masterfunktionen im LWL-Netz auch noch Plausibilitätsprüfungen, 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 Zusammenfassung funktional zusammengehöriger Endstellen (z. B. Klimagruppe) in LWL-Netzen desselben Steuergerät wird ein beträchtlicher Teil der Datentelegramme innerhalb des Bereichs des Steuergerät abgewickelt und somit die Belastung des CAN-Bussystems im elektrischen Netz stark reduziert.The Endpoint participants essentially only have the tasks of synchronization, Address coding and telegram generation or processing too. Thereby can the terminals with low complexity, for example without one own processor and thus easy and inexpensive, preferably in the already described type of uniform terminal modules are executed. Challenging tasks of signal processing, in addition to the described master functions in the fiber-optic network also plausibility checks, Refurbishment and linking may include telegrams, etc. are from the participants of the fiber optic network in the processor-equipped Relocates control unit. Due to the signal processing in the control unit and summary functionally of related Terminals (eg climatic group) in fiber-optic networks of the same control unit become considerable Part of the data telegrams handled within the scope of the control unit and thus the load on the CAN bus system in the electrical network 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 elektrooptischen Wandler verknüpft werden, bei welcher eine Leuchtdiode LED nicht nur als Lichtsender sondern im Empfangsfall auch als Empfänger-Photodiode eingesetzt ist. Hierdurch tritt bei jedem Teilnehmer nur ein einziger Übergang zwischen dem Lichtwellenleiter und einem elektrooptischen Wandler auf und die Notwendigkeit optischer Leitungsverzweiger bei den Teilnehmer entfällt.The already mentioned semi-duplex operation of the terminals advantageously requires only one optical end point feeder each, which serves as a transmitting and receiving line. This can be linked to a favorable embodiment of the electro-optical converter, in which a light-emitting diode LED not only as a light transmitter but in the reception case is also used as a receiver photodiode. As a result, occurs at each participant only a single transition between the optical waveguide and an electro-optical converter and the need for optical Leitungsverzweiger omitted in the participants.
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| WOLFF, H.W.: "CAN-Bussystem hoher Zuverlässigkeit für das Kraftfahrzeug". In: DE-Z Elektro-Anzeiger 43, Nr.10, 16.10.1990, S.16-18 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4280552A1 (en) | 2022-05-17 | 2023-11-22 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Primary communication device, coupling module and communication system |
| DE102022112311A1 (en) | 2022-05-17 | 2023-11-23 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Primary communication device, coupling module and communication system |
| LU502098B1 (en) | 2022-05-17 | 2023-12-04 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Primary communication device, coupling module and communication system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4106726A1 (en) | 1992-09-03 |
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