DE60221325T2

DE60221325T2 - System zur gesteuerten Abschaltung von Zweigen eines seriellen Kommunikationssytems in einem elektronischen Steuersystem für Bordgeräte eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE60221325T2
Application number: DE60221325T
Authority: DE
Inventors: Andrea Borin
Original assignee: Magneti Marelli Sistemi Elettronici SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: EP1282273B1; EP1282273A1; ES2289032T3; DE60221325D1; ITTO20010780A1; ITTO20010780A0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verteiltes elektronisches System zur Steuerung von Bordgeräten von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und genauer auf ein System zum kontrollierten Abschalten von Zweigen eines seriellen Kommunikationsnetzes in einem solchen Steuersystem.
Bei einem Steuersystem des verteilten Typs ist eine Mehrzahl von elektronischen Steuereinheiten an Bord eines Kraftfahrzeugs installiert, um die Verwaltung von Funktionen des Fahrgastraums oder der Fahrzeugkarosserie zu verbessern. Einige davon regeln die Verwaltung einer Mehrzahl von Schaltmodulen zum Steuern von Bordgeräten durch serielle Kommunikationsnetze, welche spezifische Kommunikationsprotokolle nutzen.
Im Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, mehrere Steuerkreise für die Steuerung der Bordgeräte eines spezifischen Bereich – oder bestimmt für eine spezielle Fahrzeugfunktion – über ein einzelnes lokales Verbindungsnetz (LIN) an einer zentralen elektronischen Einheit anzuschließen. Dieses Netzwerk besitzt vorteilhafterweise ein serielles Übertragungsprotokoll von langsamer Geschwindigkeit (höchstens 20 kbit/s) des Master/Slave-Typs, in dem für jeden Netzabschnitt ein einzelner Knoten als Master-Knoten arbeiten kann und in dem bis zu 16 Slave-Knoten vorhanden sein können.
Die elektronische Steuereinheit verwaltet ein serielles Netzwerk über eine einzelne (physikalische und logische) Übertragungsleitung, mit der verschiedene periphere Schaltzweige verbunden sind. Jeder Zweig kann wiederum eine einzelne Übertragungsleitung zu einem einzelnen Schaltmodul oder ein Kommunikationsbus zu einer Teilmenge von Schaltmodulen sein.
Ein serielles Netzwerk dieses Typs ist einfach, kostengünstig und verlässlich.
In der Architektur eines Netzwerks, das mit einzelnen drahtgebundenen seriellen Übertragungsleitungen (beispielsweise, aber nicht ausschließlich den LIN-Netzwerken) gebildet ist und eine einzelne physikalische Übertragungsleitung mit der jeweiligen Steuereinheit aufweist, ergibt sich der Hauptnachteil aus der Tatsache, dass ein Ausfall eines der Bordgeräte oder in einem Abschnitt der Verdrahtung, der einen Kurzschlusszustand zur Erde oder zur Versorgung zur Folge hat, eine Unterbrechung bewirkt und das Aufrechterhalten einer Kommunikation mit all den gesteuerten Modulen dieses Netzwerks unmöglich macht.
Dies kann beispielsweise geschehen, wenn das Netzwerk die Antriebsschaltmodule für die Schlussleuchten an einer Kofferraumvolumen-Steuereinheit anschließt. Im Falle von kleinen Stößen kann ein Schaden an einer Leuchte entstehen, was im dazugehörigen Zweig des Netzwerks einen Kurzschluss zur Erde verursacht, wonach für die Steuereinheit das gesamte Netzwerk zur Erde kurzgeschlossen wird und die Steuereinheit die Möglichkeit verliert, mit den anderen Antriebsmodulen, die an ihr angeschlossen sind, zu kommunizieren. Folglich gehen die durch solche Module verwalteten Funktionen des Fahrgastraums und/oder der Karosserie sogar dann verloren, wenn sie nicht beschädigt wurden.
In vielen Fällen ist dieser Verlust an Funktionalität nicht akzeptabel. Es existieren beispielsweise gesetzliche Bestimmungen, welche die Aufrechterhaltung einiger Grundfunktionen vorsehen, oder es besteht die Notwendigkeit sicherzustellen, dass dem Benutzer des Fahrzeugs die größtmögliche Anzahl von Fahrgastraum- und Karosseriefunktionen zur Verfügung steht, und zwar sogar im Falle von Defekten, insbesondere bei Prestigefahrzeugen.
Im Falle einer Beschädigung einer einzelnen Schlussleuchte und eines Verlusts an serieller Datenübertragung ist es beispielsweise nicht akzeptabel, beide hintere Blinkleuchten einbüßen zu müssen.
Anordnungen des Stands der Technik, die in der Anordnung von zusätzlichen Übertragungsstandleitungen bestehen oder das gesamte Netzwerk duplizieren, sind wirtschaftlich nachteilig.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch den Reststrom im Netzwerk, auch wenn sich dieses in einem inaktiven Zustand befindet, zum Beispiel wenn das Fahrzeug steht, da die Vorspannungsnetzwerke der Bordgeräte, die stets mit der Steuereinheit verbunden sind, zum Verbrauch von mindestens einem minimalen Blindstrom beitragen.
Die DE 198 10 291 offenbart beispielsweise einen regelbaren Datenbus für eine Mehrzahl von Knoten z.B. in einem Fahrzeug, wobei die Knoten selektiv abgeschaltet werden können. Eine Mehrzahl von Empfangs-/Sendemodulen ist mit entsprechenden Knoten gekoppelt. Ein logisches Entscheidungselement ist dazu eingerichtet, Signale von den den Knoten zugeordneten Empfangs-/Sendemodulen zu erhalten und ein Steuersignal an diese Mehrzahl von Modulen auszugeben. Ein adressierbarer Schalter unterbricht die Signalausgabe durch das Entscheidungselement zu den Empfangs-/Sendemodulen und ist dazu eingerichtet, diese gemäß einer Auswahl, die mit Hilfe des Mikrocontrollers getroffen wurde, zu genehmigen oder zu überschreiben und somit das entsprechende Modul einzuschalten oder abzuschalten.
Hier ist eine Mehrzahl von Empfangs-/Sendemodulen vorgesehen, um die Datenübertragungen zwischen den Knoten in einem Fahrzeug zu regeln, und eine weitere separate Steuereinheit wird eingesetzt, um einen gewünschten Knoten durch Steuerung des jeweiligen Empfangs-/Sendemoduls anzuschließen/abzutrennen.
Die US 5 903 565 offenbart ein serielles Bussystem, das mit Arbitrierung arbeitet, um mit einzelnen Bussystemen unabhängig zu kommunizieren und diese zu steuern. Eine Mehrzahl von einzelnen Bussystemen ist an entsprechenden Treibern angeschlossen, und die Fehlererkennung ist mit einer Schaltalgebra kombiniert, um einzelne fehlerhafte Bussysteme zu deaktivieren, ohne auf die anderen angeschlossenen Bussysteme Einfluss zu nehmen.
Für jedes einzelne der individuellen Bussysteme sind eine übertragende Buseinheit und eine empfangende Buseinheit vorgesehen, und deren Funktionen können für jedes Bussystem mittels eines Steuersignals, das von einer jeweiligen, dem Bussystem zugeordneten Verarbeitungseinheit ausgegeben wird, unabhängig voneinander aktiviert oder deaktiviert werden, und zwar basierend auf Fehlersignalen, die von entsprechenden Fehlerdetektoren, die für jedes einzelne Bussystem vorgesehen sind, ausgegeben werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer zufriedenstellenden Lösung für die obenstehend dargelegten Probleme, indem die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein System zum kontrollierten Abschalten von Zweigen eines seriellen Kommunikationsnetzes erfüllt, welches die in Anspruch 1 dargelegten charakteristischen Eigenschaften aufweist.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Zusammenfassend beruht die vorliegende Erfindung auf dem Prinzip, den Zustand der Zweige eines seriellen Kommunikationsnetzes, welche eine Mehrzahl von Antriebsmodulen für Bordgeräte durch eine einzelne physikalische Übertragungsleitung mit einer Steuereinheit verbinden, kontinuierlich steuern zu können und im Falle eines Defekts den am Defekt beteiligten Zweig abzuschalten, während die Kommunikation mit den anderen Zweigen aufrechterhalten wird.
Diese Art des Dialogs wird im Falle von Netzwerken mit Master/Slave-Protokoll (z.B. LIN-Netzwerken) durch das Master-Modul, d.h., die Steuereinheit, durchgeführt.
Weitere charakteristische Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausfürungsform, die anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels dargelegt ist, näher erläutert, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die ein Blockschaltbild eines Steuersystems für Geräte an Bord von Kraftfahrzeugen zeigt, welche mit einem System zum kontrollierten Abschalten der Zweige eines seriellen Kommunikationsnetzes gemäß der Erfindung ausgestattet sind.
Eine elektronische Steuereinheit ist mit 10 bezeichnet. Sie ist als Mikrocontroller ausgebildet, der an Bord eines elektronischen Moduls zur Verwaltung von Fahrgastraum- und/oder Karosseriefunktionen eines Kraftfahrzeugs integriert ist, wobei es sich beispielsweise um ein Modul zum Verwalten der Funktionen des Kofferraumvolumens handeln kann.
Ein serielles Kommunikationsnetz LIN 12 verbindet eine Mehrzahl von Antriebsschaltmodulen 14, 15, 16, 17, die zur Steuerung von entsprechenden Bordgeräten, im Beispiel von im hinteren Bereich des Fahrzeugs lokalisierten Geräten, eingerichtet sind, mit dem Mikrocontroller 10.
Das Netzwerk 12 umfasst eine einzelne physikalische Übertragungsleitung 20 an der Seite der Steuereinheit und eine Mehrzahl von peripheren Zweigen 24, 25, 26 zur Verbindung mit den Schaltmodulen 14, 15, 16 und 17.
Die Übertragungsleitung 20 ist durch eine Empfänger/Sender-Vorrichtung 30 am Mikrocontroller 10 angekoppelt.
Eine Schnittstellenschaltung 35, der Gegenstand der Erfindung, ist zwischen der Übertragungsleitung 20 und den Zweigen 24–26 des Netzwerks 12 eingeschaltet, und zwar in Übereinstimmung mit einem gemeinsamen Netzknoten. Sie umfasst eine erste Anschlussklemme 36, an der die zum Mikrocontroller 10 führende Übertragungsleitung 20 angeschlossen ist, sowie eine Mehrzahl von zweiten Anschlussklemmen 37, die an der gegenüberliegenden Seite angeordnet und dazu bestimmt sind, mit den peripheren Zweigen 24–26 des Netzwerks 12 verbunden zu werden.
Die Schnittstellenschaltung 35 inldudiert eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen 40, deren Anzahl mit der Zahl der peripheren Zweige des Netzwerks 12 übereinstimmt, und hat einen am Mikrocontroller 10 angekoppelten Auswahleingang 42.
Die elektronische Steuereinheit 10 wird vorzugsweise als Master-Modul des LIN-Netzwerks eingesetzt und verwaltet in physikalischer und logischer Art und Weise die einzelne serielle Übertragungsleitung 20 mit LIN-Protokoll. Überdies regelt sie die Verbindung jedes Zweigs 24–26 über die Schnittstellenschaltung 35 und sendet dabei Steuersignale zum Eingang 42, um die Schaltvorrichtungen 40 gezielt in die offene oder geschlossene Stellung zu schalten.
Im Normalbetrieb werden die Schaltvorrichtungen 40 solcherart gesteuert, um in der geschlossenen Stellung zu sein, um die Verbindung aller Zweige 24–26 mit dem Mikrocontroller 10 über die Übertragungsleitung 20 sicherzustellen.
Wenn in einem der Schaltmodule 14–17 ein Defekt auftritt, verliert der Mikrocontroller 10 zunächst die Kommunikation mit allen Modulen.
Da er eine ständige Überwachung des Netzwerks 12 durch dieselben Verbindungszweige und das eingesetzte Kommunikationsprotokoll bewirkt, kann er die Fehlersituation erkennen, zum Beispiel wenn er im Anschluss an eine Abfrage eines seiner Slave-Module keine Rückmeldung erhält.
Bei dieser Eventualität steuert der Mikrocontroller gezielt das Öffnen der Schaltvorrichtungen 40, und zwar jeweils von einer, wobei er somit den entsprechenden Zweig vom Netzwerk ausschließt, und überprüft bei jeder Operation, ob die Bedingungen einer korrekten Funktion wiederhergestellt sind. Nach dem Ausschluss des peripheren Zweigs, in dem der Defekt aufgetreten ist, kommt es zur Wiederherstellung der korrekten Funktion des mit dem Mikrocontroller verbundenen Teils des Netzwerks 12. In diesem Zustand ist der Mikrocontroller 10 zweckmäßig dazu eingerichtet, den Zweig des Netzwerks, in dem der Defekt aufgetreten ist, abgeschaltet zu halten und ein entsprechendes Alarmsignal zu erzeugen sowie die Kommunikation wiederherzustellen, wobei mit den Modulen der Bordgeräte, die an den Zweigen, welche ihre Integrität bewahren, angeschlossen sind, regelmäßig kommuniziert wird.
Bei einer alternativen Betriebsweise kann der Mikrocontroller 10 einen oder mehrere Zweige gezielt vom Netzwerk 12 ausschließen, wenn das Fahrzeug steht, wodurch der Fluss des Stroms (sogar des Vormagnetisierungsstroms) zu jenen Bordgeräten, die nicht stets aktiv bleiben müssen, verhindert wird (wobei jene Geräte versorgt bleiben, die dazu bestimmt sind, das Netzwerk aus einem Zustand des niedrigen Verbrauchs aufzuwecken).
Der Mikrocontroller ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet, die Verbindung zu allen Modulen außer einem abzuschalten, um eine Weckprozedur des Systems sicherzustellen. Ein Systemwecksignal im Anschluss an die Aktivierung des Fahrzeugs (oder beispielsweise des Alarmsystems) bewirkt eine Wiederherstellung aller Verbindungen zu den peripheren Zweigen durch den Mikrocontroller, welche zum Funktionieren eingerichtet sind, indem das Schließen der Schaltvorrichtungen 40, die in Ruhezuständen normalerweise offen sind, gesteuert wird.
Die Schnittstellenschaltung 35 kann in einem einzelnen elektronischen Modul, das auch den Mikrocontroller 10 einschließt, integriert sein, und dieses Modul weist daher eine Mehrzahl von externen Verbindungsklemmen auf, deren Anzahl mit der Zahl der Zweige des Netzwerks 12 übereinstimmt.
Alternativ kann die Schnittstellenschaltung 35 an einem separaten elektronischen Modul aus dem Modul, das den Mikrocontroller 10 einschließt, gebildet sein, und zwar mit einem Paar von Anschlussklemmen am Ausgang des Mikrocontrollermoduls bzw. einer Kommunikationsklemme zur Verbindung mit der einzelnen physikalischen Übertragungsleitung 20 und einer Steuerklemme zur Verbindung mit dem Auswahleingang 42 der Schaltung 35.
Natürlich können die Ausführungsformen und Konstruktionsdetails hinsichtlich dessen, was rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels beschrieben und veranschaulicht wurde, weitgehend abgewandelt werden, ohne dadurch vom in den angeschlossenen Ansprüchen definierten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wobei das Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt.

Claims

System zum kontrollierten Abschalten von Zweigen eines seriellen Kommunikationsnetzes in einem elektronischen Steuersystem für Bordgeräte von Kraftfahrzeugen, wobei das elektronische Steuersystem zumindest eine elektronische Steuereinheit (10) umfasst, die zum Verwalten der Funktionen des Fahrgastraums und/oder der Karosserie bestimmt ist und durch ein serielles Kommunikationsnetz (12) mit einer Mehrzahl von Antriebsschaltmodulen (14–17) der Bordgeräte verbunden ist, wobei die Antriebsmodule (14–17) der Bordgeräte jeweils durch einen peripheren Kommunikationszweig (24–26) an einem gemeinsamen Knoten des Netzwerks (12) und von dort durch eine einzelne physikalische Hauptübertragungsleitung (20) an der elektronischen Steuereinheit (10) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Empfänger/Sender-Vorrichtung (30) entlang der Hauptübertragungsleitung (20) eingeschaltet ist, um zwecks Verwaltung der Funktionen des Fahrgastraums und/oder der Karosserie über diese Leitung mit den Antriebsmodulen (14–17) der Bordgeräte zu kommunizieren, und dass das System zum kontrollierten Abschalten von Zweigen eine Schnittstellenschaltung (35) umfasst, die zwischen der Hauptübertragungsleitung (20) und den Zweigen (24–26) des Netzwerks (12) am gemeinsamen Knoten eingeschaltet ist, wobei die Schaltung (35) eine Mehrzahl von gesteuerten Schaltvorrichtungen (40) umfasst, die mit der Anzahl der Zweige (24–26) des Netzwerks (12) zahlenmäßig übereinstimmen und dazu betriebsfähig sind, die Verbindung eines oder mehrerer peripherer Kommunikationszweige (24–26) mit der Hauptübertragungsleitung (20) durch die elektronische Steuereinheit (10) gezielt zu unterbrechen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenschaltung (35) ein Paar von Anschlussklemmen (36, 42) zur Verbindung mit der Steuereinheit (10) aufweist, und zwar eine Signalklemme (36) zur Verbindung mit der Hauptübertragungsleitung (20) und eine Auswahlklemme (42) zum Bestimmen des offenen Zustands und/oder des Verschlusszustands der Schaltvorrichtungen (40) durch die Einheit (10).
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenschaltung (35) eine Mehrzahl von Anschlussklemmen (37) zur Verbindung mit den peripheren Kommunikationszweigen (24–26) aufweist, welche mit der Anzahl der Zweige (24–26) des Netzwerks (12) zahlenmäßig übereinstimmen.
System gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenschaltung (35) in einem elektronischen Modul, das die Steuereinheit (10) einschließt, integriert ist, wobei das Modul eine Mehrzahl von externen Verbindungsklemmen aufweist, die mit der Anzahl der peripheren Kommunikationszweige (24–26) zahlenmäßig übereinstimmen.
System gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenschaltung (35) in einem ersten elektronischen Modul gebildet ist, wobei die Steuereinheit (10) in einem zweiten Modul gebildet ist, das ein Paar von Anschlussklemmen aufweist, und zwar eine Kommunikationsklemme zur Verbindung mit der Hauptübertragungsleitung (20) und eine Steuerklemme zur Verbindung mit einer Auswahlklemme (42) der Schnittstellenschaltung (35).
System gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, die Schaltvorrichtungen (40) der Schnittstellenschaltung (35) in eine Verschlussstellung zu bringen, wenn sich das Steuersystem in einem Aktivierungszustand befindet, und diese Vorrichtungen (40) beim Erkennen eines Zustands eines Verlusts der Kommunikation mit den Antriebsmodulen (14–17) der Bordgeräte gezielt und hintereinander in eine offene Stellung zu treiben.
System gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, um: einen Zustand der Wiederherstellung der Kommunikation mit den Antriebsmodulen (14–17) der Bordgeräte zu erkennen, und eine Schaltvorrichtung (40) in einer offenen Stellung zu halten, wobei die Verschlussstellung der Vorrichtung einen Verlust an Kommunikation zur Folge hat.
System gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, die Schaltvorrichtungen (40) der Schnittstellenschaltung (35) in einem Zustand der Deaktivierung des Steuersystems in eine offene Stellung zu bringen und eine der Vorrichtungen (40), die Funktionen der Überwachung und Reaktivierung des Systems ausüben, in der Verschlussstellung zu halten.