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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug-Datenübertragungssystem.
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Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein CAN-(Steuerungs-Feldbus-Netzwerk-)Datenübertragungssystem
zur Steuerung der Datenkommunikation über einen mit dem CAN-Protokoll
arbeitenden Datenbus, der nachfolgend als ein CAN-Bus bezeichnet
wird.
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Derzeit
sind bekannte CAN-Datenübertragungssysteme
durch eine „Multiplex"-Netzwerk-Verbindung
zum Verbinden und Ermöglichen
eines Daten- und
Informations-Austausches über
einen einzigen seriellen CAN-Bus zwischen den verschiedenen elektronischen
zentralen Steuereinheiten definiert, die sich an verschiedenen Stellen
des Fahrzeugs befinden,.
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Obwohl
sie in weitem Umfang verwendet werden, sind bisher vorgeschlagene
CAN-Datenübertragungssysteme
häufigen
elektrischen oder mechanischen Schäden des CAN-Bus ausgesetzt,
wodurch eine Kommunikation zwischen einigen oder allen mit ihm verbundenen
Zentralsteuereinheiten verhindert wird, so dass sich eine Fehlfunktion
des Datenübertragungssystem
insgesamt ergibt.
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Um
die vorstehenden Nachteile zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, die
elektronischen Zentralsteuereinheiten mit einem zweiten CAN-Bus
zu verbinden, um eine redundante Datenübertragung zu bewirken, wobei
die verschiedenen elektronischen Zentralsteuereinheiten parallel
und gleichzeitig über beide
CAN-Busse kommunizieren.
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In
dem Dokument
US-A-5
784 547 wurde ebenfalls vorgeschlagen, zwei Busleitungen
zu vorzusehen. Unter normalen Betriebsbedingungen des Systems sind
jedoch beide Leitungen im Betrieb, wenn auch nicht für den gleichen
Zweck. Ein Bus ist betreibbar, um Prozess-Daten zu übertragen,
während
der andere Bus Status-Information überträgt. Wenn ein Fehler in der
Leitung festgestellt wird, die die Prozess-Daten überträgt, so wird
ein Umschalten auf die Leitung bewirkt, die normalerweise lediglich die
Status-Information überträgt. Die
vorstehende Anordnung erfordert zwei CAN-Steuereinheiten und zwei
CPUs für
jeden Knoten. Das Vorhandensein der zwei CPUs ist erforderlich,
weil jede CPU die Funktion eines Betriebs-Überwachungs-Prozessors für die andere
CPU ausführen
muss.
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Die
US-A-5 329 521 ,
von der die vorliegende Erfindung ausgeht, zeigt wiederum zwei Leitungen (Ethernet
A und B), die unter normalen Bedingungen beide in Gebrauch sind.
Bei einer der Ausführungsformen
der
US-A-5 329 521 wird
die Redundanz in einigen Komponenten dadurch verringert, dass eine einzige
CPU eine einzige Knoten-Steuereinrichtung vorgesehen wird. Dies
wird dadurch ermöglicht,
dass ein Schalter vorgesehen wird, der auf eine Position zum Empfang
von Daten von einer Leitung eingestellt wird, auf der kein Fehler
festgestellt wird. Von der zentralen Steuereinheit ausgesandte Daten
werden jedoch nicht von dem Schalter gesteuert, und somit werden
diese Daten weiterhin auf beide Ethernet-Leitungen gesandt, obwohl eine der zwei
Leitungen fehlerhaft sein könnte.
Dies kann zu einer Verwirrung zwischen den zentralen Steuereinheiten
führen,
welche Leitung für
eine unverfälschte
Datenübertragung zu
verwenden ist.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Datenübertragungssystem
zu schaffen, das so ausgelegt ist, dass die vorstehend genannten
Nachteile vermieden werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Fahrzeug-Datenübertragungssystem geschaffen, wie
es im Anspruch 1 definiert ist.
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Eine
bevorzugte, nicht beschränkende
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Form eines Beispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Fahrzeug-Datenübertragungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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2 ein
elektrisches Schaltbild einer Anzahl von elektronischen Komponenten
der elektronischen zentralen Steuereinheit zeigt, die einen Teil des
Fahrzeug-Datenübertragungssystems
nach 1 bilden.
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Die
Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet
insgesamt ein CAN-(Steuerungs-Feldbus-Netzwerk-)Fahrzeug-Datenübertragungssystem
mit einer ersten Datenleitung 2 und einer Anzahl von elektronischen
Zentralsteuereinheiten 3 (von denen zwei in 1 gezeigt
sind). Die Zentralsteuereinheiten 3 befinden sich an verschiedenen
Stellen des (nicht gezeigten) Fahrzeuges, um jeweilige Fahrzeug-Steuer- und/oder
Befehlsfunktionen auszuführen,
und sie sind jeweils mit der ersten Datenleitung 2 verbunden, um
Daten untereinander auszutauschen.
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Das
Datenübertragungssystem 1 umfasst weiterhin
eine zweite Datenleitung 4 und eine Anzahl von elektronischen
Schalteinrichtungen 5, die jeweils zum selektiven Verbinden
einer entsprechenden elektronischen Zentralsteuereinheit 3 mit
der zweiten Datenleitung 4 dienen, wenn eine Fehlfunktion
der ersten Datenleitung festgestellt wird.
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Im
Einzelnen ist jede Schalteinrichtung 5 betreibbar, um eine
Verbindung zwischen einer ersten jeweiligen elektronischen Zentralsteuereinheit 3 und der
ersten Datenleitung 2 abzuschalten und die Verbindung zwischen
der elektronischen Zentralsteuereinheit 3 und der zweiten
Datenleitung 4 herzustellen, wenn eine Fehlfunktion auf
der ersten Datenleitung 2 festgestellt wird. Dieser Vorgang
ermöglicht
einen Datenaustausch zwischen den elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 über die
zweite Datenleitung 4. In dem gezeigten Beispiel bildet
die zweite Datenleitung 4 eine redundante Leitung für den Informationsaustausch
zwischen elektronischen Zentralsteuereinheiten 3, und sie
wird durch das Datenübertragungssystem 1 freigegeben,
wenn eine Fehlfunktion auf der ersten Datenleitung 2 einen
Datenaustausch zwischen den elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 verhindert.
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In
dem Beispiel nach 1 sind die ersten und zweiten
Datenleitungen 2 und 4 jeweils durch einen ersten
und einen zweiten, beispielsweise CAN-, Verbindungsbus gebildet,
der nachfolgend als CAN-Busse bezeichnet werden, die sich entlang
eines eine offene Schleife bildenden Pfades erstrecken und jeweilige – nachfolgend
mit 6 und 7 bezeichnete – Knoten aufweisen, mit denen
elektronische Zentralsteuereinheiten 3 verbunden sind.
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Anhand
der 1 ist zu erkennen, dass jede elektronische Zentralsteuereinheit 3 eine
Schalteinrichtung 5 und eine interne Steuereinheit 8 umfasst, beispielsweise
einen Mikroprozessor, der zusätzlich zu
einer Anzahl von vorgegebenen Steuerfunktionen von verschiedenen,
sich an Bord des Fahrzeuges befindlichen (nicht gezeigten) Geräten weiterhin
eine Feststellung einer Fehlfunktion des ersten CAN-Bus 2 ermöglicht.
Eine erste und eine zweite Schnittstellenschaltung (CAN LINS DRIVER – CAN-Leitungstreiber) 10 und 11 sind
jeweils auf einer Seite mit dem ersten bzw. zweiten CAN-Bus 2 und 4 und
auf der anderen Seite mit der Schalteinrichtung 5 verbunden. Eine
CAN-Steuerung 9 ist zwischen der Schalteinrichtung 5 und
der internen Steuereinheit 8 angeordnet, und sie ist so
betreibbar, dass sie die Datenkommunikation zwischen der internen
Steuereinheit 8 und dem CAN-Bus steuert, wie dies durch
das Datenübertragungssystem 1 ermöglicht wird.
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In
dem gezeigten Beispiel steuert die CAN-Steuerung 9 den
Datenempfang und die Aussendung über
den aktiven CAN-Protokoll-Bus und ermöglicht die Feststellung von
Fehlerbedingungen, wenn sie auf dem CAN-Bus während der Kommunikation auftreten
sollten.
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Gemäß den 1 und 2 kann
die Schalteinrichtung 5 durch einen elektronischen Schalterkreis
gebildet sein, der in die elektronische Zentralsteuereinheit 3 integriert
ist. Der Schalterkreis 5 schaltet als eine Funktion eines
Steuersignals BUS_A von der internen Steuereinheit 8 die
Verbindung zwischen der CAN-Steuerung 9 und einer ersten
Schnittstellenschaltung 10 (das heißt einem ersten CAN-Bus 2)
ab, und ermöglicht
gleichzeitig die Verbindung zwischen der CAN-Steuerung 9 und
einer zweiten Schnittstellenschaltung 11 (das heißt dem zweiten
CAN-Bus 4). Dies heißt
mit anderen Worten, dass durch Ansteuern der Schalteinrichtung 5 die
interne Steuereinheit 8 den Datenempfang und die Datenaussendung
für den
ersten CAN-Bus 2 durch die CAN-Steuerung 9 abschaltet
und den Datenempfang und die Aussendung über den zweiten CAN-Bus 4 einschaltet.
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2 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform einer
elektronischen Schaltereinrichtung 5, die in dem gezeigten
Beispiel durch eine Anzahl von Logik-Gattern gebildet ist, die zur Bildung
der vorgegebenen (Festkörper-)Logik- Schalteinrichtung
verbunden sind. Als eine Funktion des logischen Wertes eines Steuersignals
BUS_A von der internen Steuereinheit 8 schaltet die Schaltung
selektiv die Kommunikation über
den ersten CAN-Bus 2 ab und sie verbindet gleichzeitig
die CAN-Steuerung 9 und den zweiten CAN-Bus 4,
um eine Kommunikation über den
zweiten CAN-Bus 4 zu ermöglichen.
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Gemäß 2 haben
die ersten und zweiten Schnittstellenschaltungen 10, 11 jeweils
einen Ausgangsanschluss 12, 13, der die von dem
ersten bzw. zweiten CAN-Bus 2 bzw. 4 empfangenen
Daten liefert; und einen ersten Eingangsanschluss 16, 17 zum Empfang
und zum Senden der von der CAN-Steuerung 9 erzeugten Daten
an den ersten bzw. zweiten CAN-Bus 2, 4. Die ersten
und zweiten Schnittstellenschaltungen 10, 11 haben
weiterhin jeweils einen zweiten Eingangsanschluss 14, 15 zum
Empfang eines Signals, auf dessen Grundlage sie die Verbindung mit
dem ersten bzw. zweiten CAN-Bus 2, 4 einschalten/abschalten.
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Die
CAN-Steuerung 9 hat einen Ausgangsanschluss 18,
der die Daten für
das Aussenden liefert, und einen Eingangsanschluss 19,
der Ausgangsdaten von der ersten oder zweiten Schnittstellenschaltung 10 oder 11 empfängt. In
Verbindung mit dem Vorstehenden sollte darauf hingewiesen werden,
dass die CAN-Steuerung 9, die interne Steuereinheit 8 und
die Schnittstellenschaltungen 10, 11 in der Technik üblich sind
und daher nicht ausführlich beschrieben
werden.
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Unter
Bezugnahme auf das Beispiel nach 2 ist zu
erkennen, dass der Schalterkreis 5 eine erste Schaltung 20 umfasst,
die ihrerseits ein erstes Logik-Gatter 21 umfasst,
das eine logische NAND-Funktion ausführt und einen ersten Eingang, der
das Steuersignal BUS_A von der internen Steuereinheit 8 empfängt, und
einen zweiten Eingang aufweist, der mit dem Ausgangsanschluss 12 der
ersten Schnittstellenschaltung 10 verbunden ist. Der Schalterkreis 5 umfasst
weiterhin ein zweites Logik-Gatter 22, das als ein Inverter
wirkt und zwei miteinander und mit dem ersten Eingang des ersten
Logik-Gatters 21 verbundene Eingänge und einen Ausgang aufweist,
der mit dem zweiten Eingang 15 der zweiten Schnittstellenschaltung 11 verbunden
ist. Ein drittes Logik-Gatter 23 führt eine NAND-Logikfunktion
aus und hat einen ersten mit dem Ausgang des zweiten Logik-Gatters 22 verbundenen
Eingang und einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgangsanschluss 13 der
zweiten Schnittstellenschaltung 11 verbunden ist.
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Die
erste Schaltung 20 umfasst weiterhin ein viertes Logik-Gatter 24,
das eine logische NAND-Funktion ausführt, und das einen ersten mit dem
Ausgang des ersten Logik-Gatters 21 verbundenen Eingang,
einen zweiten mit dem Ausgang des dritten Logik-Gatters 23 verbundenen
Eingang und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingangsanschluss 19 der
CAN-Steuerung 9 verbunden ist.
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In
Verbindung mit dem Vorstehenden sollte darauf hingewiesen sein,
dass die erste Schaltung 20 weiterhin eine erste interne
Leitung 26 zum Verbinden des Ausgangsanschlusses 18 der
CAN-Steuerung mit dem ersten Eingangsanschluss 16, 17 der ersten
und zweiten Schnittstellenschaltung 10, 11 umfasst.
Eine zweite interne Leitung 27 ist mit dem zweiten Eingangsanschluss 14 der
ersten Schnittstellenschaltung 10 verbunden und liefert
diesem ein Steuersignal BUS_A von der internen Steuerschaltung 8.
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Anhand
der 1 und 2 ist zu erkennen, dass der
Schalterkreis 5 vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise
auch eine zweite Schaltung 28 zur Aufnahme – über eine
Sende-Empfangs-Leitung 30, die vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise einen Teil des Übertragungssystems 1 bildet – eines
Informationssignals INF umfasst, das anzeigt, dass alle die elektronischen
Zentralsteuereinheiten 3 auf den zweiten CAN-Bus 4 "umgeschaltet" wurden.
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Im
Einzelnen hat die zweite Schaltung 28 einen ersten Anschluss 31,
der mit der Sende-Empfangs-Leitung 30 verbunden ist und
ein Informationssignal INF aufweist, das einen ersten, beispielsweise niedrigen
Logikpegel aufweist, wenn die Kommunikation der elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 über den
ersten CAN-Bus 2 freigegeben
ist, während er
einen zweiten, beispielsweise hohen Logikpegel aufweist, wenn die
elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 alle von dem ersten
CAN-Bus 2 auf den zweiten CAN-Bus 4 "umgeschaltet" wurden, das heißt, wenn
die Kommunikation über
den zweiten CAN-Bus 4 eingeschaltet wurde.
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Die
zweite Schaltung 28 umfasst weiterhin einen zweiten Anschluss 32,
der das Steuersignal BUS_A von der internen Steuereinheit 8 empfängt, und
einen dritten Anschluss 32, der mit der internen Steuerschaltung 8 verbunden
ist, um ein SENSE-(Mess-)Signal zu liefern, das anzeigt, dass die anderen
elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 des Übertragungssystems 1 "umgeschaltet" wurden, das heißt, dass
der zweite CAN-Bus eingeschaltet wurde.
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In
Verbindung mit dem Vorstehenden sei darauf hingewiesen, dass die
elektronische Schaltung 5, und insbesondere die erste Schaltung 20 durch
andere Verbindungen und einer Kombination von anderen Logik-Gattern
definiert werden kann, als die, die vorstehend beschrieben wurden,
und dennoch die gleiche Schaltfunktion ergibt, wie der Schalterkreis 5.
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Das
Datenübertragungssystem
arbeitet wie folgt. Anfänglich
steuert durch Implementieren einer vorgegebenen Serie von Datenkommunikations-Steueroperationen
(Netzwerk-Kommunikations-Steuersoftware) und mit Hilfe eines Steuersignals
BUS_A, das beispielsweise einen hohen Logik-Pegel aufweist, jede
interne Steuereinheit 8 den Schalterkreis 5 so
an, dass er die CAN-Steuerung 9 und den ersten CAN-Bus 2 verbindet.
An dieser Stufe ist der zweite CAN-Bus 4 dadurch abgeschaltet,
dass er von der CAN-Steuerung 9 getrennt ist, so dass die elektronischen
Zentralsteuereinheiten 3 ausschließlich über den ersten CAN-Bus 2 kommunizieren.
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Im
Einzelnen schaltet das Steuersignal BUS_A, das von der internen
Steuerschaltung 8 erzeugt wird und einen hohen Logik-Wert
aufweist, die erste Schnittstellenschaltung 10 ein und
schaltet die zweite Schnittstellenschaltung 11 ab. In dem
gezeigten Beispiel verbindet über
die Logik des elektronischen Schalterkreises 5 das Steuersignal
BUS_A den Ausgangsanschluss 18 der CAN-Steuerung 9 mit dem ersten
Eingangsanschluss 16 der ersten Schnittstellenschaltung 10,
so dass die von der CAN-Steuerung 9 erzeugten Signale über den
ersten CAN-Bus 2 ausgesandt werden können. Der Einganganschluss 19 der
CAN-Steuerung 9 ist andererseits mit dem Ausgangsanschluss 12 der
ersten Schnittstellenschaltung 10 verbunden, so dass die Signale
an die CAN-Steuerung 9 von dem ersten CAN-Bus 2 ausgesandt
werden können.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass aufgrund des zweiten Logik-Gatters 22 das
Signal an dem zweiten Eingangsanschluss 15 der zweiten
Schnittstellenschaltung 11 einen niedrigen Logik-Wert hat, der
die zweite Schnittstellenschaltung 11 und damit die Kommunikation
zwischen der CAN-Steuerung 9 und dem zweiten CAN-Bus 4 abschaltet.
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Wenn
bei einer oder mehreren der elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 Kommunikationsprobleme über den
ersten CAN-Bus 2 auftreten, liefert die interne Steuereinheit 8 in
jeder elektronischen Zentralsteuereinheit 3 Befehle an
den jeweiligen Schalterkreis 5 – mit Hilfe des Steuersignals
BUS_A (dessen Logik-Wert beispielsweise von hoch auf niedrig schaltet) – um die
Verbindung zwischen der jeweiligen CAN-Steuerung 9 und
dem ersten CAN-Bus 2 abzuschalten. Gleichzeitig wird die
Verbindung zwischen der CAN-Steuerung 9 und dem zweiten
CAN-Bus 4 freigegeben oder eingeschaltet, so dass die Kommunikationen
zwischen den elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 auf
den zweiten CAN-Bus 4 "verschoben" werden, der somit
die Aufgabe des aktiven CAN-Bus des Datenübertragungssystems 1 übernimmt.
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Im
Einzelnen schaltet an dieser Stufe das Steuersignal BUS_A, das von
der internen Steuerschaltung 8 erzeugt wird, auf einen
niedrigen Logik-Wert, um auf diese Weise die zweite Schnittstellenschaltung 11 einzuschalten
und die erste Schnittstellenschaltung 10 abzuschalten.
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Als
solche wird die zweite Schnittstellenschaltung 11 durch
den Empfang eines Signals mit einem hohen Logik-Wert an dem zweiten
Eingangsanschluss 15 eingeschaltet, und die erste Schnittstellenschaltung 10 wird
durch den Empfang eines Signals mit einem niedrigen Logik-Wert an
dem zweiten Eingangsanschluss 14 abgeschaltet.
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Im
Einzelnen ermöglicht
das Einschalten der zweiten Schnittstellenschaltung 11 die
Verbindung zwischen dem zweiten CAN-Bus 4 und dem ersten Eingangsanschluss 17 und
dem Ausgangsanschluss 13 der zweiten Schnittstellenschaltung 11,
während das
Abschalten der ersten Schnittstellenschaltung 10 die Verbindung
zwischen dem ersten CAN-Bus 2 und dem ersten Eingangsanschluss 16 und
dem Ausgangsanschluss 12 abschaltet.
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Damit
verbindet die Logik des Schalterkreises 5 den Ausgangsanschluss 18 und
den Eingangsanschluss 19 der CAN-Steuerung 9 mit
dem ersten Eingangsanschluss 17 bzw. dem Ausgangsanschluss 13 der
zweiten Schnittstellenschaltung 11, so dass die CAN-Steuerung 9 der
elektronischen Zentralsteuereinheit 3 über den zweiten CAN-Bus 4 kommuniziert.
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In
Verbindung mit dem Vorstehenden sei darauf hingewiesen, dass bei
der Feststellung beispielsweise einer Änderung des Logik-Pegels des
Informationssignals INF das Umschalten der Kommunikation von dem
ersten CAN-Bus 2 auf den zweiten CAN-Bus 4 von
allen den elektronischen Zentralsteuer-einheiten 3 durchgeführt wird.
In dem gezeigten Beispiel wird das Umschalten der elektronischen Steuereinheiten
von dem ersten CAN-Bus 2 auf den zweiten CAN-Bus 4 durch
die zweite elektronische Schaltung 28 sichergestellt, die
mit Hilfe des Informationssignals INF die Koordination des Startens
des Sendens und des Empfangs aller elektronischen Zentralsteuereinheiten 3 über den
zweiten CAN-Bus 4 ergibt.
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Im
Gegensatz zu bekannten Datenübertragungssystemen
hat das vorstehend beschriebene Datenübertragungssystem 1 den
großen
Vorteil der Verwendung von lediglich einer CAN-Steuerung für jede elektronische
Zentralsteuereinheit 3, wodurch die Herstellungskosten
des Datenübertragungssystems 1 verringert
werden.
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Weiterhin
macht die Verwendung von elektronischen Festkörper-Schalterkreisen 5 mit
einem Logik-Schalterkreis innerhalb jeder elektronischen Zentralsteuereinheit 3 das
Datenübertragungssystem äußerst zuverlässig und
stellt eine vollständige Datenübertragungs-Redundanz
in beiden seriellen CAN-Bussen 2 und 4 sicher.