EP2633640A1 - Netzwerk und verfahren zum betreiben eines netzwerks - Google Patents

Netzwerk und verfahren zum betreiben eines netzwerks

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Publication number
EP2633640A1
EP2633640A1 EP11775743.5A EP11775743A EP2633640A1 EP 2633640 A1 EP2633640 A1 EP 2633640A1 EP 11775743 A EP11775743 A EP 11775743A EP 2633640 A1 EP2633640 A1 EP 2633640A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
subscriber
line
central
coupling unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11775743.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Döring
Olaf Krieger
Andreas Titze
Henning Harbs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP2633640A1 publication Critical patent/EP2633640A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0238—Electrical distribution centers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/02—Details
    • H04L12/10—Current supply arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H04L12/40045—Details regarding the feeding of energy to the node from the bus
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a network and a method for operating a network.
  • Control units in motor vehicles can be connected via various bus systems, such as e.g. CAN, MOST, FlexRay or LIN bus systems.
  • the bus systems mentioned differ in their properties, such as e.g. a data rate of data to be transmitted, plug and cable types, number of connectable to the bus control units, maximum allowable cable length, etc.
  • a power supply of the control units can be made from an electrical system, usually via so-called terminals.
  • Control units can only be supplied with energy when needed or constantly from a vehicle electrical system.
  • Ethernet In contrast to CAN, FlexRay and LIN bus systems, Ethernet allows DC-free communication. In case of Ethernet realized bus systems can thus a
  • Communication signal usually an AC signal
  • the control unit comprises a coupling unit for feeding and / or for detecting a signal, wherein the coupling unit has a common potential with another connected to the bus system Unit uses.
  • control units from a vehicle electrical system are supplied with energy, then there may be a need to transform a voltage level of the vehicle electrical system voltage to a voltage level of an operating voltage of the respective control unit.
  • a voltage level of the vehicle electrical system voltage i.a. so-called switching regulators and so-called series regulators can be used.
  • Switching regulator an input voltage of the switching regulator is periodically switched on or off and given to a memory element. Depending on the ratio of on and off time is at the output of the switching regulator or the memory element a specific
  • Average voltage Advantageous in this case are a low power loss, but disadvantageous a high Wegungsaufwyer and EMC interference due to the fast switching operations.
  • the technical problem is to provide a network and a method for operating a network, which ensures a reduction of network elements, in particular elements for wiring, and a simple and secure and
  • Proposed is a network, in particular a network in a motor vehicle.
  • the network here is preferably a DC-free network, in particular an Ethernet network.
  • the network comprises a central participant and at least a first participant.
  • the central subscriber can be a central control unit, in particular a so-called gateway.
  • the first subscriber may be a peripheral controller.
  • the network may include other participants in addition to the first participant.
  • the central participants and the at least one first participant are connected via at least a first cable.
  • further subscribers can be connected to the central subscriber via additional cables in each case. Overall, this results in a so-called
  • the central subscriber comprises at least one signal coupling unit and at least one power coupling unit.
  • the signal coupling unit is an AC voltage auf josgbar on at least a first line of the first cable or tapped from this.
  • the AC voltage serves to transmit data for communication between the central subscriber and the first subscriber. Communication is possible bidirectionally.
  • sending data characterizes e.g. the central subscriber has a corresponding AC voltage on the at least first line of the first cable.
  • the central subscriber accesses the corresponding AC voltage from the at least first line of the first cable.
  • a DC voltage with a predetermined first voltage level can be impressed onto the first line of the first cable.
  • the AC voltage and the DC voltage can therefore be impressed simultaneously on the first line of the first cable. It is therefore possible to modulate the AC voltage to the DC voltage.
  • the power coupling unit can further DC voltage with a
  • predetermined further voltage level on a second line of the first cable be imprinted.
  • the first cable So here includes two lines and can be performed for example as a double cable.
  • the at least one first subscriber also comprises a signal coupling unit and at least one energy coupling unit.
  • the signal coupling unit is a
  • the signal coupling unit is used for bidirectional communication with the central subscriber by means of a signal impressed on the first line
  • the first DC voltage which can be impressed on the first line of the first cable by the central subscriber can be tapped off from the at least first line of the first cable.
  • the further DC voltage which can be impressed by the central subscriber on the second line of the first cable can be tapped off from the second line of the first cable.
  • the first DC voltage is a first operating voltage of the first
  • the part of Energy coupling unit of the first subscriber can be transformed into the first operating voltage of the first subscriber. Furthermore, the first operating voltage can be applied to at least one first input of the first subscriber.
  • the first DC voltage is in this case a first operating voltage of the first subscriber or in such a transformable. It thus corresponds to one for operating the subscriber, e.g. a control unit, necessary supply voltage, such as a
  • the further DC voltage is a further operating voltage of the first subscriber or, e.g. by means of a voltage transformer, the element of
  • Energy coupling unit of the first subscriber can be transformed into the further operating voltage.
  • the further operating voltage can likewise be applied to the first or a further input of the first subscriber.
  • the first predetermined voltage level of the first DC voltage is different here from the further predetermined voltage level of the further DC voltage.
  • the first participant may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied or which require voltages with different levels.
  • the first operating voltage can be used to supply a microcontroller of the first subscriber.
  • Operating voltage can serve a voltage supply of storage units of the first subscriber.
  • predetermined voltage level from the central participant to the first participant and the second line a DC voltage with the other predetermined .
  • Voltage level is transferable, the two voltage levels are different.
  • the further operating voltage is thus only then able to be applied to the first input of the first subscriber, if the further predetermined voltage level of the other
  • Energy coupling unit of the first subscriber may be, is transformed to the first predetermined voltage level, ie the voltage level of the other
  • Operating voltage is equal to the voltage level of the first operating voltage. In this scenario, it advantageously results that DC voltages with different voltage levels can be transmitted on both lines. This results in an increase in the line cross-section, which advantageously a higher power from central participant to the first participant, in particular to the first input of the first participant, can be transmitted.
  • the voltage level of the further operating voltage is different from the voltage level of the first operating voltage, wherein the further
  • Operating voltage in this scenario can be applied to another input of the first participant.
  • the first DC voltage may be the first operating voltage and directly, so without intermediate voltage converter, be applied to the first input of the first subscriber and the other DC voltage further
  • Storage units of the first subscriber can be used.
  • one voltage level corresponds to the other
  • Ground input of the first participant can be applied. This results in an advantageous manner that the first participant does not have to be connected to a vehicle ground connection, since a corresponding ground potential is provided by means of the second line of the first cable from the central participant available. Thus, a complex Wiring of the first subscriber to be avoided with a vehicle or on-board electrical ground connection.
  • the central subscriber can be connected to the first subscriber via a predetermined number of lines, wherein by means of the power coupling unit of the central subscriber to at least one line of the predetermined number of lines a DC voltage can be imposed, the voltage level corresponds to an acse potential, wherein by means of the energy coupling unit of first subscriber this DC voltage from the at least one line of the predetermined number of lines can be tapped and applied to a ground input of the first participant.
  • the remaining lines of the predetermined number of lines serve to transmit at least two DC voltages with different voltage levels.
  • the central participant and the first participant are electrically connected via two pairs, ie four lines.
  • one, ie a total of three, DC voltages can be impressed on three lines by means of the energy coupling unit of the central participant and tapped by the energy coupling unit of the first participant, wherein at least two of the three, but preferably all three DC voltages have different voltage levels.
  • On the fourth, remaining line by means of the power coupling unit of the central participant a DC voltage Jerusalemgbar whose voltage level corresponds to a ground potential, by means of the power coupling unit of the first subscriber this DC voltage from the fourth line can be tapped and applied to a ground input of the first participant.
  • Participant at least one voltage converter, wherein by means of the at least one voltage converter, the first or the further operating voltage is variable in its voltage level.
  • the changed in their voltage level first operating voltage can be applied to at least one other input of the first participant.
  • the first participant comprises e.g. a first input for powering a microcontroller and a second input for supplying memory units, so can by means of the
  • Voltage transformer e.g. the first of the first cable of the first cable
  • Operating voltage tapped DC voltage can be transformed so that it can be applied to the second input, whereby energy for supplying the memory units can also be transmitted via the first line of the first cable.
  • the energy coupling unit of the first subscriber may comprise further voltage transformers, by means of which the first operating voltage can be transformed to a voltage level of further inputs of the first subscriber. Analogously, the changed in their voltage level second operating voltage to the first or at least one further input of the first participant can be applied.
  • the first subscriber comprises a signaling unit or is assigned to the first subscriber a signaling unit, wherein by means of the signaling unit in a switched-off or sleeping state of the first
  • the demand signal is from the
  • Signaling unit to the central subscriber via at least one connecting the first and the central subscriber line transferable.
  • the demand signal can be transferable via the first and / or the second line and / or a further line connecting the first and the central subscriber.
  • a sleep state denotes an energy-saving state of the first participant.
  • a power supply of the first subscriber takes place in such a way that, when awakened, he is put out of the sleep state into an operating state which is the same as the operating state which the first subscriber had when activating this sleep state. This forms the essential difference to the disconnected state of the subscriber.
  • the first participant When switched off from the off state, the first participant in a
  • Initial state offset which usually does not correspond to the operating state in which the first participant was turned off. Also, an energy requirement of the first subscriber in the off state is lower than in the sleep state.
  • the demand signal serves for signaling a communication requirement of the first party.
  • a switched-off state or sleep state thus reduces the energy consumption of the first participant in comparison with an operating or
  • waking may also be initiated upon signaling of a need for communication by the first party.
  • backward awakening advantageously allows a simple operation of the network, which is inexpensive from a control logic, in the so-called subnetwork mode.
  • the term backward awakening here comprises the awakening or switching on signaling a need for communication of the first participant.
  • a demand signal may be generated if a communication need of the first participant is detected.
  • a communication requirement of the first subscriber can be made by evaluating signals from a sensor which is assigned directly to the first subscriber.
  • a direct association can be understood, for example, as meaning that the sensor is physically connected to an input interface of at least the first subscriber, for example via at least one line.
  • the sensor can be connected directly to the input interface of at least the first subscriber, ie that signals of the sensor directly to the first participant and not via other participants in the first. Subscriber, such as in a bus system to be transmitted.
  • the sensor may be hardwired to the first party. It can also be understood by a direct association that the sensor is physically connected exclusively to the first subscriber, for example via at least one line.
  • the senor can also be a control element which can be operated manually, e.g. by a motor vehicle driver, is operable.
  • the sensor may be an operating element of an electric window, wherein the operating element is physically connected to a control unit of the servomotor for adjusting the window pane.
  • the control unit of the servomotor is in this case the first participant according to the invention. Operates e.g. one
  • Participant detected and thus generates a demand signal.
  • the associated sensor generated generating a demand signal can be realized in an advantageous manner independent of a central logic backward awakening.
  • the sensor no longer has to be connected to a central control unit, for example the central one
  • Participants physically, for example via lines, be connected to a
  • the demand signal is detectable by means of the central subscriber, wherein by means of the power coupling unit of the central subscriber, the first DC voltage on the first line of the first cable and the further DC voltage on the second line of the first cable can be imprinted, if the demand signal is detected.
  • the first subscriber By impressing the first DC voltage, the first subscriber is turned on from a turned-off state or woken up from a sleep state. In a further advantageous manner, this results in that the first participant is only then supplied with the first operating voltage from the central participant, that is turned on or woken up, if the central participant detects the demand signal.
  • the energy coupling unit of the central participant and other DC voltages on a predetermined number of lines that connect the central and the first participant can be aufoniagbar, at least two of the impressed DC voltages have different voltage levels, if the demand signal is detected.
  • at least two of the impressed DC voltages have different voltage levels, if the demand signal is detected.
  • Ground potential corresponds, if the demand signal is detected.
  • a demand voltage with a predetermined voltage level can be generated by means of the signaling unit as a demand signal, wherein by means of the
  • the demand voltage on at least one of the first and the central participant connecting line can be impressed.
  • the demand voltage may be a DC voltage. This results in an advantageous manner that the demand signal can be transmitted via existing elements for electrical connection between the central subscriber and the first subscriber.
  • the demand voltage can be tapped from the first line and to a
  • Detection input of the central participant can be applied.
  • an evaluation unit of the central participant is evaluated whether the voltage applied to the detection input voltage exceeds a predetermined voltage level.
  • the power coupling unit of the central subscriber by means of the power coupling unit of the central subscriber, the first DC voltage to the first line of the first cable and the further DC voltage to the second line of the first cable auf josgbar if the voltage applied to the detection input voltage exceeds the predetermined voltage level.
  • This advantageously results in an easy-to-implement mode of operation of the previously described reverse awakening.
  • by comparison of the transmitted demand voltage with a predetermined voltage level can be a no-voltage independent wake-up or turn on realize.
  • a level of the required voltage is less than a level of the first operating voltage of the first subscriber and / or an operating voltage of the central subscriber. Is e.g. a level of the first operating voltage of the first
  • Subscriber 5 V may be a level of the required voltage, for example, 2 volts. If a level of the required voltage is lower than a level of an operating voltage of the central subscriber, the required voltage can not be used to wake up or switch on the central subscriber and in particular not to supply power to the central subscriber
  • Demand voltage or one transmitted from the first participant to the central participant DC voltage can be supplied with energy.
  • a level of the required voltage may be smaller than the levels of all the operating voltages of the first subscriber. This results in an advantageous manner that little energy for signaling a communication needs to be transmitted from the first participant to the central participant, whereby the backward awakening is designed to save energy.
  • the signaling unit of the first subscriber comprises at least one switching unit.
  • the signaling unit can be connected to a voltage source by means of the switching unit.
  • the voltage source can be a battery or a
  • the signaling unit may additionally comprise at least one voltage converter, wherein the voltage converter can be connected to the voltage source by means of the switching unit.
  • an output voltage of the voltage source may be higher or lower than the level of the required voltage.
  • the bulking source may be e.g. be the electrical system or the electrical system battery.
  • the voltage converter is a level of the output voltage of the voltage source to the level of the required voltage convertible.
  • the demand voltage is then applied to at least the first line of the first cable when the switching unit establishes an electrical connection between the Signaling unit and the voltage source.
  • the switching unit can in this case be controlled by means of a control unit, wherein the control unit comprises e.g.
  • the switching unit may be directly connected to the sensor, which is assigned directly to the first participant. This results in an advantageous manner that a demand signal regardless of a state of the first subscriber, in particular independent of an off state or a sleep state of the first
  • Participant can be transmitted to the central participant.
  • the leads of the first and possibly further cables serve mainly one
  • the applied operating voltage is to be selected depending on a DC resistance, a length and a current flow through the first and second line.
  • a first and further direct voltage impressed by the central participant should be chosen such that a
  • the voltage converter can be a previously explained longitudinal regulator.
  • the The first line of the first cable tapped DC voltage can be lowered in their voltage level.
  • the network is in this case designed according to the previously described embodiments of the network.
  • Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment of a first
  • Fig. 6 is a schematic representation of another embodiment of a first
  • Fig. 7 is a schematic representation of another embodiment of a first
  • Fig. 8 is a schematic representation of another embodiment of a
  • the network 1 comprises a central subscriber 2, which can also be referred to as a gateway. Furthermore, the network 1 comprises a first subscriber 3, a second subscriber 4, a third subscriber 5 and a fourth subscriber 6.
  • the central subscriber 2 is connected to the first subscriber 3 via a first cable 7. Analogously, the central participant 2 with the participants 4, 5, 6 via a second cable 8, a third cable 9 and a fourth cable 10th connected.
  • the central participant 2 thus serves as a star point in a so-called
  • the central subscriber 2 comprises a microcontroller 1 1 with a so-called MAC unit (Media Access Control Unit) 12. Furthermore, the central subscriber 2 comprises an Ethernet switch 13 and for each to the central subscriber 2
  • an energy coupling unit 14 which is designed as a DC voltage coupler.
  • a structure of a further subscriber 3, 4, 5, 6 is explained by way of example in the structure of the first subscriber 3.
  • the first subscriber 3 likewise comprises an energy coupling unit 15, which is likewise designed as a DC voltage coupler.
  • Subscriber 3 has a microcontroller 16 with an internal MAC unit 17, to which a physical layer 18 of the network, ie the Ethernet, is connected. Furthermore, the first subscriber 3 comprises a control unit periphery 19 for executing predetermined ones
  • the MAC unit 17 of the first subscriber 3 contained in the microcontroller 16 regulates an Ethernet communication with the central subscriber 2.
  • the Ethernet switch 13 of the central user 2 converts in the transmission direction digital signals of the MAC unit 12 in analog transmission signals and distributes them in a so-called point-to-point communication to the respective communication branches, which are used as cable 7, 8, 9, 10 are shown.
  • the physical layer 18 digitizes these analog signals again.
  • the microcontroller 1 1 of the central participant 2 are the microcontroller 1 1 of the central participant 2 .
  • Network information available From this it is possible to derive a need for communication with regard to the further subscribers 3, 4, 5, 6.
  • the further subscribers 3, 4, 5, 6 can be selectively switched on or off as required. This switching on or off is done by turning on or off one by means of
  • the DC voltages are separated from the communication signal in the power coupling unit 15.
  • the DC voltages serve to supply power to the microcontroller 16, the communication signal (Ethernet signal) being supplied to the MAC unit 17.
  • the microcontroller 16 can switch on the control unit periphery 19 and thus operate, for example, the input / output interface (IO interface) of the first user 3.
  • the power coupling units 14 in this case couple a first DC voltage having a first predetermined voltage level to the first line 21 and a second DC voltage having a second predetermined voltage level to the second line 22 of the cables 7, 8, 9, 10 which are supplied from a central voltage source 20 Is made available.
  • the impressed DC voltages serve as the first and second operating voltage of the other
  • the second subscriber 4 requires a first operating voltage of 5 V and a second operating voltage of 3.3 V.
  • the third subscriber 5 requires a first operating voltage of 5 V and a second operating voltage of 1.6 V.
  • the fourth participant 6 requires a first
  • the power coupling units 14 of the central subscriber and / or the power coupling units 15 of the other participants 3, 4, 5, 6 comprise voltage transformers, by means of from the central voltage source 20 provided voltage to the required operating voltages of the other participants 3, 4, 5, 6 is adjustable.
  • Network management is reduced and a robustness of the network is increased. Since the combination of active and disconnected further participants 3, 4, 5, 6 is arbitrary, thus can be realized in an advantageous manner any subnetwork operation.
  • FIG. 2 is a schematic view of a central participant 2 is shown. Here, in particular, the impressing of an alternating voltage and a first and second
  • a signal coupling unit of the central subscriber 2 in this case comprises a first capacitance C1, a second capacitance C2, a first inductance L1 and a second inductance L2.
  • the first capacitance C1 and the first inductance L1 are arranged in the first line 21 of the first cable 7.
  • the second capacitance C2 and the second inductance L2 are arranged in a second line 22 of the first cable 7.
  • the Inductors L1, L2 serve as common-mode choke (common-mode choke).
  • This common mode choke has several equal but bifilar wound windings, which are in opposite directions flowed through by a working current. Their magnetic fields at the core of the
  • the common mode choke serves to dampen spurious emissions (EMI).
  • the energy coupling unit 14 of the central subscriber 2 comprises an inductance L3 and an inductance L9, wherein a first DC voltage, for example 5 V, is applied to the first line 21 via the inductance L3, which serves to block high frequencies of the communication voltage serving AC can.
  • FIG. 2 shows that the first DC voltage is provided by the central voltage source 20.
  • a second DC voltage for example 3.3 V, can be applied to the second line 22.
  • FIG. 2 shows that the second DC voltage is provided by a further central voltage source 38.
  • a first participant 3 is shown schematically. This includes a
  • Signal coupling unit of the first subscriber 3 analogous to the signal coupling unit of the central subscriber 2, a first capacitor C3 and a second capacitor CA of
  • this signal coupling unit comprises a first inductor L4 and a second inductor L5 of the signal coupling unit of the first subscriber 3.
  • the capacitors C3, C4 and the inductors L4, L5 in this case have the same functionality as the previously explained capacitors C1, C2 and inductors L1, L2 of the signal coupling unit of a central station 2.
  • An energy coupling unit 15 of the first subscriber 3 includes i.a. a coil L6, over which a first
  • DC voltage is tapped from the first line 21.
  • the thus tapped first DC voltage is applied to a first input 23 of the first subscriber 3, that is, corresponds to a first operating voltage of the first subscriber 3.
  • the power coupling unit 15 comprises a first series regulator 24 and a second series regulator 25.
  • About the first series regulator 24 is impressed on the first line 21 first DC voltage, which also corresponds to the first operating voltage to a
  • Participant 3 created.
  • a voltage level of the impressed on the first line 21 first DC voltage of 5 V is transformed to a voltage level of 1, 3 V and applied to a third input 27 of the first subscriber.
  • a second input of the first subscriber 3 can be supplied with a matched operating voltage by means of the DC voltage transmitted via the first line 21.
  • Fig. 3 it is shown that on a second line 22 of the first cable 7, a second
  • FIG. 4 shows a schematic interconnection of a central subscriber 2 and a first subscriber 3, a so-called reverse awakening being explained with reference to the circuit shown in FIG.
  • the central subscriber 2 has a detection input 28. By means of the detection input is impressed on a first line 21
  • the central station 2 has a switching output 29.
  • a switch 30 is switchable, which has a central voltage source 20 with a first line 21 via an inductance L3 and another central
  • Voltage source 38 connects to a second line 22 via an inductor L9.
  • the first subscriber 3 is in this case constructed as shown in Fig. 6. Next has a
  • Signaling unit of the first participant 3 a voltage converter 31 and a diode 32 on. Furthermore, the signaling unit has a switch 33. By means of the switch 33, the voltage converter 31 with an electrical system 34 is electrically connected.
  • Voltage transformer 31 in this case transforms the level of a vehicle electrical system voltage in the amount of e.g. 12V to a lower level, e.g. 2.7V.
  • the Voltage converter 31 and the diode 32 the level of the vehicle electrical system voltage to a level of a required voltage, e.g. 2 V, transformed down.
  • the demand voltage of 2 V is then impressed on the first line 21.
  • the required voltage serves as
  • Fig. 5 is a schematic block diagram of the power supply of a first
  • Subscriber 3 by means of a first and a second line 21, 22 of a first cable 7 (see Fig. 1).
  • the first participant 3 is constructed as shown in Fig. 3.
  • the first input 23 of the first subscriber 3 and the first and the second longitudinal exciter 24, 25 via an inductor L7 and another longitudinal regulator with the second line 22 of the first cable 7 is electrically connected.
  • a second DC voltage of 3.3 V can be impressed by means of an energy coupling unit 14 of a central subscriber 2 (see FIG. 1), which by means of the other
  • Longitudinal regulator 37 is transformed to a voltage level of the first operating voltage (5 V). This results in an advantageous manner an increase in the conductor cross-section, since a current to the power supply of the first subscriber 3 can flow in addition to the first line 21 via the second line 22 to the first participant 3.
  • FIG. 6 shows a voltage supply of a first input of a first subscriber 3 via a first line 21 and a voltage supply of a second and a third input 26, 27 with a lower voltage level by means of a second line 22.
  • a first DC voltage e.g. is impressed on the first line 21 in the amount of 5 V, wherein the first DC voltage of a first
  • Operating voltage of the first participant 3 corresponds. This is tapped off via an inductance L6 from the first line 21 and applied to a first input 23 of the first subscriber 3.
  • a second DC voltage which is lower than the first DC voltage, impressed on the second line 22. This is picked off via an inductance L7 from the second line 22 and applied to a second input 26 of the first subscriber.
  • the second DC voltage corresponds to a second operating voltage of the first subscriber 3.
  • the tapped from the second line 22 second operating voltage can be transformed to a lower voltage compared to this second operating voltage level and to a third input 27 of the first subscriber. 3 be created.
  • tapped first operating voltage in the amount of 5 V, first, to the first input 23 of the first subscriber 3 and a first longitudinal regulator 24 to a second input 26 of first participant 3 is created.
  • a second DC voltage which is lower in comparison with the first DC voltage, which corresponds to the first operating voltage, for example in the amount of 1.3 V, is impressed on the second line 22 of the first cable 7 illustrated in FIG.
  • this is tapped from the second line 22 and applied to a third input 27 of the first participant 3.
  • the tapped from the second line 22 second DC voltage, which corresponds to a second operating voltage serves as a maintenance voltage for registers or memory states.
  • Embodiment of Fig. 7 in an advantageous manner, the operating voltage for the first and the second input 23, 26 of the first subscriber 3 off and provide only the second line 22, the second operating voltage.
  • the information stored in the processors or memory can be preserved.
  • This can also be referred to as a so-called freeze state.
  • the first subscriber 3 can be quickly put back into its previous state (state when switching off or falling asleep) when connecting the first DC voltage in the amount of 5 V. A time-consuming booting or initializing could thus be omitted.
  • FIG. 8 shows that via a first line 21 a first DC voltage of 5 V and on a second line 22 a second one
  • the second line 22 has a ground potential, in particular a potential of a vehicle ground. Via an inductance L8, this ground potential can be tapped off from the second line 22 and applied to a ground input 35 of a first subscriber 3. This can advantageously a first
  • Participants 3 are operated without separate connection to a vehicle ground.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei das Netzwerk (1) einen zentralen Teilnehmer (2) und mindestens einen ersten Teilnehmer (3) umfasst, wobei der zentrale Teilnehmer (2) und der mindestens eine erste Teilnehmer (3) über mindestens ein erstes Kabel (7) verbunden sind, wobei der zentrale Teilnehmer (2) mindestens eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit (14) umfasst, wobei mittels der Signalkopplungseinheit eine Wechselspannung auf mindestens eine erste Leitung (21) des ersten Kabels (7) aufprägbar oder von dieser abgreifbar ist, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (14) eine erste Gleichspannung mit einem ersten vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung (21) des ersten Kabels (7) und eine weitere Gleichspannung mit einem weiteren vorbestimmten Spannungsniveau auf eine zweite Leitung (22) des ersten Kabels (7) aufprägbar ist, wobei der mindestens erste Teilnehmer (3) mindestens eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit (15) umfasst, wobei mittels der Signalkopplungseinheit eine Wechselspannung von der mindestens ersten Leitung (21) des ersten Kabels (7) abgreifbar oder auf diese aufprägbar ist, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (15) die erste Gleichspannung von der ersten Leitung (21) des ersten Kabels (7) und die weitere Gleichspannung von der zweiten Leitung (21) des ersten Kabels (7) abgreifbar ist, wobei die erste Gleichspannung eine erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) ist oder in die erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) transformierbar ist, wobei die erste Betriebsspannung an mindestens einen ersten Eingang (23) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei die weitere Gleichspannung eine weitere Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) ist oder in die weitere Betriebsspannung transformierbar ist, wobei die weitere Betriebsspannung an den ersten Eingang (23) oder einen weiteren Eingang (26, 27, 35) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei das erste vorbestimmte Spannungsniveau der ersten Gleichspannung von dem weiteren vorbestimmten Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung verschieden ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks.

Description

Beschreibung
Netzwerk und Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks
Die Erfindung betrifft ein Netzwerk sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks.
Steuergeräte in Kraftfahrzeugen können über verschiedene Bussysteme, wie z.B. CAN-, MOST-, FlexRay- oder LIN-Bussysteme, kommunizieren. Die genannten Bussysteme unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, wie z.B. einer Datenrate von zu übertragenden Daten, Stecker- und Kabelarten, Anzahl der an das Bussystem anschließbaren Steuergeräte, maximal zulässige Kabellänge usw. Eine Energieversorgung der Steuergeräte kann aus einem Bordnetz heraus erfolgen, in der Regel über so genannte Klemmen. Hierbei können
Steuergeräte nur bei Bedarf oder ständig aus einem Bordnetz heraus mit Energie versorgt werden.
Bei ständig versorgten Steuergeräten besteht die Problematik, dass derartige Steuergeräte die Energiespeicher im Kraftfahrzeug, insbesondere die Bordnetzbatterie, ständig belasten, was zu einer vollständigen Entleerung der Bordnetzbatterie führen kann. Es sind daher Verfahren zum Netzwerkmanagement entwickelt worden, durch welche Steuergeräte bei Bedarf in einen ausgeschalteten Zustand oder einen Schlafzustand versetzt werden können, aus welchem diese dann aufgeweckt werden können. Durch das Ausschalten oder das Versetzen in einen Schlafzustand kann ein Energieverbrauch der Steuergeräte reduziert werden, was zu einer Entlastung der Bordnetzbatterie führt.
Mit dem Ziel weiterer Energieeinsparung werden derzeit Verfahren zu einem Betreiben von Netzwerken in einem so genannten Teilnetzbetrieb entwickelt. Hierbei soll es möglich sein, ausgewählte Steuergeräte auch während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs gezielt an- bzw. abzuschalten und somit nur bei Bedarf miteinander kommunizieren zu lassen. Zur Umsetzung eines derartigen Teilnetzbetriebes ist jedoch eine Integration komplexer Logik in die Transceiverbausteine und Steuergeräte des jeweiligen Bussystems notwendig. Weiterhin ist eine geeignete Steuerung zur Koordination des Netzwerkzustandes notwendig. Dies erhöht die ohnehin hohe Systemkomplexität und begründet ein erhöhtes Fehlerpotential.
Ethernet erlaubt im Gegensatz zu CAN-, FlexRay- und LIN-Bussystemen eine gleichstromfreie Kommunikation. Bei mittels Ethernet realisierten Bussystemen kann somit ein
Kommunikationssignal, in der Regel ein Wechselspannungssignal, auf eine Gleichspannung aufmoduliert werden, ohne dass Einbußen bei einer Qualität der Kommunikation zu befürchten sind. Die DE 10 2008 030 222 A1 offenbart ein Steuergerät zur Kommunikation mit einem differenziellen Bus-System, wobei das Steuergerät eine Koppeleinheit zur Einspeisung und/oder zur Detektion eines Signals umfasst, wobei die Koppeleinheit ein gemeinsames Potential mit einer weiteren an das Bus-System angeschlossenen Einheit nutzt.
Werden Steuergeräte aus einem Bordnetz mit Energie versorgt, so kann ein Bedarf bestehen, ein Spannungsniveau der Bordnetzspannung auf ein Spannungsniveau einer Betriebsspannung des jeweiligen Steuergerätes zu transformieren. Für eine derartige Transformation können u.a. so genannte Schaltregler und so genannte Längsregler eingesetzt werden. Bei einem
Schaltregler wird eine Eingangsspannung des Schaltreglers periodisch ein- bzw. ausgeschaltet- und auf ein Speicherglied gegeben. Je nach dem Verhältnis von Ein- zur Ausschaltzeit stellt sich am Ausgang des Schaltreglers bzw. des Speichergliedes eine bestimmte
Durchschnittsspannung ein. Vorteilhaft sind hierbei eine geringe Verlustleistung, nachteilig jedoch ein hoher Schaltungsaufwänd und EMV-Störungen durch die schnellen Schaltvorgänge.
Längsregler bieten im Gegensatz hierzu den Vorteil einer störungsärmeren
Ausgangsspannung, haben jedoch aufgrund höherer Verlustwärme einen schlechteren
Wirkungsgrad als Schaltregler. Es besteht jedoch die Problematik, dass bei Versorgung der Steuergeräte aus einem Bordnetz einem jeden Steuergerät mindestens einer der vorhergehend beschriebenen Regler zugeordnet sein muss.
Es stellt sich das technische Problem, ein Netzwerk und ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks zu schaffen, welche eine Reduktion von Netzwerkelementen, insbesondere von Elemente zur Verkabelung, gewährleistet und einen einfachen und sicheren sowie
energiesparenden Teilnetzbetrieb erlaubt.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Netzwerk, insbesondere ein Netzwerk in einem Kraftfahrzeug. Das Netzwerk ist hierbei vorzugsweise ein gleichstromfreies Netzwerk, insbesondere ein Ethernet- Netzwerk.
Das Netzwerk umfasst einen zentralen Teilnehmer und mindestens einen ersten Teilnehmer. Der zentrale Teilnehmer kann hierbei ein zentrales Steuergerät, insbesondere ein so genanntes Gateway, sein. Der erste Teilnehmer kann ein peripheres Steuergerät sein. Selbstverständlich kann das Netzwerk noch weitere Teilnehmer neben dem ersten Teilnehmer umfassen. Der zentrale Teilnehmer und der mindestens eine erste Teilnehmer sind über mindestens ein erstes Kabel verbunden. Analog können weitere Teilnehmer über jeweils weitere Kabel mit dem zentralen Teilnehmer verbunden sein. Insgesamt ergibt sich somit eine so genannte
Sterntopologie des erfindungsgemäßen Netzwerks.
Der zentrale Teilnehmer umfasst mindestens eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit. Mittels der Signalkopplungseinheit ist eine Wechselspannung auf mindestens eine erste Leitung des ersten Kabels aufprägbar oder von dieser abgreifbar. Die Wechselspannung dient hierbei der Übertragung von Daten zur Kommunikation zwischen dem zentralen Teilnehmer und dem ersten Teilnehmer. Eine Kommunikation ist hierbei bidirektional möglich. Beim Senden von Daten prägt z.B. der zentrale Teilnehmer eine entsprechende Wechselspannung auf die mindestens erste Leitung des ersten Kabels auf. Beim Empfängen von Daten greift der zentrale Teilnehmer die entsprechende Wechselspannung von der mindestens ersten Leitung des ersten Kabels ab.
Mittels der Energiekopplungseinheit ist eine Gleichspannung mit einem vorbestimmtem ersten Spannungsniveau auf die erste Leitung des ersten Kabels aufprägbar. Die Wechselspannung und die Gleichspannung können daher gleichzeitig auf die erste Leitung des ersten Kabels aufgeprägt sein. Es kann also die Wechselspannung auf die Gleichspannung moduliert werden. Mittels der Energiekopplungseinheit kann weiter eine Gleichspannung mit einem
vorbestimmtem weiteren Spannungsniveau auf eine zweite Leitung des ersten Kabels aufprägbar sein. Das erste Kabel. umfasst hierbei also zwei Leitungen und kann beispielsweise als Doppeladerkabel ausgeführt sein.
Auch der mindestens eine erste Teilnehmer umfasst eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit. Mittels der Signälkopplungseinheit ist eine
Wechselspannung von der mindestens ersten Leitung des ersten Kabels abgreifbar oder auf diese aufprägbar. Die Signalkopplungseinheit dient hierbei der bidirektionalen Kommunikation mit dem zentralen Teilnehmer mittels einer auf die erste Leitung aufgeprägten
Wechselspannung. Mittels der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers ist die erste Gleichspannung, die von dem zentralen Teilnehmer auf die erste Leitung des ersten Kabels aufprägbar ist, von der mindestens ersten Leitung des ersten- Kabels abgreifbar. Weiter ist mittels der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers die weitere Gleichspannung, die von dem zentralen Teilnehmer auf die zweite Leitung des ersten Kabels aufprägbar ist, von der zweiten Leitung des ersten Kabels abgreifbar.
Erfindungsgemäß ist die erste Gleichspannung eine erste Betriebsspannung des ersten
Teilnehmers oder, beispielsweise mittels eines Spannungswandlers, der Teil der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers sein kann, in die erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers transformierbar. Weiter ist die erste Betriebsspannung an mindestens einen ersten Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar.
Die erste Gleichspannung ist hierbei eine erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers oder in eine solche transformierbar. Sie entspricht somit einer zum Betrieb des Teilnehmers, z.B. eines Steuergeräts, notwendigen Versorgungsspannung, beispielsweise einer
Versorgungsspannung von 5 V.
Weiter erfindungsgemäß ist die weitere Gleichspannung eine weitere Betriebsspannung des ersten Teilnehmers oder, z.B. mittels eines Spannungswandler, der Element der
Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers sein kann, in die weitere Betriebsspannung transformierbar. Die weitere Betriebsspannung ist ebenfalls an den ersten oder einen weiteren Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar. Das erste vorbestimmte Spannungsniveau der ersten Gleichspannung ist hierbei vom weiteren vorbestimmten Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung verschieden.
Der erste Teilnehmer kann hierbei über mehrere Eingänge verfügen, an die Spannungen mit jeweils unterschiedlichen Spannungsniveaus anlegbar sind oder die Spannungen mit unterschiedlichen Niveaus erfordern. Beispielsweise kann die erste Betriebsspannung zur Versorgung eines MikroControllers des ersten Teilnehmers dienen. Die weitere
Betriebsspannung kann einer Spannungsversorgung von Speichereinheiten des ersten Teilnehmers dienen.
Wesentlich ist, dass die über die erste. Leitung eine Gleichspannung mit dem ersten
vorbestimmten Spannungsniveau vom zentralen Teilnehmer an den ersten Teilnehmer und über die zweite Leitung eine Gleichspannung mit dem weiteren vorbestimmten.
Spannungsniveau übertragbar ist, wobei die beiden Spannungsniveau verschieden sind.
Die weitere Betriebsspannung ist somit nur dann ebenfalls an den ersten Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar, falls das weitere vorbestimmte Spannungsniveau der weiteren
Gleichspannung, beispielsweise mittels eines Spannungswandlers, der Teil der
Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers sein kann, auf das erste vorbestimmte Spannungsniveau transformiert wird, also das Spannungsniveau der weiteren
Betriebsspannung gleich dem Spannungsniveau der ersten Betriebsspannung ist. In diesem Szenario ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Gleichspannungen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus auf beiden Leitungen übertragen werden können. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung des Leitungsquerschnittes, wodurch in vorteilhafter Weise eine höhere Leistung vom zentralen Teilnehmer zum ersten Teilnehmer, insbesondere zum ersten Eingang des ersten Teilnehmers, übertragen werden kann.
Vorzugsweise ist jedoch auch das Spannungsniveau der weiteren Betriebsspannung vom Spannungsniveau der ersten Betriebsspannung verschieden, wobei die weitere
Betriebsspannung in diesem Szenario an einen weiteren Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar ist. Beispielsweise kann die erste Gleichspannung die erste Betriebsspannung sein und direkt, also ohne zwischengeschaltete Spannungswandler, an den ersten Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar sein und die weitere Gleichspannung die weitere
Betriebsspannung sein und direkt, also ohne zwischengeschaltete Spannungswandler, an einen weiteren Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar sein Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die erste Leitung des ersten Kabels zur Energieversorgung des ersten Eingangs des ersten Teilnehmers, beispielsweise zur Energieversorgung eines Mikrocontrollers des ersten Teilnehmers, genutzt werden kann, wobei die zweite Leitung zur Energieversorgung des zweiten Eingangs des ersten Teilnehmers, beispielsweise zur Energieversorgung von
Speichereinheiten des ersten Teilnehmers, genutzt werden kann.
In einem eingeschalteten bzw. aufgeweckten Zustand des ersten Teilnehmers wird Energie zur Versorgung des ersten Teilnehmers über dieselbe Leitung übertragen, über welche auch ein Übertragen von Wechselspannungssignalen zur Kommunikation bzw. Datenübertragung zwischen den Teilnehmern erfolgt. Somit muss der erste Teilnehmer in vorteilhafter Weise nicht mehr an ein Bordnetz angeschlossen werden bzw. mit diesem zur Energieversorgung verbunden werden. Hierdurch ergibt sich in weiter vorteilhafter Weise, dass Schaltelemente zur elektrischen Verbindung des ersten Teilnehmers mit dem Bordnetz, insbesondere Elemente zur Verkabelung, entfallen können. Insbesondere, wenn der zentrale Teilnehmer neben dem ersten Teilnehmer mit weiteren Teilnehmern verbunden ist, kann eine zentrale Energieversorgung des ersten und der weiteren Teilnehmer vom zentralen Teilnehmer her erfolgen. Hierdurch können in vorteilhafter Weise für den ersten und alle weiteren Teilnehmer Schaltelemente zur elektrischen Verbindung des ersten und der weiteren Teilnehmer mit dem Bordnetz eingespart werden.
In einer weiteren Ausführungsform entspricht ein Spannungsniveau der weiteren
Gleichspannung einem Massepotentiai, wobei die weitere Gleichspannung an einen
Masseeingang des ersten Teilnehmers anlegbar ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der erste Teilnehmer nicht an einen Fahrzeugmasse-Anschluss angeschlossen werden muss, da ein entsprechendes Massepotential mittels der zweiten Leitung des ersten Kabels vom zentralen Teilnehmer zur Verfügung gestellt wird. Somit kann eine aufwändige Verkabelung des ersten Teilnehmers mit einem fahrzeug- oder bordnetzseitigen Masseanschluss vermieden werden.
Auch kann der zentrale Teilnehmer mit dem ersten Teilnehmer über eine vorbestimmte Anzahl von Leitungen verbunden sein, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers auf mindestens eine Leitung der vorbestimmten Anzahl von Leitungen eine Gleichspannung aufprägbar ist, deren Spannungsniveau einem assepotential entspricht, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers diese Gleichspannung von der mindestens einen Leitung der vorbestimmten Anzahl von Leitungen abgreifbar und an einen Masseeingang des ersten Teilnehmers anlegbar ist. Die verbleibenden Leitungen der vorbestimmten Anzahl von Leitungen dienen hierbei der Übertragung von mindestens zwei Gleichspannungen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus.
So ist z.B. vorstellbar, dass der zentrale Teilnehmer und der erste Teilnehmer über zwei Doppeladerkabel, also über vier Leitungen, elektrisch verbunden sind. Hierbei können auf drei Leitungen mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers je eine, also insgesamt drei, Gleichspannungen aufgeprägt und von der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers abgegriffen werden, wobei mindestens zwei der drei, vorzugsweise jedoch alle drei, Gleichspannungen unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen. Auf die vierte, verbleibende Leitung ist mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers eine Gleichspannung aufprägbar, deren Spannungsniveau einem Massepotential entspricht, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers diese Gleichspannung von der vierten Leitung abgreifbar und an einen Masseeingang des ersten Teilnehmers anlegbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Energiekopplungseinheit des ersten
Teilnehmers mindestens einen Spannungswandler, wobei mittels des mindestens einen Spannungswandlers die erste oder die weitere Betriebsspannung in ihrem Spannungsniveau veränderbar ist. Die in ihrem Spannungsniveau veränderte erste Betriebsspannung ist an mindestens einen weiteren Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar. Umfasst der erste Teilnehmer z.B. einen ersten Eingang zur Energieversorgung eines Mikrocontrollers und einen zweiten Eingang zur Versorgung von Speichereinheiten, so kann mittels des
Spannungswandlers z.B. die von der ersten Leitung des ersten Kabels als erste
Betriebsspannung abgegriffene Gleichspannung derart transformiert werden, dass sie an den zweiten Eingang anlegbar ist, wodurch Energie zur Versorgung der Speichereinheiten ebenfalls über die erste Leitung des ersten Kabels übertragen werden kann. Selbstverständlich kann die Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers weitere Spannungswandler umfassen, mittels derer die erste Betriebsspannung auf ein Spannungsniveau von weiteren Eingängen des ersten Teilnehmers transformierbar ist. Analog ist die die in ihrem Spannungsniveau veränderte zweite Betriebsspannung an den ersten oder an mindestens einen weiteren Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erste Teilnehmer eine Signalisierungseinheit oder ist dem ersten Teilnehmer eine Signalisierungseinheit zugeordnet, wobei mittels der Signalisierungseinheit in einem abgeschalteten oder schlafenden Zustand des ersten
Teilnehmers ein Bedarfssignal erzeugbar ist. Das Bedarfssignal ist von der
Signalisierungseinheit an den zentralen Teilnehmer über mindestens eine den ersten und den zentralen Teilnehmer verbindende Leitung übertragbar. Beispielsweise kann das Bedarfssignal über die erste und/oder die zweite Leitung und/oder eine weitere, den ersten und den zentralen Teilnehmer verbindende, Leitung übertragbar sein.
Ein Schlafzustand (Sleep-Modus) bezeichnet einen energiesparenden Zustand des ersten Teilnehmers. Hierbei erfolgt eine Energieversorgung des ersten Teilnehmers derart, dass er bei einem Aufwecken aus dem Schlafzustand in einen Betriebszustand versetzt wird, der dem Betriebszustand gleich ist, den der erste Teilnehmer bei der Aktivierung dieses Schlafzustandes hatte. Dies bildet den wesentlichen Unterschied zum abgeschalteten Zustand des Teilnehmers. Beim Anschalten aus dem abgeschalteten Zustand wird der erste Teilnehmer in einen
Initialzustand versetzt, der in der Regel nicht dem Betriebszustand entspricht, in welchem der erste Teilnehmer abgeschaltet wurde. Auch ist ein Energiebedarf des ersten Teilnehmers im abgeschalteten Zustand geringer als im Schlafzustand.
Das Bedarfssignal dient hierbei zur Signalisierung eines Kommunikationsbedarfs des ersten Teilnehmers. In. einem abgeschalteten Zustand oder Schlafzustand verringert sich also der Energieverbrauch des ersten Teilnehmers im Vergleich mit einem Betriebs- oder
Kommunikationszustand, es kann jedoch keine Kommunikation zwischen dem zentralen Teilnehmer und dem ersten Teilnehmer stattfinden. Tritt ein Kommunikationsbedarf des ersten Teilnehmers in einem derartigen Zustand auf, so muss der erste Teilnehmer aus dem abgeschalteten Zustand oder Schlafzustand aufgeweckt werden. Erfindungsgemäß kann das Aufwecken auch oder ausschließlich bei Signalisierung eines Bedarfs zur Kommunikation durch den ersten Teilnehmer initiiert werden. Dieses so genannte Rückwärts-Wecken ermöglicht in vorteilhafter Weise einen einfachen und von einer Steuerungslogik her unaufwendigen Betrieb des Netzwerks im so genannten Teilnetzmodus. Der Begriff Rückwärts-Wecken umfasst hierbei das Aufwecken oder Anschalten bei Signalisierung eines Bedarfs zur Kommunikation des ersten Teilnehmer.
Ein Bedarfssignal kann beispielsweise, erzeugt werden, falls ein Kommunikationsbedarf des ersten Teilnehmers detektiert wird. Beispielsweise kann ein Kommunikationsbedarf des ersten Teilnehmers durch Auswertung von Signalen eines Sensors erfolgen, der direkt dem ersten Teilnehmer zugeordnet ist. Unter einer direkten Zuordnung kann z.B. verstanden werden, dass der Sensor mit einer Eingabeschnittstelle mindestens des ersten Teilnehmers physikalisch, beispielsweise über mindestens eine Leitung, verbunden ist. Hierbei kann der Sensor direkt mit der Eingabeschnittstelle mindestens des ersten Teilnehmers verbunden sein, d.h. dass Signale des Sensors direkt an den ersten Teilnehmer und nicht über weitere Teilnehmer an den ersten . Teilnehmer, wie z.B. bei einem Bussystem, übertragen werden. Auch kann der Sensor mit dem ersten Teilnehmer fest verdrahtet sein. Auch kann unter einer direkten Zuordnung verstanden werden, dass der Sensor ausschließlich mit dem ersten Teilnehmer physikalisch, beispielsweise über mindestens eine Leitung, verbunden ist.
Der Sensor kann hierbei auch ein Bedienelement sein, welches manuell, z.B. durch einen Kraftfahrzeugführer, bedienbar ist. Beispielsweise kann der Sensor ein Bedienelement eines elektrischen Fensterhebers sein, wobei das Bedienelement physikalisch mit einem Steuergerät des Servomotors zum Verstellen der Fensterscheibe verbunden ist. Das Steuergerät des Servomotors ist hierbei der erfindungsgemäße erste Teilnehmer. Betätigt z.B. ein
Kraftfahrzeugführer das Bedienelement, so wird ein Kommunikationsbedarf des ersten
Teilnehmers detektiert und folglich ein Bedarfssignal erzeugt. .
Durch das aus einer Auswertung von Signalen eines dem ersten Teilnehmer direkt
zugeordneten Sensors initiierte Erzeugen eines Bedarfssignals lässt sich in vorteilhafter Weise ein von einer zentralen Logik unabhängiges Rückwärts-Wecken realisieren. Insbesondere muss der Sensor nicht mehr mit einer zentralen Steuereinheit, beispielsweise dem zentralen
Teilnehmer physikalisch, beispielsweise über Leitungen, verbunden sein, damit ein
Kommunikationsbedarf festgestellt und der erste Teilnehmer aufgeweckt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels des zentralen Teilnehmers das Bedarfssignal detektierbar, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers die erste Gleichspannung auf die erste Leitung des ersten Kabels und die weitere Gleichspannung auf die zweite Leitung des ersten Kabels aufprägbar ist, falls das Bedarfssignal detektiert wird. Durch das Aufprägen der ersten Gleichspannung wird der erste Teilnehmer aus einem abgeschalteten Zustand eingeschaltet oder aus einem Schlafzustand aufgeweckt. In weiterer vorteilhafter Weise ergibt sich hierdurch, dass der erste Teilnehmer erst dann mit der ersten Betriebsspannung vom zentralen Teilnehmer versorgt wird, also eingeschaltet oder aufgeweckt wird, falls der zentrale Teilnehmer das Bedarfssignal detektiert. Selbstverständlich können mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers auch weitere Gleichspannungen auf eine vorbestimmte Anzahl von Leitungen, die den zentralen und den ersten Teilnehmer verbinden, aufprägbar sein, wobei mindestens zwei der aufprägbaren Gleichspannungen unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen, falls das Bedarfssignal detektiert wird. Insbesondere kann auf mindestens eine Leitung der vorbestimmten Anzahl von Leitungen eine Gleichspannung aufprägbar sein, deren Spannungsniveau einem
Massepotential entspricht, falls das Bedarfssignal detektiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Signalisierungseinheit als Bedarfssignal eine Bedarfsspannung mit vorbestimmtem Spannungsniveau erzeugbar, wobei mittels der
Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers die Bedarfsspannung auf mindestens eine den ersten und den zentralen Teilnehmer verbindende Leitung aufprägbar ist. Insbesondere kann die Bedarfsspannung eine Gleichspannung sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Bedarfssignal über bereits vorhandene Elemente zur elektrischen Verbindung zwischen dem zentralen Teilnehmer und dem ersten Teilnehmer übertragen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers die Bedarfsspannung von der ersten Leitung abgreifbar und an einen
Detektionseingang des zentralen Teilnehmers anlegbar. Mittels einer Auswerteeinheit des zentralen Teilnehmers ist auswertbar, ob die am Detektionseingang angelegte Spannung ein vorbestimmtes Spannungsniveau überschreitet. Weiter ist mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers die erste Gleichspannung auf die erste Leitung des ersten Kabels und die weitere Gleichspannung auf die zweite Leitung des ersten Kabels aufprägbar, falls die am Detektionseingang angelegte Spannung das vorbestimmte Spannungsniveau überschreitet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach zu implementierende Funktionsweise des vorhergehend beschriebenen Rückwärts-Weckens. Insbesondere durch Vergleich der übertragenen Bedarfsspannung mit einem vorbestimmten Spannungsniveau lässt sich ein störspannungsunabhängigeres Wecken bzw. Anschalten realisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Niveau der Bedarfsspannung kleiner als ein Niveau der ersten Betriebsspannung des ersten Teilnehmers und/oder einer Betriebsspannung des zentralen Teilnehmers. Ist z.B. ein Niveau der ersten Betriebsspannung des ersten
Teilnehmers 5 V, so kann ein Niveau der Bedarfsspannung beispielsweise 2 V betragen. Ist ein Niveau der Bedarfsspannung kleiner als ein Niveau einer Betriebsspannung des zentralen Teilnehmers, so kann die Bedarfsspannung nicht zum Aufwecken oder Einschalten des zentralen Teilnehmers und insbesondere nicht zur Energieversorgung des zentralen
Teilnehmers dienen. In diesem Fall ist also der zentrale Teilnehmer nicht mittels der
Bedarfsspannung oder einer vom ersten Teilnehmer zum zentralen Teilnehmer übertragenen Gleichspannung mit Energie versorgbar. Auch kann ein Niveau der Bedarfsspannung kleiner sein als die Niveaus aller Betriebsspannungen des ersten Teilnehmers. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass wenig Energie zum Signalisierungen eines Kommunikationsbedarfs vom ersten Teilnehmer an den zentralen Teilnehmer übertragen werden muss, wodurch das Rückwärts-Wecken energiesparend ausgelegt ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Signaiisierungseinheit des ersten Teilnehmers mindestens eine Schalteinheit. Mittels der Schalteinheit ist die Signaiisierungseinheit mit einer Spannungsquelle verbindbar. Die Spannungsquelle kann hierbei eine Batterie oder ein
Akkumulator sein, dessen Ausgangsspannung das Niveau der. Bedarfsspannung aufweist. Auch kann die Signaiisierungseinheit zusätzlich mindestens einen Spannungswandler umfassen, wobei der Spannungswandler mittels der Schalteinheit mit der Spannungsquelle verbindbar ist. In diesem Fall kann eine Ausgangsspannung der Spannungsquelle höher oder niedriger sein als das Niveau der Bedarfsspannung. In diesem Fall kann die Spännungsquelle z.B. das Bordnetz bzw. die Bordnetzbatterie sein. Mittels des Spannungswandlers ist ein Niveau der Ausgangsspannung der Spannungsquelle auf das Niveau der Bedarfsspannung wandelbar. Die Bedarfsspannung wird also dann an mindestens die erste Leitung des ersten Kabels angelegt, wenn die Schalteinheit eine elektrische Verbindung zwischen der Signaiisierungseinheit und der Spannungsquelle herstellt. Die Schaiteinheit kann hierbei mittels einer Steuereinheit gesteuert werden, wobei die Steuereinheit z.B. Signale eines Sensors auswertet, der direkt dem ersten Teilnehmer zugeordnet ist. Auch kann die Schalteinheit direkt mit dem Sensor verbunden sein, der direkt dem ersten Teilnehmer zugeordnet ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Bedarfssignal unabhängig von einem Zustand des ersten Teilnehmers, insbesondere unabhängig von einem ausgeschalteten Zustand oder einem Schlafzustand des ersten
Teilnehmers, an den zentralen Teilnehmer übertragen werden kann.
Die Leitungen des ersten und eventuell weiterer Kabel dienen hauptsächlich einer
Kommunikation zwischen dem zentralen Teilnehmer und dem ersten Teilnehmer. Beim
Aufprägen der ersten und zweiten Gleichspannung vom zentralen Teilnehmer auf die erste und zweite Leitung des ersten Kabels ist zu beachten, dass die angelegte Betriebsspannung abhängig von einem Gleichstromwiderstand, einer Länge und einem Stromfluss durch die erste und zweite Leitung zu wählen ist. Insbesondere sollte eine vom zentralen Teilnehmer aufgeprägte erste und weitere Gleichspannung derart gewählt werden, dass ein
Spannungsabfall über der ersten und zweiten Leitung berücksichtigt wird.
Der Spannungswandler kann hierbei ein vorhergehend erläuterter Längsregler sein.
Insbesondere kann mittels des Spannungswandlers, insbesondere des Längsreglers, die von der ersten Leitung des ersten Kabels abgegriffene Gleichspannung in ihrem Spannungsniveau erniedrigbar sein.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerkes, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Das Netzwerk ist hierbei entsprechend den vorhergehend geschilderten Ausführungsformen des Netzwerks ausgebildet.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 eine schematische Übersicht über ein erfindungsgemäßes Netzwerk,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zentralen Teilnehmers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ersten Teilnehmers,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zentralen und eines ersten Teilnehmers,
Fig.. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines ersten
Teilnehmers,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines ersten
Teilnehmers,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines ersten
Teilnehmers und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines
Teilnehmers.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Netzwerk 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße Netzwerk 1 umfasst einen zentralen Teilnehmer 2, der auch als Gateway bezeichnet werden kann. Weiter umfasst das Netzwerk 1 einen ersten Teilnehmer 3, einen zweiten Teilnehmer 4, einen dritten Teilnehmer 5 und einen vierten Teilnehmer 6. Der zentrale Teilnehmer 2 ist mit dem ersten Teilnehmer 3 über ein erstes Kabel 7 verbunden. Analog ist der zentrale Teilnehmer 2 mit den Teilnehmern 4, 5, 6 über ein zweites Kabel 8, ein drittes Kabel 9 und ein viertes Kabel 10 verbunden. Der zentrale Teilnehmer 2 dient somit als Sternpunkt in einer so genannten
Sterntopologie. Der zentrale Teilnehmer 2 umfasst einen MikroController 1 1 mit einer so genannten MAC-Einheit (Media-Access-Control-Einheit) 12. Weiter umfasst der zentrale Teilnehmer 2 einen Ethernet-Switch 13 und für jeden an den zentralen Teilnehmer 2
angeschlossenen weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 eine Energiekopplungseinheit 14, die als Gleichspannungskoppler ausgebildet ist.
Ein Aufbau eines weiteren Teilnehmers 3, 4, 5, 6 wird beispielhaft am Aufbau des ersten Teilnehmers 3 erläutert. Der erste Teilnehmer 3 umfasst ebenfalls eine Energiekopplungseinheit 15, die ebenfalls als Gleichspannungskoppler ausgebildet ist. Weiter umfasst der erste
Teilnehmer 3 einen Mikrocontroller 16 mit einer internen MAC-Einheit 17, an welche eine physikalische Schicht 18 des Netzwerks, also des Ethernets, angeschlossen ist. Weiter umfasst der erste Teilnehmer 3 eine Steuergeräte-Peripherie 19 zum Ausführen vorbestimmter
Applikationen. Die im Mikrocontroller 16 enthaltene MAC-Einheit 17 des ersten Teilnehmers 3 regelt eine Ethernet-Kommunikation mit dem zentralen Teilnehmer 2.
Der Ethernet-Switch 13 des zentralen Teilnehmers 2 wandelt in Senderichtung digitale Signale der MAC-Einheit 12 in analoge Übertragungssignale und verteilt sie in einer so genannten Punkt-zu-Punkt-Kommunikation auf die jeweiligen Kommunikationszweige, die als Kabel 7, 8, 9, 10 dargestellt sind. In den Teilnehmern 3, 4, 5, 6 digitalisiert die physikalische Schicht 18 diese analogen Signale wieder. Im Mikrocontroller 1 1 des zentralen Teilnehmers 2 sind
Netzwerkinformationen verfügbar. Hieraus lässt sich ein Kommunikationsbedarf bezüglich der weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 ableiten. Aufgrund dieser Netzwerkinformationen können die weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 gezielt bei Bedarf ein- oder ausgeschaltet werden. Dieses Ein- oder Ausschalten erfolgt durch An- oder Abschalten einer mittels der
Energiekopplungseinheiten 14 auf die Leitungen 21 , 22 (siehe z.B. Fig. 4) der Kabel 7, 8, 9, 10 einzukoppelnden Gleichspannung.
Auf den Leitungen 21 , 22 der Kabel 7, 8, 9, 10 sind im angeschalteten Zustand der weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 Gleichspannungen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus, die von der Ethernet-Kommunikation überlagert sind, aufgeprägt. Bei dem Empfänger, beispielsweise dem ersten Teilnehmer 3, werden in der Energiekopplungseinheit 15 die Gleichspannungen vom Kommunikationssignal getrennt. Die Gleichspannungen dienen hierbei der Energieversorgung des Mikrocontrollers 16, wobei das Kommunikationssignal (Ethernet-Signal) der MAC-Einheit 17 zugeführt. Bei Bedarf kann der Mikrocontroller 16 die Steuergeräte-Peripherie 19 zuschalten und somit z.B. die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle (I-O-Schnittstelle) des ersten Teilnehmers 3 bedienen. Die Energiekopplungseinheiten 14 koppeln hierbei eine erste Gleichspannung mit einem ersten vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung 21 und eine zweite Gleichspannung mit einem zweiten vorbestimmten Spannungsniveau auf die zweite Leitung 22 der Kabel 7, 8, 9, 10 ein, die von einer zentralen Spannungsquelle 20 zur Verfügung gestellt wird. Die aufgeprägten Gleichspannungen dienen jeweils als erste und zweite Betriebsspannung der weiteren
Teilnehmer 3, 4, 5, 6. Hierbei ist dargestellt, dass der erste Teilnehmer 3 eine erste
Betriebsspannung in Höhe von 5 V, eine zweite Betriebsspannung in Höhe von 3,3 V und eine dritte Betriebsspannung in Höhe von 1 ,6 V benötigt. Der zweite Teilnehmer 4 benötigt eine erste Betriebsspannung in Höhe von 5 V und eine zweite Betriebsspannung in Höhe von 3,3 V. Der dritte Teilnehmer 5 benötigt eine erste Betriebsspannung in Höhe von 5 V und eine zweite Betriebsspannung in Höhe von 1 ,6 V. Der vierte Teilnehmer 6 benötigt eine erste
Betriebsspannung in Höhe von 3,3 V und eine zweite Betriebsspannung in Höhe von 1 ,6 V. Hierbei können die Energiekopplungseinheiten 14 des zentralen Teilnehmers und/oder die Energiekopplungseinheiten 15 der weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 Spannungswandler umfassen, mittels der die von der zentralen Spannungsquelle 20 zur Verfügung gestellte Spannung an die benötigten Betriebsspannungen der weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 anpassbar ist.
Ist keine Gleichspannung auf die Leitungen 21 , 22 der Kabel 7, 8, 9, 10 aufgeprägt, so ist auch die Steuergeräte-Peripherie 19 vollständig abgeschaltet. Ein Ruhestrom kann in diesem Fall 0 A betragen. Ein derartiges Netzwerkmanagement ist somit in vorteilhafter Weise sehr
energieeffizient. Hierbei ist eine zentrale Logik des Netzwerkmanagements im zentralen
Teilnehmer integriert, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine Komplexität des
Netzwerkmanagements reduziert und eine Robustheit des Netzwerks erhöht wird. Da die Zusammenstellung von aktiven und abgeschalteten weiteren Teilnehmern 3, 4, 5, 6 beliebig wählbar ist, lässt sich somit in vorteilhafter Weise ein beliebiger Teilnetzbetrieb realisieren.
In Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines zentralen Teilnehmers 2 dargestellt. Hierbei ist insbesondere das Aufprägen einer Wechselspannung und einer ersten und zweiten
Gleichspannung durch den zentralen Teilnehmer 2 auf eine erste Leitung und eine zweite Leitung 21 , 22 eines ersten Kabels 7 (siehe Fig. 1) dargestellt. Eine Signalkopplungseinheit des zentralen Teilnehmers 2 umfasst hierbei eine erste Kapazität C1 , eine zweite Kapazität C2, eine erste Induktivität L1 und eine zweite Induktivität L2. Hierbei sind die erste Kapazität C1 und die erste Induktivität L1 in der ersten Leitung 21 des ersten Kabels 7 angeordnet. Weiter ist die zweite Kapazität C2 und die zweite Induktivität L2 in einer zweiten Leitung 22 des ersten Kabels 7 angeordnet. Mittels des MikroControllers 11 und der in Fig: 2 nicht dargestellten MAC-Einheit 12 und Ethernet-Switches 13 ist eine Wechselspannung auf die erste und zweite Leitung 21 , 22 aufprägbar. Hierbei dienen die Kondensatoren C1 , C2 einer Entkopplung des zentralen
Teilnehmers 2 von einer auf die erste Leitung 21 aufzuprägenden Gleichspannung. Die Induktivitäten L1 , L2 dienen hierbei als Common-Mode-Choke (Gleichtaktdrossel). Diese Gleichtaktdrossel hat mehrere gleiche, aber bifilar gewickelte Wicklungen, die gegensinnig von einem Arbeitsstrom durchflössen werden. Ihre magnetischen Felder im Kern der
Gleichtaktdrossel heben sich auf. Die Gleichtaktdrossel dient hierbei der Dämpfung von Störemissionen (EMI). Die Energiekopplungseinheit 14 des zentralen Teilnehmers 2 umfasst eine Induktivität L3 und eine Induktivität L9, wobei über die Induktivität L3, die zum Blockieren von hohen Frequenzen der der Kommunikation dienenden Wechselspannung dient, eine erste Gleichspannung, beispielsweise 5 V, auf die erste Leitung 21 gelegt werden kann. In Fig. 2 ist dargestellt, dass die erste Gleichspannung von der zentralen Spannungsquelle 20 bereitgestellt wird. Über die Induktivität L9, die ebenfalls zum Blockieren von hohen Frequenzen der der Kommunikation dienenden Wechselspannung dient, kann eine zweite Gleichspannung, beispielsweise 3,3 V, auf die zweite Leitung 22 gelegt werden. In Fig. 2 ist dargestellt, dass die zweite Gleichspannung von einer weiteren zentralen Spannungsquelle 38 bereitgestellt wird.
In Fig. 3 ist schematisch ein erster Teilnehmer 3 dargestellt. Hierbei umfasst eine
Signalkopplungseinheit des ersten Teilnehmers 3 analog zur Signalkopplungseinheit des zentralen Teilnehmers 2 eine erste Kapazität C3 und eine zweite Kapazität CA der
Signalkopplungseinheit des ersten Teilnehmers 3. Weiter umfasst diese Signalkopplungseinheit eine erste Induktivität L4 und eine zweite Induktivität L5 der Signalkopplungseinheit des ersten Teilnehmers 3. Die Kapazitäten C3, C4 und die Induktivitäten L4, L5 üben hierbei die gleiche Funktionalität wie die vorhergehend erläuterten Kapazitäten C1 , C2 und Induktivitäten L1 , L2 der Signalkopplungseinheit eines zentralen Teilnehmers 2 aus. Eine Energiekopplungseinheit 15 des ersten Teilnehmers 3 umfasst u.a. eine Spule L6, über welche eine erste
Gleichspannung von der ersten Leitung 21 abgegriffen wird. Hierbei ist dargestellt, dass die derart abgegriffene erste Gleichspannung an einen ersten Eingang 23 des ersten Teilnehmers 3 angelegt wird, also einer ersten Betriebsspannung des ersten Teilnehmers 3 entspricht.
Weiter umfasst die Energiekopplungseinheit 15 einen ersten Längsregler 24 und einen zweiten Längsregler 25. Über den ersten Längsregler 24 wird die auf die erste Leitung 21 aufgeprägte erste Gleichspannung, die gleichzeitig der ersten Betriebsspannung entspricht, auf ein
Spannungsniveau von 3,3 V gewandelt und an einen zweiten Eingang 26 des ersten
Teilnehmers 3 angelegt. Mittels des zweiten Längsreglers 25 wird ein Spannungsniveau der auf die erste Leitung 21 aufgeprägten ersten Gleichspannung von 5 V auf ein Spannungsniveau von 1 ,3 V transformiert und an einen dritten Eingang 27 des ersten Teilnehmers angelegt.
Somit können drei Eingänge des ersten Teilnehmers 3 mittels der über die erste Leitung 21 übertragenen Gleichspannung mit einer angepassten Betriebsspannung versorgt werden. In Fig. 3 ist dargestellt, dass auf eine zweite Leitung 22 des ersten Kabels 7 eine zweite
Gleichspannung mit einem Spannungsniveau von 0 V aufgeprägt ist. In Fig. 4 ist eine schematische Zusammenschaltung eines zentralen Teilnehmers 2 und eines ersten Teilnehmers 3 gezeigt, wobei ein so genanntes Rückwärts-Wecken anhand der in Fig. 4 dargestellten Schaltung erläutert wird. Der zentrale Teilnehmer 2 weist einen Detektiönseingang 28 auf. Mittels des Detektionseingangs ist eine auf einer ersten Leitung 21 aufgeprägte
Spannung abgreifbar. Weiter weist der zentrale Teilnehmer 2 einen Schaltausgang 29 auf. Mittels des Schaltausgangs 29 ist ein Schalter 30 schaltbar, der eine zentrale Spannungsquelle 20 mit einer ersten Leitung 21 über eine Induktivität L3 und eine weitere zentrale
Spannungsquelle 38 mit einer zweiten Leitung 22 über eine Induktivität L9 verbindet. Der erste Teilnehmer 3 ist hierbei wie in Fig. 6 dargestellt aufgebaut. Weiter weist eine
Signalisierungseinheit des ersten Teilnehmers 3 einen Spannungswandler 31 sowie eine Diode 32 auf. Weiter weist die Signalisierungseinheit einen Schalter 33 auf. Mittels des Schalters 33 ist der Spannungswandler 31 mit einem Bordnetz 34 elektrisch verbindbar. Der
Spannüngswandler 31 transformiert hierbei das Niveau einer Bordnetzspannung in Höhe von z.B. 12 V auf ein niedrigeres Niveau, z.B. 2,7 V. Über der Diode 32 fällt zusätzlich eine so genannte Vorwärtsspannung der Diode 32 mit einer vorbestimmten Höhe, z.B. 0,7 V, ab. Ist der Schalter 33 geschlossen, so ist die erste Leitung 21 über die Induktivität L6, die Diode 32, den Spannungswandler 31 und den Schalter 33 mit dem Bordnetz verbunden. Durch den
Spannungswandler 31 und die Diode 32 wird das Niveau der Bordnetzspannung auf ein Niveau einer Bedarfsspannung, z.B. 2 V, herunter transformiert. Die Bedarfsspannung in Höhe von 2 V wird dann auf die erste Leitung 21 aufgeprägt. Die Bedarfsspannung dient hierbei als
Bedarfssignal, wobei mittels des Bedarfssignals in einem abgeschalteten oder schlafenden Zustand des ersten Teilnehmers 3 ein Kommunikationsbedarf an den zentralen Teilnehmer 2 übertragbar ist. In einem schlafenden oder abgeschalteten Zustand des ersten Teilnehmers 3 ist der Schalter 30 geöffnet, d.h. auf die erste Leitung 21 wird keine Betriebsspannung für den ersten Teilnehmer 3 aufgeprägt. Somit ist auf der ersten Leitung 21 keine Spannung
aufgeprägt. Wird der Schalter 33 der der Signalisierungseinheit des ersten Teilnehmers 3 geschlossen, so wird die Bedarfsspannung mit dem vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung 21 aufgeprägt. Mittels des Detektionseingangs 28 des zentralen Teilnehmers 2 wird diese Bedarfsspannung über die Induktivität L3 von der ersten Leitung 21 abgegriffen. Mittels einer nicht dargestellten Aüswerteeinheit, die z.B. in den MikroController 11 des zentralen Teilnehmers 1 integriert sein kann, wird ausgewertet, ob die am Detektionseingang 28 angelegte Spannung ein vorbestimmtes Spannungsniveau, insbesondere das vorbestimmte Spannungsniveau der Bedarfsspannung, überschreitet. Falls die am Detektionseingang 28 angelegte Spannung das vorbestimmte Spannungsniveau überschreitet, so wird mittels des Schaltausgangs 29 der Schalter 30 derart gesteuert, dass dieser geschlossen wird und die zentrale Spannungsquelle 20 mit dem ersten Teilnehmer 3 über die Induktivität L3 gekoppelt wird. Hierdurch wird eine erste Gleichspannung mit einem Spannungsniveau von
beispielsweise 5 V auf die erste Leitung 21 und eine zweite Gleichspannung mit einem Spannungsniveau von beispielsweise 3,3 V auf die zweite Leitung 22 aufgeprägt und der erste Teilnehmer 3 mit einer ersten Betriebsspannung und einer zweiten Betriebsspannung versorgt. Gleichzeitig kann der Schalter 33 wieder geöffnet werden.
In Fig. 5 ist ein schematisches Blockschaltbild der Spannungsversorgung eines ersten
Teilnehmers 3 mittels einer ersten und einer zweiten Leitung 21 , 22 eines ersten Kabels 7 (siehe Fig. 1) dargestellt. Hierbei ist der erste Teilnehmer 3 wie in Fig. 3 dargestellt aufgebaut. Zusätzlich ist jedoch der erste Eingang 23 des ersten Teilnehmers 3 sowie der erste und der zweite Längsreger 24, 25 über eine Induktivität L7 und einen weiteren Längsregler mit der zweiten Leitung 22 des ersten Kabels 7 elektrisch verbunden. Auf die zweite Leitung 22 kann mittels einer Energiekopplungseinheit 14 eines zentralen Teilnehmers 2 (siehe Fig. 1) eine zweite Gleichspannung in Höhe von 3,3 V aufgeprägt werden, die mittels des weiteren
Längsreglers 37 auf ein Spannungsniveau der ersten Betriebsspannung (5 V) transformiert wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung des Leiterquerschnittes, da ein Strom zur Energieversorgung des ersten Teilnehmers 3 zusätzlich zur ersten Leitung 21 auch über die zweite Leitung 22 hin zum ersten Teilnehmer 3 fließen kann.
In Fig. 6 ist eine Spannungsversorgung eines ersten Eingangs eines ersten Teilnehmers 3 über eine erste Leitung 21 sowie eine Spannungsversorgung eines zweiten und eines dritten Eingangs 26, 27 mit einem niedrigerem Spannungsniveau mittels einer zweiten Leitung 22 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass z.B. mittels der Energiekopplungseinheit 14 eines zentralen Teilnehmers 2 (siehe Fig. 1 ) eine erste Gleichspannung z.B. in Höhe von 5 V auf die erste Leitung 21 aufgeprägt wird, wobei die erste Gleichspannung einer ersten
Betriebsspannung des ersten Teilnehmers 3 entspricht. Diese wird über eine Induktivität L6 von der ersten Leitung 21 abgegriffen und an einen ersten Eingang 23 des ersten Teilnehmers 3 angelegt. Mittels des der Energiekopplungseinheit 14 oder einer weiteren
Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers 2 wird eine zweite Gleichspannung, die niedriger als die erste Gleichspannung ist, auf die zweite Leitung 22 aufgeprägt. Diese wird über eine Induktivität L7 von der zweiten Leitung 22 abgegriffen und an einen zweiten Eingang 26 des ersten Teilnehmers angelegt. Somit entspricht die zweite Gleichspannung also einer zweiten Betriebsspannung des ersten Teilnehmers 3. Mittels eines Längsreglers 36 kann die von der zweiten Leitung 22 abgegriffene zweite Betriebsspannung auf ein im Vergleich zu dieser zweiten Betriebsspannung niedrigeres Spannungsniveau transformiert werden und an einen dritten Eingang 27 des ersten Teilnehmers 3 angelegt werden.
In Fig. 7 ist im Unterschied zu Fig. 6 dargestellt, dass die von der ersten Leitung 21
abgegriffene erste Betriebsspannung in Höhe von 5 V erstens an den ersten Eingang 23 des ersten Teilnehmers 3 und über einen ersten Längsregler 24 an einen zweiten Eingang 26 des ersten Teilnehmers 3 angelegt wird. Eine im Vergleich zur ersten Gleichspannung, die der ersten Betriebsspannung entspricht, niedrigere zweite Gleichspannung, z.B. in Höhe von 1 ,3 V, wird auf die zweite Leitung 22 des in Fig. 1 dargestellten ersten Kabels 7 aufgeprägt. Mittels einer Induktivität L7 wird diese von der zweiten Leitung 22 abgegriffen und an einen dritten Eingang 27 des ersten Teilnehmers 3 angelegt. In vorteilhafter Weise dient die von der zweiten Leitung 22 abgegriffene zweite Gleichspannung, die einer zweiten Betriebsspannung entspricht, als Erhaltungsspannung für Register oder Speicherzustände. Somit kann man in einer
Ausführungsform nach Fig. 7 in vorteilhafter Weise die Betriebsspannung für den ersten und den zweiten Eingang 23, 26 des ersten Teilnehmers 3 abschalten und nur noch über die zweite Leitung 22 die zweite Betriebsspannung bereitstellen. Somit können die in den Prozessoren oder Speicher gespeicherten Informationen erhalten bleiben. Dies kann auch als so genannter Freeze-Zustand bezeichnet werden. In einem derartigen Fall kann der erste Teilnehmer 3 beim Zuschalten der ersten Gleichspannung in Höhe von 5 V schnell wieder in seinen vorherigen Zustand (Zustand beim Abschalten oder Einschlafen) versetzt werden. Ein zeitaufwändiges Booten oder Initialisieren könnte somit entfallen.
In Fig. 8 ist im Unterschied zu Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt, dass über eine erste Leitung 21 eine erste Gleichspannung in Höhe von 5 V und auf eine zweite Leitung 22 eine zweite
Gleichspannung in Höhe von 0 V aufgeprägt wird. Die zweite Leitung 22 weist hierbei ein Massepotential, insbesondere ein Potential einer Fahrzeugmasse, auf. Über eine Induktivität L8 ist dieses Massepotential von der zweiten Leitung 22 abgreifbar und an einen Masseeingang 35 eines ersten Teilnehmers 3 anlegbar. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein erster
Teilnehmer 3 ohne separaten Anschluss an eine Fahrzeugmasse betrieben werden.
Bezugszeichenliste
Netzwerk
zentraler Teilnehmer
erster Teilnehmer
zweiter Teilnehmer
dritter Teilnehmer
vierter Teilnehmer
erstes Kabel
zweites Kabel
drittes Kabel
viertes Kabel
Mikrocontroller
MAC-Einheit
Ethernet-Switch
Energiekopplungseinheit
Energiekopplungseinheit
Mikrocontroller
MAC-Einheit
physikalische Schicht
Steuergeräte-Peripherie
zentrale Versorgungsspannung
erste Leitung
zweite Leitung
erster Eingang
erster Längsregler
zweiter Längsregler
zweiter Eingang
dritter Eingang
Detektionseingang
Schaltausgang
Schalter
Spannungswandler
Diode
Schalter
Bordnetzspannung
Masseeingang
Längsregler 37 Längsregler
38 weitere zentrale Spannungsquelle C1 erste Kapazität
C2 zweite Kapazität
C3 erste Kapazität
C4 zweite Kapazität
L1 erste Induktivität
L2 zweite Induktivität
L3 Induktivität
L4 erste Induktivität
L5 zweite Induktivität
L6 Induktivität
L7 Induktivität
L8 Induktivität
L9 Induktivität

Claims

Patentansprüche
1 ) Netzwerk, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei das Netzwerk (1 ) einen
zentralen Teilnehmer (2) und mindestens einen ersten Teilnehmer (3) umfasst, wobei der zentrale Teilnehmer (2) und der mindestens eine erste Teilnehmer (3) über mindestens ein erstes Kabel (7) verbunden sind, wobei der zentrale Teilnehmer (2) mindestens eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit (14) umfasst, wobei mittels der Signalkopplungseinheit eine Wechselspannung auf mindestens eine erste Leitung (21) des ersten Kabels (7) aufprägbar oder von dieser abgreifbar ist, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (14) eine erste
Gleichspannung mit einem ersten vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung (21 ) des ersten Kabels (7) und eine weitere Gleichspannung mit einem weiteren vorbestimmten Spannungsniveau auf eine zweite Leitung (22) des ersten Kabels (7) aufprägbar ist, wobei der mindestens erste Teilnehmer (3) mindestens eine
Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit (15) umfasst, wobei mittels der Signalkopplungseinheit eine Wechselspannung von der mindestens ersten Leitung (21 ) des ersten Kabels (7) abgreifbar oder auf diese aufprägbar ist, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (15) die erste Gleichspannung von der ersten Leitung (21 ) des ersten Kabels (7) und die weitere Gleichspannung von der zweiten Leitung (21 ) des ersten Kabels (7) abgreifbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Gleichspannung eine erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) ist . oder in die erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) transformierbar ist, wobei die erste Betriebsspannung an mindestens einen ersten Eingang (23) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei die weitere Gleichspannung eine weitere
Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) ist oder in die weitere Betriebsspannung transformierbar ist, wobei die weitere Betriebsspannung an den ersten Eingang (23) oder einen weiteren Eingang (26, 27, 35) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei das erste vorbestimmte Spannungsniveau der ersten Gleichspannung von dem weiteren vorbestimmten Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung verschieden ist.
2) Netzwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung einem Massepotential entspricht, wobei die weitere
Gleichspannung an einen Masseeingang (35) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist.
3) Netzwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekopplungseinheit (15) des ersten Teilnehmers (3) mindestens einen
Spannungswandler (24, 25) umfasst, wobei mittels des mindestens einen Spannungswandlers (24, 25) die erste oder die weitere Betriebsspannung in ihrem Spannungsniveau veränderbar ist, wobei die in ihrem Spannungsniveau veränderte erste Betriebsspannung an einen weiteren Eingang (26, 27) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei die in ihrem Spannungsniveau veränderte weitere Betriebsspannung an den ersten Eingang (23) oder an einen weiteren Eingang (26, 27) des ersten
Teilnehmers (3) anlegbar ist.
4) Netzwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit umfasst, wobei mittels der
Signalisierungseinheit in einem abgeschalteten oder schlafenden Zustand des ersten Teilnehmers (3) ein Bedarfssignal erzeugbar ist, wobei das Bedarfssignal von der Signalisierungseinheit an den zentralen Teilnehmer (2) über mindestens eine den ersten und. den zentralen Teilnehmer (3, 2) verbindende Leitung übertragbar ist.
5) Netzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zentralen
Teilnehmers (2) das Bedarfssignal detektierbar ist, wobei mittels der
Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers (2) die erste Gleichspannung auf die erste Leitung (21) des ersten Kabels (7) und die weitere Gleichspannung auf die zweite Leitung (22) des ersten Kabels (7) aufprägbar ist, falls das Bedarfssignal detektiert wird.
6) Netzwerk nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Signalisierungseinheit als Bedarfssignal eine Bedarfsspannung mit vorbestimmten Spannungsniveau erzeugbar ist, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (15) des ersten Teilnehmers (3) die Bedarfsspannung auf eine den ersten und den zentralen Teilnehmer (3, 2) verbindende Leitung aufprägbar ist.
7) Netzwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der
Energiekopplungseinheit (14) des zentralen Teilnehmers (2) die Bedarfspannung von der den ersten und den zentralen Teilnehmer (3, 2) verbindende Leitung abgreifbar ist und an einen Detektionseingang (28) des zentralen Teilnehmers (2) anlegbar ist, wobei mittels einer Auswerteeinheit des zentralen Teilnehmers (2) auswertbar ist, ob die am Detektionseingang (28) angelegte Spannung ein vorbestimmtes Spannungsniveau überschreitet, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (14) des zentralen Teilnehmers (2) die erste Gleichspannung auf die erste Leitung (21 ) des' ersten Kabels (7) und die weitere Gleichspannung auf die zweite Leitung (22) des ersten Kabels (7) aufprägbar ist, falls die am Detektionseingang (28) angelegte Spannung das vorbestimmtes Spannungsniveau überschreitet.
8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niveau der Bedarfsspannung kleiner als ein Niveau der ersten Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) und/oder einer Betriebsspannung des zentralen Teilnehmers (2) ist.
9) Netzwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Signalisierungseinheit des ersten Teilnehmers (3) mindestens eine Schalteinheit umfasst, wobei die Signalisierungseinheit mittels der Schalteinheit mit einer
Spannungsquelle verbindbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei das Netzwerk (1) einen zentralen Teilnehmer (2) und mindestens einen ersten Teilnehmer (3) umfasst, wobei der zentrale Teilnehmer (2) und der mindestens erste Teilnehmer (3) über mindestens ein erstes Kabel (7) verbunden sind, wobei der zentrale Teilnehmer (2) mindestens eine. Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit (14) umfasst, wobei in einem Kommunikationszustand des ersten Teilnehmers (3) mittels der Signalkopplungseinheit eine Wechselspannung auf mindestens eine erste Leitung
(21) des ersten Kabels (7) aufgeprägt oder abgegriffen wird, wobei mittels der
Energiekopplungseinheit (14) eine erste Gleichspannung mit einem ersten vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung (21) und eine weitere Gleichspannung mit einem weiteren vorbestimmten Spannungsniveau auf eine zweite Leitung (22) des ersten Kabels (7) aufgeprägt wird, wobei der mindestens erste Teilnehmer (3) mindestens eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit (15) umfasst, wobei mittels der Signalkopplungseinheit eine Wechselspannung von der mindestens ersten Leitung (21) des ersten Kabels (7) abgegriffen oder auf diese aufgeprägt wird, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (15) die erste Gleichspannung von der mindestens ersten Leitung (21) und die weitere Gleichspannung von der zweiten Leitung
(22) des ersten Kabels (7) abgegriffen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Gleichspannung eine erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) ist oder in die erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) transformiert wird, wobei die erste Betriebsspannung an mindestens einen ersten Eingang (23) des ersten
Teilnehmers (3) angelegt wird, wobei die weitere Gleichspannung eine weitere
Betriebsspannung des ersten Teilnehmers (3) ist oder in die weitere Betriebsspannung transformiert wird, wobei die weitere Betriebsspannung an den ersten Eingang (23) oder an einen weiteren Eingang (26, 27, 35) des ersten Teilnehmers (3) angelegt wird, wobei das erste vorbestimmte Spannungsniveau der ersten Gleichspannung von dem weiteren vorbestimmten Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung verschieden ist.
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