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STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere für ein Verkehrsmittel, mit mehreren aus Einzelkomponenten wie Steuergeräten, Sensoren und/oder Aktoren zusammengesetzten Modu- len und einem Datenbus zur Ansteuerung und/oder Funktionsprüfung der Module, wobei die Module für deren unabhängige Funktionsprüfung vor der Montage mit einer Schnittstelle zur Funktionsprüfung und mit einem Stromversorgungsanschluss pro Modul versehen sind, die im Verkehrsmittel eingebauten Module mit dem Datenbus verbunden sind und über den Datenbus nach der Montage der Module im Verkehrsmittel eine On-Board- Diagnose durchführbar ist .
Komplexe Gesamtsysteme sind heute aus vielen Einzelkomponen- ten aufgebaut, die bei der Montage in vielen Einzelprozessen zusammengebaut werden müssen. Beim Montagevorgang der Einzel- komponenten, bspw. bei Verkehrsmitteln, treten vom Personal verursachte Fehler auf, die erst am Ende des Montageprozesses erkennbar sind und zu aufwendigen Rückbauaktionen am Ende des Montageprozesses führen.
Vor allem bei Kraftfahrzeugen wird die Montage aus Einzelkomponenten am Band zunehmend durch die Montage mit Modulen abgelöst. Jedes Modul bildet dabei ein Subsystem, das aus meh- reren Einzelkomponenten besteht . Jedes Modul kann mehrere Sensoren, Aktoren, Steuergeräte und mechanische Komponenten aufweisen und bildet ein kompakte, am Band komplett montierbare Einheit. Zu derartigen Modulen gehören ein komplett bestücktes Fahrzeug-Cockpit, ein Front- oder ein Antriebsmodul
für ein Verkehrsmittel. Bei der Montage des Gesamtsystems aus derartigen Modulen sind Montagefehler bereits bei der vorgezogenen, separaten Modulprüfung und dadurch wesentlich früher erkennbar, als bei der Montage der Einzelkomponenten und ei- ner abschließenden Montageprüfung am Gesamtsystem.
Für eine standardisierte Prüftechnik und Fehlerdiagnose der Module ist der Einsatz eines einheitlichen elektrischen Modulzugangs erforderlich, der mittels Digitalsignalen eine differenzierte Auswertung der Module zulässt. Der einheitliche elektrische Modulzugang löst den ausstattungsindividuellen Kabelbaum aus separaten elektrischen Leitungen ab, der bei Variationen der Modulausstattungen bisher jeweils in anderer Ausstattung zu montieren war, was auch zu vielfältigen und aufwendigen Varianten bei der Prüftechnik führt.
Als einheitlicher elektrischer Modulzugang ist eine Schnittstelle zu einem Datenbus geeignet. Datenbussysteme sind heute zur elektrischen Kommunikation zwischen Steuergeräten im Fahrzeug im Einsatz. Je nach Fahrzeughersteller und Si- cherheits- bzw. Übertragungsgeschwindigkeitsanforderungen sind bei der Antriebstechnik bspw. der CAN-Bus oder bei der Telematik ein D2B- oder MOST-Datenbus im Einsatz. Die Datenbussysteme variieren darüber hinaus noch zwischen den einzel- nen Fahrzeugherstellern, so dass neben dem CAN- auch der LIN- Bus eingesetzt wird. Dadurch entsteht bei jedem Fahrzeughersteller eine große Typenvielfalt, die abhängig von der Fahrzeugausstattung ist. Deswegen ist der Kabelbaum mit auch das kostenintensivste Teil der Fahrzeug-Elektrik/-Elektronik.
In Fahrzeugen wird bisher der Kabelbaum mit den konventionellen elektrischen Leitungen, die bspw. Aktoren wie Bedienschalter eines Armaturenbretts ansteuern, und mit den Datenbussen durch einen sequentiellen, mechanischen Montageprozess im Fahrzeug zuerst verlegt und dann mit den Aktoren, Sensoren und Steuergeräten nacheinander verbunden. Bis zur vollständigen Montage aller Komponenten ist daher eine Funktionsprüfung
der Subsysteme bzw. des Gesamtsystems naturgemäß nicht möglich.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist der Datenbus mit einem Breitband-Sendemittel verbunden, welches Datenbusnachrichten verschiedener Datenbussysteme im Multiplexverfahren parallel auf den Datenbus aufschaltet, und jedes Modul weist 'einen Signalverteiler auf, der die komponentenspezifischen Signale für die Einzelkomponenten innerhalb des Moduls erzeugt.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass für eine standardi- sierte Prüftechnik bei der aus den Modulen aufgebauten Vorrichtung, eine einheitliche Ankopplung an einen Datenbus erforderlich ist, der die verschiedenen Datenbussignale, wie das CAN-, LIN- , MOST-Busprotokoll u.a., direkt übertragen kann. Innerhalb eines ersten Moduls ist beispielsweise dann ein erster interner MOST-Datenbus integriert, dessen Signale über die Schnittstelle des Moduls auf den breitbandigen Datenbus eingekoppelt werden. Der breitbandige Datenbus überträgt die eingekoppelten Signale an ein anderes Modul, das intern bspw. mit einem zweiten internen CAN-Datenbus ausges- tattet ist. Im Signalverteiler können die MOST-Signale dann direkt in die Signale für die Einzelkomponenten zerlegt werden. Andererseits könnten die CAN-Signale per Multiplexverfahren, bspw. in einem anderen Frequenzband parallel zur ersten Datenübertragung der MOST-Signale an das erste Modul übertragen werden, um im dortigen Signalverteiler in die Signale für die Einzelkomponenten des ersten Moduls zerlegt zu werden .
Der breitbandige Datenbus ist mit den Modulen über eine ein- heitliche Schnittstelle verbunden. Die Schnittstelle jedes Moduls ermöglicht das direkte Einkoppeln der vom Modul kommenden Signale im Zeit- oder Frequenzmultiplexverfahren auf den breitbandigen Datenbus. Der Datenbus kann als optischer
Datenbus, insbesondere mit einem faseroptischen Leiter, ausgeführt sein. Eine opto-elektrische Wandlung ist dann an jedem Modulzugang vorgesehen. Die gewandelten elektrischen Signale werden dann innerhalb des Moduls über einen Signal- Leistungsverteiler an die Einzelkomponenten weiterübertragen. Zum Beispiel können neben der eigentlichen Kommunikation auch Diagnosesignale für eine Einzelkomponente vorgesehen sein, wodurch dann die Einzelkomponente, bspw. ein Steuergerät, hinsichtlich dessen Funktionsfähigkeit überprüfbar ist.
Der Datenbus zwischen den Modulen ist bevorzugt ein breitban- diger optischer Datenbus mit hinreichender Sicherheitstechnik. Die Zuverlässigkeit des Datenbusses wird insbesondere durch eine Fehlererkennung und einen Notbetrieb gewährleis- tet . Der Datenbus ist deswegen als sogenanntes Backbone-
Netzwerk mit ausfallsicherer Struktur vorgesehen. Der breitbandige Datenbus ist in der Lage, die unterschiedlichen Bus- protokolle der verschiedenen Fahrzeughersteller, bspw. CAN, MOST u.a., auf einem einzigen Datenbus zu übertragen. Dabei kann der breitbandige Datenbus eine Übertragung ohne eigenes, zusätzliches Protokoll ermöglichen. In diesem Fall kann ein Signal eines internen Datenbusses innerhalb eines Moduls direkt auf den breitbandigen Datenbus mittels eines Multiplex- Verfahrens eingekoppelt werden. Dabei wird beispielsweise ein höherfrequentes Bussignal eines MOST-Datenbusses in einem ersten Frequenzband übertragen und ein CAN-Signal kann in einem niederfrequenteren Frequenzband übertragen werden. Alternativ dazu können die Signale aber auch in einem Zeitmultip- lexverfahren sequentiell über den Datenbus übertragen werden.
Alternativ zum optischen breitbandigen Datenbus kann auch ein elektrischer Datenbus verwendet werden. Dazu kann beispielsweise ein Ein- oder Zweidrahtbus eingesetzt werden, der eine Übertragung unterschiedlicher Signale im Multiplexverfahren zulässt. Verschiedene Datenformate mit unterschiedlichem Taktraten wie CAN-, LIN- oder MOST-Protokolle lassen sich auf dem protokollfreien breitbandigen Multiplex-Datenbus parallel übertragen. Die optische Lösung hat jedoch den Vor-
teil, dass keine EMV-Probleme auf dem Datenbus auftreten und Bauvolumen und die Kosten vergleichsweise gering sind. Ferner besitzt die Lösung mit einem optischen Datenbus ein geringeres Gewicht .
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine einheitliche Schnittstelle zwischen dem breitbandigen Datenbus und den Modulen vorgesehen, wodurch der Datenbus um zusätzliche mit der einheitlichen Schnittstelle versehene Module erweiterbar ist. Für eine standardisierte Prüftechnik ist dies von besonderem Vorteil, da der bisher bei Kraftfahrzeugen verwendete ausstattungsindividuelle Kabelbaum aus Einzelleitern am Modulzu- bzw. -abgang durch eine für alle Module einheitliche Schnittstelle zum breitbandigen Datenbus ersetzt ist. Neben der ein- heitlichen Schnittstelle verfügt jedes Modul lediglich noch über einen gemeinsamen Stromversorgungsanschluss . Die einheitliche Schnittstelle am Modul beschränkt die Variantenvielfalt der Modulverkabelung auf den Innenbereich der Module, d.h. der bisherige Kabelbaum wird im Wesentlichen verein- facht und zwischen den Modulen durch ein ausstattungsneutrales, optisches Backbone-Netz ersetzt.
Die vorliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Funktionsprüfung der beschriebenen Vorrichtung gelöst . Das Verfahren ist zur Funktionsprüfung einer aus einzelnen Modulen aufgebauten Vorrichtung vorgesehen, bei der jedes Modul aus Einzelkomponenten wie Steuergeräten, Sensoren, Aktoren und mechanischen Komponenten zusammengesetzt ist und die Module über eine einheitliche Schnittstelle mit einem Datenbus vernetzt sind, wobei jedes Modul einzeln durch eine Diagnosesignal getestet wird. Das Diagnosesignal wird in einem Signalverteiler in für die Einzelkomponenten spezifische Signale aufgeteilt, die Module werden bei einer zweiten Funktionsprüfung über den Datenbus miteinander vernetzt und im Verbund getestet, wobei Diagnosesignale im Multiplexverfahren in verschiedenen Frequenzkanälen oder unterschiedlichen Zeitschlitzen über den Datenbus übertragen werden und diese Diagnosesignale bei der Übertragung das Datenbusprotokoll beibehal-
ten, mit dem diese innerhalb der Module zu den Einzelkomponenten übertragen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch ein Test der montierten Module möglich, unabhängig von deren innerer
Struktur, da die Datensignale innerhalb der Module direkt auf den breitbandigen Datenbus eingekoppelt werden, ohne dass diese in ein neues Datenbusprotokoll oder -format konvertiert werden müssen. Die Fehlererkennung bei der Datenübertragung kann dann erst innerhalb der Module abgeprüft werden, wodurch auf dem breitbandigen Datenbus die schon innerhalb der Module verwendeten Datenbusprotokolle weiterverwendet werden können.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedes Modul vor seiner Montage zunächst einzeln und dann im Verbund geprüft werden, kann schon sehr früh ein Fehler bei Einzelkomponenten innerhalb der Module erkannt werden, so dass ein Rückbau der einzelnen Module seltener vorkommt. Durch den erfindungsgemäßen breitbandigen Datenbus zwischen den Modulen kann auf den va- riantenreichen Kabelbaum zwischen den Modulen verzichtet werden.' Die einzelnen Module können dann bei unterschiedlichen Zulieferfirmen komplett gefertigt werden. Der Montageprozess im Werk wird vereinfacht, da jedes Modul nach dem Einzeltest unabhängig am Fahrzeugchassis montiert werden kann und der Gesamtest der Vorrichtung im montierten Zustand erfolgen kann, da bereits die Einzelfunktion jedes Moduls getestet wurde. Diese gestaffelte Funktionsprüfung ist im Wesentlichen unabhängig von der internen Struktur jedes Moduls.
Das Breitband-Sendemittel am Datenbus speist die unterschiedlichen Signale der einzelnen Module im Multiplexverfahren auf den breitbandigen Datenbus. Das Breitband-Sendemittel kann innerhalb jeder Modulschnittstelle vorgesehen sein oder beispielsweise nur ein- oder zweimal im System, um die Diagnose- signale in den verschiedene Datenformaten der Module, bspw. in unterschiedlichen Busprotokoll-Formaten, zu erzeugen.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der optische Datenbus mit hinreichender Sicherheit dadurch vorgesehen, dass nach einer Fehlererkennung bei der Übertragung die Stromversorgung durch aufmodulieren des Datensignals als ein Signalersatzpfad verwendet wird. Nachdem ein Fehlermanagementsystem innerhalb der Module oder an den Schnittstellen des Datenbusses einen Fehler erkannt und lokalisiert hat, kann das zu übertragende Signal elektrisch als sogenanntes Powerline-Signal in die Stromversorgungsleitung des jeweili- gen Moduls eingekoppelt werden und' dann im Notbetrieb aus dem Stromversorgungssignal wieder demoduliert werden. Die hochfrequenten Datenbussignale werden dann aus dem Stromversorgungssignals mittels eines Bandpass oder eines anderen Filters wiedergewonnen und können an anderer Stelle wieder in den breitbandigen Datenbus oder ein Modul eingespeist werden.
ZEICHNUNG
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung zwei mit dem breitbandigen Multiplex-Datenbus verbundene Module gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das Verkehrsmittel weist mehrere Module 1, 2 auf, wobei im Beispiel das Modul 1 ein komplettes Armaturenbrett 3 und das Modul 2 eine komplette Antriebseinheit 4 für ein Kraftfahr- zeug umfassen. Das Armaturenbrett 3 bildet eine abgeschlossene Einheit mit einem internen MOST-Bus 5, an dem ein Sensor 6 zur Messung der Temperatur im Fahrzeuginnenraum und als Aktor ein Tachometer 7 zur Anzeige der momentan gefahrenen Geschwindigkeit angeordnet sind. Das Modul 2 weist als An- triebseinheit 4 einen Verbrennungsmotor 8 mit dem zugeordneten Steuergerät 9 zur Steuerung der Zündzeitpunkte, einem weiteren Steuergerät 10, einen Sensor 11 zur Messung der Brennraumdrücke und als Aktor ein Einheit 12 zur Erzeugung
von Zündimpulsen auf. Die beiden Module 1, 2 weisen neben den beschriebenen Einzelkomponenten 5 - 12 noch weitere Einzel- komponenten auf, die hier jedoch nicht näher beschrieben werden. Jedes Modul 1, 2 weist mindestens eine einheitliche Schnittstelle 13 bzw. 14 zur Ankopplung eines breitbandigen Datenbusses 15 über ein Breitband-Sendemittel 16 und eine gemeinsame Stromversorgung 18 für das Modul 1, 2 auf. Die Signalverteiler 17 innerhalb jedes Moduls teilen das Signal dann in Einzelsignale für die Einzelkomponenten auf. Die Module 1, 2 sind beliebig komplexe Einheiten,1 die separat montiert, jeweils einzeln auf deren Funktionsfähigkeit geprüft und danach im Verkehrsmittel verbaut werden können.
Das Verkehrsmittel weist bei einer ersten Ausführungsform ei- nen breitbandigen optischen Datenbus 15 auf, der mit der einheitlichen Schnittstelle 13 des Moduls 1 und mit der einheitlichen Schnittstelle 14 des Moduls 2 verbunden ist. Von dem breitbandigen optischen Datenbus 15 zu unterscheiden sind jeweils die innerhalb der Module 1, 2 vorgesehenen internen Datenbusse 5, die eine Kommunikation zwischen den Einzelkom- ponehten 5-12 des jeweiligen Moduls 1 oder 2 vorsehen. Die internen Datenbusse 5 verbinden insbesondere mehrere Steuergeräte 9, 10 innerhalb desselben Moduls 2.
Der breitbandige optische Datenbus 15 verbindet die einzelnen Module 1, 2 untereinander. Der optische Datenbus 15 ist bevorzugt ein faseroptischer Datenbus 15, der als sogenannter Backbone-Datenbus ausgestaltet ist. Dabei ist der Datenbus 15 über eine einheitliche Schnittstelle 13, 14 mit den Modulen 1, 2 gekoppelt und ohne größere Hardware-Veränderungen oder höheren Montageaufwand mit weiteren Modulen koppelbar. Der Datenbus 15 weist eine ausfallsichere Struktur auf, was insbesondere durch ein Fehlermanagementkonzept gewährleistet ist.
Der breitbandige Datenbus 15 stellt im Wesentlichen ein Übertragungsmedium dar, in das Busprotokoll-Nachrichten anderer Bustypen, wie bspw. das CAN-, D2B- oder MOST-Busprotokoll,
aufgespielt werden können. Der Datenbus 15 benötigt dazu kein eigenes Busprotokoll, sondern es werden im Wesentlichen die innerhalb der Module 1, 2 erforderlichen Busprotokolle mit CAN-Protokoll-Nachrichten oder MOST-Protokoll-Nachrichten in den breitbandigen Datenbus 15 eingekoppelt. Der Datenbus 15 ist ein alle bisher bekannten asynchronen und synchronen Datenbus-Protokolle integrierendes breitbandiges Datenbussystem.
Der Datenbus 15 weist dazu ein Breitband-Sendemittel 16 auf, dass digitale Signale in den optischen Datenbus 15 breitban- dig mittels eines Frequenz-Multiplexverfahrens einkoppeln kann. Dadurch können die durch das Breitband-Sendemittel 16 direkt auf den Datenbus 15 aufgeschalteten Signale im Multip- lexverfahren parallel über den Datenbus 15 übertragen werden. Das Breitband-Sendemittel 16 ist vorgesehen, um die verschiedenen Datenbusprotokolle der Bussysteme der verschiedene Fahrzeughersteller auf dem Datenbus 15 ohne separates oder neues Busprotokoll zu integrieren.
Jedes Modul 1, 2 weist eine Schnittstelle 13, 14 auf, die jeweils mit einem Signalverteiler 17 ausgestattet ist. Dort erfolgt die opto-elektrische Wandlung, so dass das konvertierte Signal dann den Einzelkomponenten 5-12 der Module 1, 2 zuge- führt werden kann. Der Signalverteiler 17 stellt folgende
Funktionen bereit. Die Signale vom breitbandigen Datenbus 15 werden in Signale gewandelt, die zur Kommunikation mit den Einzelkomponenten 5-12 geeignet sind. Dazu gehört auch die Anpassung an neue Komponenten, bspw. bei Lieferantenwechsel. Der Signalverteiler 17 kann als Steuergerät ausgebildet sein und die Steuerung der Einzelkomponenten 5-12, die Signalüberwachung und Fehlerbehandlung innerhalb des Moduls 1, 2 vorsehen. Durch den Signalverteiler 17 wird die Erweiterung um Einzelkomponenten 5-12 oder Module 1, 2 ohne zusätzlichen Ka- belbaum außerhalb der Module 1, 2 möglich. Es können auch nachträglich noch weiteres Steuergerät in ein Modul 1, 2 aufgenommen werden, ohne dass sich an der Hardware des breitbandigen Datenbusses 15 etwas ändert.
Das Breitband-Sendemittel 16 kann bei Bedarf auch in jeder Schnittstelle 13, 14 eines Moduls 1, 2 vorgesehen sein. Die Verkabelung jedes Moduls 1, 2 reduziert sich dadurch auf den Einsatz des breitbandigen Datenbusses 15 und eine Stromversorgung 18 für jedes Modul 1, 2. Dadurch sind im einfachsten Fall zwei Steckverbindung 13 und 18 bzw. 14 und 18 pro Modul 1, 2 erforderlich. Die Stromversorgung 18 ist als Ersatzsignalweg vorgesehen, wenn eine Unterbrechung oder ein elektri- scher/optischer Kurzschluss auf dem Datenbus festgestellt wird. Dabei werden die Signale des gestörten Datenbusses auf die Leitungen der Stromversorgung 18 aufmoduliert und durch ein geeignetes Filter in einem Fehlerbehandlungsmodul rückgewonnen .
Bei dem erfindungsgemäßen Funktionsprüfungsverfahren kann jedes Modul durch externe Prüftechnik vor der Montage einzeln geprüft werden. Fehler und Ausfälle innerhalb der Module 1, 2 können dann schon vor deren Montage im Verkehrsmittel erkannt werden. Im eingebauten Zustand der Module 1, 2 bestehen dann zwei' Möglichkeiten für die Funktionsprüfung. Die PrüfSoftware von externe Prüfgeräten wird ganz oder teilweise auf einem Zentralrechner im Fahrzeug geladen, der mit allen Modulen 1, 2 verbinden ist. Der Zentralrechner kann dann alle im Ver- kehrsmittel verbauten Module 1, 2 einzeln On-board prüfen.
Bei einem anderen Funktionsprüfungsverfahren verfügt jedes Verkehrsmittel über ein Kommunikationsmittel für einen Werkstatt-Test, bspw. ein optisches Koppelfeld, wobei über ein externes Prüfgerät jedes Modul im Fahrzeug geprüft werden kann. Üblicherweise wird durch den Zentralrechner im Fahrzeug ein Funktionstest des Gesamtsystems durchgeführt.