DE4110372A1 - Multiplex-uebertragungssystem fuer fahrzeuge - Google Patents
Multiplex-uebertragungssystem fuer fahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Multiplex-Übertragungssystem für
ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In einem Multiplex-Übertragungssystem für Fahrzeuge wird die
Multiplex-Übertragung, wie beispielsweise vom CSMA/CD-Typ, zur
Übertragung von Signalen in einem KFZ angewandt. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein Signalübertragungssystem in
Fahrzeugen, das so angepaßt ist, daß eine Vielzahl von dezen
tralisierten Multiplex-Übermittlungsnetzwerken gebildet wird
und die Netzwerke miteinander über Gateway-Netzknoten (Netz
knoten bzw. Netzwerkknoten mit Verbindungsrechner zwischen
unterschiedlichen Netzwerken) verbunden sind.
Die stärkere Verwendung von Elektronik in Kraftfahrzeugen wur
de von einer Anzahl von ernsten Problemen begleitet, zu denen
die zunehmende Größe und Komplexität der Kabelbäume gehört,
welche die elektronischen Komponenten verbinden. Besonders auf
dem automobilen Sektor geriet die Multiplex-Übermittlung als
ein Mittel zur Lösung dieser Probleme ins Blickfeld. Eine Mul
tiplex-Übermittlung bezieht sich auf eine Übertragung von ei
ner Vielzahl von Datenfeldern über einen einzelnen Kabelbaum
durch Zeitmultiplex und verwendet hauptsächlich eine serielle
Übertragung.
Auf dem Automobilsektor können Multiplex-Übermittlungsnetzwer
ke so betrachtet werden, daß sie in eine von zwei Klassen ein
geteilt sind, wobei eine Klasse vollständig multiplex- und
teilweise multiplex-artige Netzwerke und die andere Klasse
zentral- und dezentralartige Netzwerke darstellt.
Das teilweise multiplexartige Netzwerk mischt einen Nicht-Mul
tiplex-Übermittlungsanteil und einen Multiplex-Übermittlungs
anteil. Bei dem Multiplex-Übermittlungsanteil sind im Sinne
von Entfernungen, dezentralisierte Schalter und Lasten durch
eine Multiplex-Übertragungseinheit verbunden. Da eine getrenn
te Verdrahtung zwischen der Multiplex-Übertragungseinheit und
den Schaltern und Lasten notwendig ist, ist nachteiligerweise
die Anzahl der Drähte größer, obwohl die Gesamtlänge der ver
bindenden Verdrahtung reduziert ist.
Das zentralisierte Netzwerk ist ein Netzwerk, in dem eine
Vielzahl von Neben-Übertragungseinheiten ("slave"-Übertra
gungseinheiten) mit einer einzelnen Haupt-Übertragungseinheit
("master"-Übertragungseinheit) verbunden sind. Bei einem Netz
werk mit diesem Aufbau wird ein kleinerer Kabelbaumdurchmesser
erreicht, aber das ganze System wird außer Betrieb gesetzt,
wenn die Haupt-Übertragungseinheit ausfällt. Ein weiterer Man
gel ist, daß Schwierigkeiten bei Konstruktionsmodifikationen
auftreten. Auf der anderen Seite weist das dezentralisierte
Netzwerk, obwohl es höhere Kosten aufweist, eine Anzahl von
Vorteilen auf, wie beispielsweise einen viel kleineren Kabel
baumdurchmesser, hohe Zuverlässigkeit in bezug auf einen teil
weisen Ausfall und größere Flexibilität in bezug auf eine Kon
struktionsmodifikation. (Als ein Beispiel für letzteres wird
auf die japanische Patentanmeldung 62-4 658 verwiesen).
In bezug auf dieses dezentralisierte Multiplex-Übertragungs
system wird gemäß eines SAE (Vereinigung der Automobilinge
nieure) Standardisierungsvorschlages ein CSMA/CD-System ver
wendet.
Vorliegende Anmelderin hat ebenfalls ein PALMNET (Protokoll
für ein lokales Netzwerk in einem Automobil)-System vorge
schlagen, das eine Weiterentwicklung dieses CSMA/CD-Systems
darstellt. (Japanische Patentanmeldung 62-3 02 421).
Aus der japanischen Patentanmeldung 1-36 541 ist ein Hauptnetz
knoten bekannt, der einen Referenzimpuls zur zeitlichen Auf
teilung des Rechtes überträgt, auf einen Bus zuzugreifen, um
einen Kanal auf einer Übertragungsleitung zu setzen bzw. zu
definieren.
Bei neuesten Multiplex-Übermittlungssystemen für Fahrzeuge
wurde vorgeschlagen, Fahrzeug-Steuereinrichtungen bzw. Fahr
zeug-Steuergeräte (ein Motor-Steuergerät, Traktions-Steuerge
rät, usw.) durch Multiplex-Übermittlung zu verbinden. In die
sen Steuergeräten werden Daten, die zu anderen Steuergeräten
übertragen werden sollen, sehr häufig erzeugt und somit werden
für diese Steuergeräte selbst Daten benötigt. Wenn daher Über
mittlungsnetzknoten bzw. Netzwerkknoten für solche Hochge
schwindigkeitssteuergeräte mit Netzknoten für langsames elek
trisches Zubehör gemischt werden, wie beispielsweise Antriebe
(Motoren, usw.) und Sensoren, muß die Übermittlungs- bzw.
Übertragungsgeschwindigkeit des ganzen Systems hoch sein. Dies
ist ein Grund für höhere Kosten.
Mit dem höheren Entwicklungsstandard der Traktionssteuerung,
der Hinterradlenkungs-Steuerung und der ABS-Steuerung, usw.
ist nicht nur eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit für die
Steuerung notwendig, da die von diesen Steuergeräten verwen
deten Informationsdaten in starker Wechselbeziehung zu den
Steuergeräten stehen. Ein sehr häufiger Informationsaustausch
unter den Steuergeräten ist erforderlich. Somit muß das System
neu aufgebaut werden, indem Netzknoten für Steuergeräte derart
behandelt werden, daß sie eine hohe gegenseitige Beziehung
zueinander aufweisen, getrennt von anderen gewöhnlichen Netz
knoten betrachtet werden und als eine Gruppe aufzufassen wer
den.
Bei der Konstruktion eines Netzwerkes ist der Grad, mit dem
die Konstruktion zu der Steuerung der Fahrzeugbewegung beitra
gen wird, ein wichtiger Gesichtspunkt. Beispielsweise sollte
die Tatsache in die Überlegung einbezogen werden, daß die
Netzknoten für Steuergeräte, die einen hohen Beziehungsgrad
zueinander aufweisen, in starker Wechselbeziehung zueinander
stehen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Multiplex-Übertragungs
system für Fahrzeuge zu schaffen, bei dem eine Vielzahl von
Netzwerken durch Zusammenfügen von Netzknoten in Abhängigkeit
vom Grad des Beitragens zur Steuerung der Fahrzeugbewegung
gebildet werden, wodurch ein konzentrierterer Aufbau der In
formationsübertragungswege für die oben genannte Steuerung
möglich gemacht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen
den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung schafft ein Multiplex-Übertragungssystem für ein
Fahrzeug, das eine oder mehrere Übermittlungsnetzknoten auf
weist, die zu einer ersten Gruppe gehören und ein oder mehrere
Übermittlungsnetzknoten, die zu einer zweiten Gruppe gehören.
Das System beinhaltet:
Ein erstes Netzwerk, das eine erste Multiplex-Übertragungslei tung beinhaltet, mit der die Übermittlungsnetzknoten der er sten Gruppe alle verbunden sind;
ein zweites Netzwerk, das eine zweite Multiplex-Übertragungs leitung beinhaltet, mit der die Übermittlungsnetzknoten der zweiten Gruppe alle verbunden sind; und
einen Gateway-Netzknoten, der die erste und zweite Multiplex- Übertragungsleitung für den Transfer von Daten zwischen den Übermittlungsnetzknoten der ersten Gruppe und den Übermitt lungsnetzknoten der zweiten Gruppe verbindet.
Ein erstes Netzwerk, das eine erste Multiplex-Übertragungslei tung beinhaltet, mit der die Übermittlungsnetzknoten der er sten Gruppe alle verbunden sind;
ein zweites Netzwerk, das eine zweite Multiplex-Übertragungs leitung beinhaltet, mit der die Übermittlungsnetzknoten der zweiten Gruppe alle verbunden sind; und
einen Gateway-Netzknoten, der die erste und zweite Multiplex- Übertragungsleitung für den Transfer von Daten zwischen den Übermittlungsnetzknoten der ersten Gruppe und den Übermitt lungsnetzknoten der zweiten Gruppe verbindet.
Gemäß diesem System ist es für die, zu den jeweiligen Gruppen
gehörenden Netzknoten möglich, für jede Gruppe, eine Vielzahl
von Netzwerken zu bilden, die gemäß dem Beitragsgrad zur
Steuerung der Fahrzeugbewegung geeignet zugewiesene Netzknoten
beinhalten. Durch Einbringen des Gateway-Netzknotens zwischen
die Netzwerke wird ein gegenseitiger Transfer von Daten ohne
Isolierung eines der Netzwerke möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
System dadurch gekennzeichnet, daß durch Anpassung der Netz
werkanordnung, die sich auf den Eingriff des Gateway-Netzkno
tens stützt, leicht eine Verbindung zu einem Fahrzeugsonder-
Netzwerk (z. B. einem Fehlerdiagnosesystem) hergestellt werden
kann. Im besonderen wird ein Anschluß oder Stecker geschaffen,
um das Fahrzeugsonder-Netzwerk mit dem ersten und dem zweiten
Netzwerk zu verbinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems sind Übermittlungsnetzknoten für das Fehlerdiagnosesy
stem mit dem Fahrzeugsonder-Netzwerk verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die
Übermittlungsnetzknoten der ersten Gruppe Übermittlungsnetz
knoten für verschiedene Steuergeräte, die zur Steuerung der
Fahrzeugbewegung benutzt werden, wobei diese Steuergeräte Da
ten benötigen, die einen hohen Grad an Wechselbeziehung auf
weisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen
Daten-Frames bzw. strukturierte Datengerüste, die durch das
erste und das zweite Netzwerk fließen, ein gemeinsames Format
auf; ein Daten-Frame beinhaltet kennzeichnende Information,
die gemäß dem Format einen Übermittlungsnetzknoten bezeichnet,
der den Daten-Frame empfangen soll.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung spei
chert der Gateway-Netzknoten eine Zugehörigkeitsinformation,
die bei der Bestimmung benutzt wird, ob ein in dem System ent
haltener Übermittlungsnetzknoten zu der ersten Gruppe oder der
zweiten Gruppe (oder zu dem Fahrzeugsonder-Netzwerk) gehört
und bestimmt, basierend auf einem Vergleich zwischen der Zu
gehörigkeitsinformation (Anschlußinformation) und der empfan
genen Ziel- bzw. Bezeichnungsinformation, ob ein Daten-Frame,
der von einem Netzknoten empfangen wurde, zu einem anderen
Netzknoten übertragen werden soll.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhal
tet ein Daten-Frame, der durch eine Übertragungsleitung
fließt, ein Feld, das den Prioritätsrang des Frames anzeigt,
ein Feld, das Information beinhaltet, die einen den Frame er
zeugenden Netzknoten anzeigt, und ein Feld, das Information
beinhaltet, die anzeigt, ob sich der erzeugende Netzknoten in
einem Störungszustand befindet.
Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend eine bevorzugte Aus
führungsform der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale
beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schema, das einen Netzwerkaufbau gemäß ei
ner bevorzugten Ausführungsform darstellt;
Fig. 2 ein Schema eines Formats eines Frames;
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das den Hardware-Aufbau
eines benutzten Netzknotens darstellt;
Fig. 4 eine Tabelle, die den Bezug zwischen ID-Codes
und Netzknoten darstellen;
Fig. 5A und 5B Flußdiagramme, die eine Steuerprozedur für ge
wöhnliche Netzknoten bzw. eine Steuerprozedur
für Gateway-Netzknoten darstellt; und
Fig. 6 ein Schema zur Beschreibung des Formats eines
Ausfallalarm-Frames.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird eine Ausführungsform
beschrieben, bei der die Erfindung auf ein Multiplex-Übertra
gungsgerät für ein Automobil angewandt wird, bei dem PALMNET-
System eingesetzt wird.
Fig. 1 stellt den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform
dar. In Fig. 1 bezeichnen die Nummern 10, 20, 30 Übertragungs
leitungen, wobei jede ein verdrilltes Leitungsdrahtpaar ver
wendet. Es wird angenommen, daß die Übertragungsgeschwindig
keit 20 kbps beträgt. Eine Vielzahl von Netzknoten ist mit
jedem der Übertragungsleitungen verbunden, die jeweils ein
Netzwerk bilden. Die Netzknoten 1 bis 6 sind mit dem Netzwerk
10, die Netzknoten 21 bis 28 mit dem Netzwerk 20 und die Netz
knoten 31 bis 34 mit dem Netzwerk 30 verbunden.
Die Netzwerke 10, 20 sind innerhalb des Fahrzeugs angeordnet.
Das Netzwerk 30 ist ein Fahrzeugsondernetzwerk, welches bei
dieser Ausführungsform ein Netzwerksystem für Fehlerdiagnose
ist. Die Netzwerke 10, 20, 30 sind miteinander durch einen
Gateway-Netzknoten 40 über Übertragungsleitungen 52, 50, 51
verbunden (vgl. Fig. 1). Die Netzwerke 10, 20 bilden ein inte
griertes Netzwerk innerhalb des Fahrzeugs. Das Fahrzeug-Son
dernetzwerk 30 kann mit den in dem Fahrzeug angeordneten Netz
werken 10, 20 durch einen Stecker 60 über den Gateway-Netzkno
ten 40 verbunden werden. Dies berücksichtigt auch, daß die
Verbindung in einer Reparaturwerkstatt durchgeführt werden
kann.
Aus praktischen Gründen soll das Netzwerk 10, mit dem eine
große Anzahl von Steuergeräten verbunden ist, als ein "Steu
ersystem-Netzwerk" bezeichnet werden und das Netzwerk 20, mit
dem verschiedenes Fahrzeugzubehör, wie beispielsweise Schalter
und Meßinstrumente, verbunden ist, als ein "Körpersystem-Netz
werk" bezeichnet werden.
Die Funktion des Gateway-Netzknotens wird nachfolgend be
schrieben. Die Anwesenheit eines Daten-Frames in einem Netz
werk ist erlaubt. Die Anwesenheit von zwei Frames in einem
Netzwerk zu einer gegebenen Zeit bedeutet, daß die Frames kol
lidieren werden; als Resultat wird eine Fehlerbearbeitung aus
geführt. Ein Netzwerk ist in Pseudoart in zwei oder mehr Netz
werke unterteilt. Innerhalb jedes individuell aufgeteilten
Netzwerkes werden Frame-Daten frei und unabhängig von den an
deren aufgeteilten Netzwerken ausgetauscht. Durch Teilung des
Netzwerkes in eine Vielzahl von Netzwerken wird die Anwesen
heit von Frame-Daten in einer Anzahl möglich, die gleich der
der aufgeteilten Netzwerke ist und daher wird das Netzwerk
effizient ausgenutzt. Es gibt jedoch Fälle, wo es notwendig
ist, Daten von einem Teilnetzwerk zu einem anderen Teilnetz
werk zu senden. Die Funktion des Gateway-Netzknoten 40 ist es,
den Transfer von Frame-Daten zu einem anderen Teilnetzwerk zu
erlauben. Das heißt, daß jedes Netzwerk mit dem Gateway 40
verbunden ist, und durch eine Frame-Austauschfunktion, die dem
Gateway 40 zu eigen ist, in dem immer dann, wenn notwendig,
ein Frame-Austausch durchgeführt wird, und somit Frames
gleichzeitig in jedem der Teilnetzwerke übertragen werden.
Dies wird später detaillierter in Verbindung mit der Funk
tionsadressierung beschrieben.
Bei der Ausführungsform des Multiplex-Übertragungssystems für
Automobile wird die Automobilbetriebsinformation mit jedem
Frame F übertragen, der den in Fig. 2 gezeigten Aufbau auf
weist.
Der Frame F weist einen SD-Code (Start-Begrenzungscode) einen
Prioritäts-Code, einen Frame-ID-Code, eine Datenlänge, Daten 1
bis N und einen Prüf-Code auf.
Der "SD"-Code ist ein spezieller Code, der den Beginn des
Frames F repräsentiert. Wenn ein empfangender Multiplex-Netz
knoten den SD-Code empfängt, erkennt er den Beginn des Frames
F. Der "Prioritäts"-Code zeigt einen Prioritätsrang an, der
das Signal bezeichnet, dem ein Vorrang bei der Verarbeitung
gegeben wird, wenn eine Vielzahl von Multiplex-Netzknoten
gleichzeitig Daten übermittelt, so daß die Signale kollidie
ren. Bei dieser Ausführungsform ist die Priorität so gewählt,
daß der Prioritätsrang umso höher ist, je geringer der Bit-
Wert ist. Der Grund dafür ist, daß der logische Pegel durch
ein verdrahtetes ODER auf dem Bus erreicht wird. Wenn Signale
durch eine Vielzahl von Netzknoten zur gleichen Zeit übermit
telt werden, verbleiben die "Prioritäts"-Codes der Netzknoten
mit hohen Prioritätsrängen auf dem Bus. Daher erfassen Netz
knoten mit geringen Prioritätsrängen Kollisionen, da die Prio
ritäts-Codes, die von diesen Netzknoten übertragen werden, in
andere Codes geändert werden. Diese Netzknoten mit geringer
Priorität verzögern eine Rückübertragung ihrer eigenen ausge
fallenen (gescheiterten) Frames, wobei als Resultat eine Rück
übertragung von Netzknoten mit hoher Priorität Vorrang hat.
Der "Frame-ID"-Code identifiziert den Bestimmungsort (Ziel)
dieses bestimmten Frames. Der Frame-ID-Code entspricht einer
Funktionsadressierung in der Schrift "Ein Vorschlag für einen
Protokollstandard für Fahrzeugnetzwerke", die auf dem SAE In
ternationalen Kongreß und Ausstellung (Februar 1986) ausgege
ben wurde. Dieser ID-Code wird von dem Ursprungs-Netzknoten
angefügt, der den Frame übertragen hat.
Hinsichtlich der "Datenlänge" wird eine Anzahl von Datenele
menten wie folgt geschrieben. Wenn die Zahl dieser Datenfelder
bzw. Datenelemente N ist, wird N als die Datenlänge übertra
gen. An einem Multiplex-Netzknoten, der diesen Frame empfangen
hat, wird nur der Inhalt dieser Datenlänge gelesen. Das Feld,
das umgehend diesen Daten folgt, ist ein CRC-Prüf-Code
(Fehlererfassungs-Code). Das Ende des Frames kann durch Bestä
tigung dieses Codes festgelegt werden. Das Format gemäß Fig. 4
stellt ein allgemeines Format dar; die Datenlänge des Frames,
die bei dieser Ausführungsform benutzt wird, ist auf 4 Bytes
genormt. Beispielsweise ist die Information für EGI genauso in
dem gleichen Frame enthalten wie die Information für ABS, wie
dies später beschrieben wird.
Fig. 3 ist ein Schema, das den Aufbau eines Übermittlungsnetz
knotens am Beispiel eines EGI-Steuergerätes 2c für die Motor
steuerung darstellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, beinhaltet jeder
Netzknoten ein elektrisches Zubehör, wie beispielsweise das
EGI-Steuergerät 2c und ein Netzknoten-Steuergerät. Jeder Netz
knoten des Steuersystem-Netzwerkes 10 ist mit einer Übertra
gungsleitung 10B über ein Übermittlungs-LSI 101 verbunden.
Eine CPU 100 steuert die LSI 101 und arbeitet entsprechend den
in einem RAM/ROM 102 gespeicherten Programmen. Eine Protokoll
steuerung der physikalischen Netzebene des CSMA/CD-Systems
wird von dem LSI 101 ausgeführt. Die CPU 100 steuert die LSI
101, verarbeitet die Daten von der LSI 101 und liefert das Re
sultat der Verarbeitung an das EGI-Steuergerät 2c. Alternativ
führt die CPU 100 eine Steuerung zur Lieferung von Daten von
dem EGI-Steuergerät 2c an die LSI 101 durch. Zugunsten der
Steuerung, die für die Motorsteuerung bestimmt ist, wandelt
die CPU 100 die Frame-Daten auf dem Bus in ein Format um, das
von dem EGI-Steuergerät 2c benutzt werden kann und wandelt
Daten von dem EGI-Steuergerät 2c in das Frame-Format um.
Die Knoten eines jeden Netzwerkes in Fig. 1 werden nachfolgend
beschrieben.
Das Netzwerk 10 beinhaltet einen Netzknoten 1 für eine Airbag-
Steuereinheit, einen Netzknoten 2 für ein EGI-Steuergerät für
die oben genannte Motorsteuerung, einen Netzknoten 3 für ein
automatisches Wandler-Steuergerät (EAT-Steuergerät), einen
Netzknoten 4 für ein Hinterrad-Steuergerät (4WS-Steuergerät),
einen Netzknoten 5 für ein Antiblockierbremssystem (ABS-
Steuereinheit) und einen Netzknoten 6 für ein Traktions-
Steuergerät (TRC-Steuereinheit). Das 4WS-Steuergerät 4 ist mit
einer aktiven Federungs-Steuereinheit verbunden. Die mit dem
Netzwerk 10 verbundenen verschiedenen Steuergeräte müssen
Steuerfunktionen ausführen, die in enger Wechselbeziehung
zueinander stehen. Beispielsweise ist eine Information, welche
die Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, unentbehrlich für das
EGI-Steuergerät, das EAT-Steuergerät, das 4WS-Steuergerät und
das ABS-Steuergerät. Eine Information, welche die Motordreh
zahl und die Schaltgeschwindigkeit anzeigt, ist sehr wichtig
für diese Steuergeräte. Die mit dem Netzwerk 10 verbundenen
verschiedenen Steuergeräte führen die ihnen zugewiesene
Steuerung durch, während sie mit anderen Steuergeräten zusam
menarbeiten.
Das Netzwerk 20 beinhaltet einen Netzknoten 21 für einen soge
nannten Kombinationsschalter, der ein Abblendlicht ein- und
ausschaltet, einen Netzknoten 22 für verschiedene Meßinstru
mente, wie beispielsweise einen Tachometer, einen Netzknoten
23 für einen sogenannten Lenkradschalter, der in der Nähe des
Lenkrades angeordnet ist, einen Netzknoten 24 für verschiedene
Schalter, die in der Tür bei einem Passagiersitz angeordnet
sind, einen Netzknoten 25 für den Kraftverstärker einer Kli
maanlage, einen Netzknoten 26 für verschiedene Bedienungs
schalter, die für Audioeinrichtungen (einen Kassettenrecorder
oder CD-Player) verwendet werden, einen Netzknoten 27 für ei
nen Klimaanlagenschalter und einen Netzknoten 28 für ver
schiedene Schalter, die in der Tür bei dem Fahrersitz (D-
Steuerung) angeordnet sind. Somit sind die Netzknoten, die mit
dem Netzwerk 20 verbunden sind, Schalter, Sensoren und Antrie
be, die sich auf den Fahrzeugkörper beziehen und auf die sich
im allgemeinen als "Körpersystem-Netzknoten", bezogen wird.
Die Netzknoten 31 bis 34 für nicht gezeigte Einrichtungen, die
für verschiedene Arten der Fehlerdiagnose benutzt werden, sind
mit dem Netzwerk 30 verbunden.
Durch Einbeziehen nur der Netzknoten des Steuersystems in dem
Netzwerk 10 ist letzteres in der Lage, effizient eine "koope
rative Steuerung" durchzuführen. Weiter ist es durch Einbezie
hen nur der Körpersystem-Netzknoten in das Netzwerk 20 und
Abtrennung dieses Netzwerkes von dem Netzwerk 10 möglich, ei
nen Steuerverlust, bzw. einen Steuerungsausfall in dem Steuer
system-Netzwerk, der das Netzwerk 20 beeinträchtigt, zu ver
hindern.
Die Verbindung zwischen diesen drei Netzwerken wird durch Er
läuterung der vorstehend genannten Funktionsadressierung, näm
lich den ID-Codes, beschrieben.
Das Datenfeld gemäß Fig. 2 hat eine Länge von 4 Bytes. Der in
jeder Bitposition dieses Datenfeldes gespeicherte Datentyp un
terscheidet sich in Abhängigkeit von dem ID-Code. Das heißt,
daß im voraus in Abhängigkeit von dem ID-Code entschieden
wird, welche Information durch ein Bit in dem Datenfeld ge
kennzeichnet wird. Mit anderen Worten, wenn ein Netzknoten,
der einen Frame empfangen hat, den ID-Code in dem Frame kennt,
ist er in der Lage zu erkennen, was die Information des Bits
in dem Datenfeld repräsentiert. Der Netzknoten ist in der Lage
zu bestimmen, ob die Information für den Netzknoten selbst
oder ob die Information nicht von ihm benötigt wird.
Einzelne Frames sind in der Lage, physikalisch gleichzeitig
auf den betreffenden Übertragungsleitungen der Netzwerke 10,
20 durch das Gateway 40 zu existieren. Solange die notwendigen
Frames nur zwischen Netzknoten ausgetauscht werden, die zu
dem gleichen Netzwerk gehören, sind die Netzwerke 10 und 20
jeweils in der Lage, eine Frame-Übertragung unabhängig vonein
ander in einer sehr effizienten Weise durchzuführen. Eine sehr
effiziente "kooperative Steuerung" ist innerhalb des Netzwer
kes 10 möglich. Selbstverständlich können die Steuergeräte
jedoch nicht ohne Information von den Sensoren oder den Schal
tern eine Steuerung ausführen und eine Steuerung kann nicht
ohne Motoren zu einem Abschluß gebracht werden. Es ist folg
lich erforderlich, einen Austausch von Frame-Daten über den
Gateway-Netzknoten 40 zwischen dem Netzwerk 10 und dem Netz
werk 20 durchzuführen. Durch Beobachtung der ID-Codes bestimmt
beispielsweise der Gateway-Netzknoten 40, ob Frame-Daten in
dem Netzwerk 10 ebenfalls von den Netzknoten in dem Netzwerk
20 benötigt werden, und wenn die Frame-Daten von diesen Netz
knoten benötigt werden, transferiert er die Frame-Daten zu dem
Netzwerk 20.
Fig. 4 zeigt, welche Netzknoteninformation wofür beabsichtigt
ist, und welche Frames, die durch die ID-Codes identifiziert
sind, diese Information beinhalten. Wenn beispielsweise ein
bestimmter Netzknoten auf der Übertragungsseite einen Frame
überträgt, dessen ID-Code 80 ist, dann enthält dieser Frame
die Dateninformation, die von dem EGI-Netzknoten 2, dem EAT-
Netzknoten 3 und dem Kombinations-Netzknoten 21 benötigt wird.
Obgleich der EGI-Netzknoten 2 und der EAT-Netzknoten 3 mit dem
Netzwerk 10 verbunden sind, ist der Kombinations-Netzknoten 21
mit dem Netzwerk 20 verbunden. Wenn ein Frame, dessen ID 80
ist, an das Netzwerk 10 von einem Netzknoten des Steuergeräte
systems, das zu dem Netzwerk 10 gehört, übertragen wird, dann
muß dieser Frame ebenfalls an den, den Frame benötigenden Kom
binations-Netzknoten 21 (im Netzwerk 20) übertragen werden.
Basierend auf diesem ID-Code bestimmt der Gateway-Netzknoten
40 demgemäß, ob dieser Frame ebenfalls von einem anderen Netz
werk benötigt wird. Wenn der Frame benötigt wird, überträgt
der Gateway-Netzknoten 40 diesen Frame an das andere Netzwerk.
In einer vereinfachten Form stellt Fig. 5A eine Steuerprozedur
für Netzknoten außer den Gateway-Netzknoten 40 dar und Fig. 5B
zeigt eine Steuerprozedur für den Gateway-Netzknoten 40.
Eine Übertragungssteuerungsprozedur bezüglich gewöhnlicher
Netzknoten (Netzknoten außer den Gateway-Netzknoten 40) wird
nun beschrieben. Bei Schritt S2 des Flußdiagramms wird be
stimmt, ob SD, welches den Beginn des Frames anzeigt, auf ei
ner Übertragungsleitung (10, 20 oder 30) erfaßt wurde. Wenn SD
erfaßt wurde, wird der Frame bei Schritt S4 empfangen. Basie
rend auf dem ID-Code in dem empfangenen Frame wird als
nächstes bei Schritt S6 bestimmt, ob dieser Frame für den
Netzknoten selbst bestimmt ist. Wenn der Frame eine Informa
tion enthält, die anzeigt, daß der Frame für den Netzknoten
selbst ist, werden dann bei Schritt S8 die notwendigen Daten
extrahiert und bei Schritt S10 werden die Daten verarbeitet.
Wenn der empfangende Netzknoten ein Körpersystem-Netzknoten
ist, beispielsweise der Netzknoten für den Kraftverstärker
einer Klimaanlage (Klimaanlagen-Kraftverstärker) 25, dann wird
dieser Kraftverstärker in Betrieb gesetzt. Wenn der Netzknoten
ein Steuersystem-Netzknoten ist, wird dann eine notwendige
Information an das EGI-Steuergerät 2c, beispielsweise die not
wendige Drehmomentinformation, geliefert.
Wenn keine Frame-Daten in der Übertragungsleitung anliegen,
wird bei Schritt S12 bestimmt, ob Daten von dem richtigen
Netzknoten richtig übertragen werden sollen. Ob Daten vorlie
gen oder nicht, wird an die CPU 100 (siehe Fig. 3) dieses
Netzknotens durch eine Unterbrechung von dem Sensor, Schalter
oder Steuergerät des Netzknotens übermittelt. Wenn zu übermit
telnde Daten anliegen, werden bei Schritt S14 die Daten von
dem Sensor, Schalter oder Steuergerät gesammelt, und dann bei
Schritt S16 ein ID-Code entsprechend der aufgesammelten Infor
mation gesetzt. Zu übertragende Frame-Daten werden so erzeugt.
Nachdem bei Schritt S18 festgestellt worden ist, daß die Über
tragungsleitung nicht belegt ist, wird dieser Frame bei
Schritt S20 übertragen.
Die Steuerprozedur des Gateway-Netzknoten 40 wird nun mit Be
zug auf Fig. 5B beschrieben. Bei Schritt S40 des Flußdiagramms
wird bestimmt, ob SD, das den Beginn des Frames anzeigt, auf
der Übertragungsleitung (10, 20 oder 30) erfaßt worden ist.
Wenn SD erfaßt worden ist, wird bei Schritt S41 der Frame emp
fangen. Basierend auf dem ID-Code in dem empfangenen Frame
wird bei den Schritten S42 und S44 als nächstes bestimmt, ob
der Frame von anderen Netzwerken benötigte Information ent
hält. Diese Bestimmung ist aufgrund der Tatsache möglich, daß
der Gateway-Netzknoten 40 über die Art von Tabelle verfügt,
die in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn festgestellt wird, daß dieser
Frame Information enthält, die von einem anderen Netzwerk be
nötigt wird, dann wird, nachdem bei Schritt S46 überprüft wur
de, daß die Übertragungsleitung nicht belegt ist, bei Schritt
S48 der Frame übertragen.
Somit ist ein Frame-Transfer zwischen Netzwerken 10 und 20,
Netzwerken 20 und 30 und Netzwerken 10 und 30 möglich. Diese
Frame-Transfer wird nur, wenn notwendig, durchgeführt. Daher
wird ein gewöhnlicher Frame-Transfer innerhalb der individuel
len Netzwerke (nämlich eine Übertragung, die keinen Transfer
in ein anderes Netzwerk benötigt) sehr effizient durchgeführt.
Fig. 6 stellt das Format eines Frames (eines Fehler-Alarm-
Frames) dar, der zwischen den Netzwerken 10, 20 und dem Netz
werk 30 in dem Fall ausgetauscht wird, wenn das Netzwerk 30,
das die Netzknoten für das Fehlerdiagnosesystem beinhaltet,
mit den Netzwerken 10, 20 durch den Stecker 60 verbunden ist.
Der Prioritätsrang des Fehler-Alarm-Frames ist "OE". Dies ist
der höchste Prioritätsrang. Daraus resultierend ist eine Er
zeugung des Fehler- oder Ausfallalarm-Frames an das ganze Sy
stem mit der höchsten Priorität realisiert. Der ID-Code ist
"01", wodurch das Netzwerk 30 erkennt, daß der Frame der Aus
fall-Alarm-Frame ist. Ein Datenfeld #O spezifiziert den Netz
knoten, der den Ausfallalarm-Frame überträgt. Bei dieser Aus
führungsform zeigt ein Datenfeld #O mit "00000000" an, daß der
Übertragungsnetzknoten der EGI-Netzknoten ist, "10000000"
zeigt an, daß der Übertragungsnetzknoten der TRC-Netzknoten
ist, "01000000" zeigt an, daß der Übertragungsnetzknoten der
4WS-Netzknoten ist, und "11000000" zeigt an, daß der Übertra
gungsnetzknoten der Körpersystem-Netzknoten ist.
Ein Datenfeld #2 spezifiziert, welcher Netzknoten ausgefallen
ist. Das erste Bit des Datenfeldes 2 zeigt den Status (ausge
fallen oder nicht) des EGI-Netzknotens an, das zweite Bit
zeigt den Status des TRC-Netzknotens an, das dritte Bit zeigt
den Status des 4WS-Netzknotens an und das vierte Bit zeigt den
Status des Körpersystem-Netzknotens an. Wenn ein Bit "1" ist,
bedeutet dies, daß der entsprechende Netzknoten ausgefallen
ist; wenn ein Bit "0" ist, bedeutet dies, daß der entsprechen
de Netzknoten nicht ausgefallen ist.
Jeder Netzknoten des Fahrzeug-Sondernetzwerkes 30 weist eben
falls ein Netzknotensteuergerät (inklusive der CPU 100 und der
LSI 101) auf, das mit dem in Fig. 3 gezeigten identisch ist.
Dieses Netzwerksteuergerät ist mit einem vorbestimmten Fehler
diagnosegerät verbunden und führt eine Steuerung durch, wie in
Fig. 5A gezeigt. Wenn Daten empfangen werden (Schritt S4), die
das in Fig. 6 gezeigte Format aufweisen, wird basierend auf
diesen Daten bei Schritt S10 eine Anzeigelampe angeschaltet,
wodurch eine Fehler- bzw. Ausfallanzeige gegeben wird.
Somit kann eine Fehlerdiagnose in geeigneter Weise durchge
führt werden.
Gemäß der Ausführungsform weist somit die Erfindung folgende
Vorteile auf:
- a) Die Steuersystem-Netzknoten, die oft eine kooperative Steuerung benötigen, sind alle mit demselben Netzwerk 10 ver bunden. Da ein Frame gleichzeitig von einer Vielzahl von Steu ersystem-Netzknoten benutzt wird, ist die Datenübertragung sehr effizient. Mit anderen Worten, es ist eine sehr effizien te kooperative Steuerung möglich.
Da die Körpersystem-Netzknoten des Netzwerkes 20 von dem Steu
ersystem-Netzknoten des Netzwerkes 10 getrennt sind, werden
Ereignisse, bei denen ein Steuerverlust der Netzknoten in ei
nem Netzwerk einen Fehler in den Netzknoten eines anderen
Netzwerkes verursachen, reduziert.
- b) Die von verschiedenen Netzwerken benötigte Information wird an andere Netzknoten über den Gateway-Netzknoten 40 nur wenn notwendig transferiert. Daraus resultiert ein effizienter Transfer. Bei der Herstellung des Transfers kann die Notwen digkeit des Transfers nur dadurch bestimmt werden, daß auf den ID-Code Bezug genommen wird.
- c) Durch Schaffung des Gateways und des abnehmbaren Steckers kann das Fehlerdiagnosesystem, welches im Normalbetrieb nicht erforderlich ist, mit dem Fahrzeugnetzwerken 10, 20 nur wenn notwendig verbunden werden. Während beim Stand der Technik das Fehlerdiagnosesystem mit einem parallelen Bus verbunden ist, ist bei dieser Ausführungsform das System mit einem seriellen Bus verbunden. Dies erleichtert außerordentlich die Verbindung und Lösung des Systems ebenso wie die Zuverlässigkeit.
Bei der Erfindung ist die Anzahl der Netzknoten nicht auf die
vorgenannte Anzahl begrenzt.
Obwohl der Gateway-Netzknoten 40, der nur für den Frame-Aus
tausch eingesetzt wird, als Gateway bei der vorgenannten Aus
führungsform benutzt wird, können die Netzknoten entweder vom
Netzwerk 10 oder vom Netzwerk 20 so gestaltet werden, daß die
Frame-Austauschfunktion zusätzlich zu ihren anderen Funktionen
durchgeführt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform existieren
drei Netzwerke und jedes Netzwerk bildet ein einzelnes Netz
werk in Übereinstimmung mit der zugewiesenen Aufgabe (Über
mittlung zwischen den Steuergeräten zur kooperativen Steue
rung, Übermittlung zwischen dem elektrischen Zubehör des Kör
persystems und Fehlerdiagnose). Jedoch ist eine Netzwerkorga
nisation auch unter anderen Gesichtspunkten möglich. Wenn bei
spielsweise ein Netzwerk in zwei getrennte Netzwerke aufge
teilt wird, können die Netzknoten, die mit jedem Netzwerk ver
bunden sind, auf eine Weise in Gruppen eingeteilt werden, daß
die Erzeugungshäufigkeit von Frame-Daten, die durch das Netz
werk fließen, zwischen den zwei Netzwerken ausgeglichen wird.
Tatsächlich sind Hochgeschwindigkeits- und langsame Netzknoten
gemischt. Wenn eine derartige Anordnung gewählt wird, ist es
möglich, einen ineffizienten Betrieb zu beseitigen, bei dem
der Datenverkehr von einem speziellen Netzwerk sehr groß wird,
während der Datenverkehr eines anderen Netzwerkes sehr gering
wird.
Claims (14)
1. Multiplex-Übertragungssystem für ein Fahrzeug,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere Übermittlungsnetzknoten, die zu ei
ner ersten Gruppe gehören, und ein oder mehrere Übermitt
lungsnetzknoten, die zu einer zweiten Gruppe gehören, in
einem Fahrzeug ausgebildet sind, wobei das System bein
haltet:
ein erstes Netzwerk (10), das eine erste Multiplex-Über tragungsleitung beinhaltet, mit der die Übermittlungs netzknoten der ersten Gruppe alle verbunden sind;
ein zweites Netzwerk (20), das eine zweite Multiplex- Übertragungsleitung beinhaltet, mit der die Über mittlungsnetzknoten der zweiten Gruppe alle verbunden sind; und
einen Gateway-Netzwerkknoten (40), der die erste und zweite Multiplex-Übertragungsleitung für den Transfer von Daten zwischen den Übermittlungsnetzknoten der ersten Gruppe und den Übermittlungsnetzknoten der zweiten Gruppe verbindet.
ein erstes Netzwerk (10), das eine erste Multiplex-Über tragungsleitung beinhaltet, mit der die Übermittlungs netzknoten der ersten Gruppe alle verbunden sind;
ein zweites Netzwerk (20), das eine zweite Multiplex- Übertragungsleitung beinhaltet, mit der die Über mittlungsnetzknoten der zweiten Gruppe alle verbunden sind; und
einen Gateway-Netzwerkknoten (40), der die erste und zweite Multiplex-Übertragungsleitung für den Transfer von Daten zwischen den Übermittlungsnetzknoten der ersten Gruppe und den Übermittlungsnetzknoten der zweiten Gruppe verbindet.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gateway-Netzwerkknoten (40) einen Anschluß oder
einen Stecker (60) zur Verbindung eines optionalen
Fahrzeugsondernetzwerks (30) mit dem ersten und zweiten
Netzwerk (10, 20) aufweist.
3. System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß Übermittlungsnetzknoten eines Fehlerdiagnosegerätes
mit dem Fahrzeugsondernetzwerk (30) verbunden sind.
4. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übermittlungsnetzknoten (1 bis 6) der ersten
Gruppe Übermittlungsnetzknoten für verschiedene Steuer
einrichtungen bzw. Steuergeräte sind, die zur Steuerung
der Fahrzeugbewegung benutzt werden, wobei diese Daten
benötigenden Steuergeräte in enger Wechselbeziehung zu
einander stehen.
5. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Daten-Frames, die durch das erste und zweite Netzwerk
fließen, ein einheitliches Format aufweisen, und daß ein
Daten-Frame kennzeichnende Information bzw. Ziel
information beinhaltet, die entsprechend dem Format einen
Übermittlungsnetzknoten bezeichnet, der diesen Daten-
Frame empfangen soll.
6. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Daten-Frames, die durch das erste und zweite Netzwerk
fließen, ein einheitliches Format aufweisen, und daß ein
Daten-Frame Zielinformation beinhaltet, die entsprechend
dem Format einen Übermittlungsnetzknoten bezeichnet, der
diesen Daten-Frame empfangen soll.
7. System nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gateway-Netzwerkknoten (40) eine Zugehörigkeits
information speichert, die bei der Bestimmung benötigt
wird, ob ein in einem System enthaltener Übermittlungs
netzknoten zu der ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe
gehört, und basierend auf einem Vergleich zwischen der
Zugehörigkeitsinformation und der empfangenen kennzeich
nenden Information bestimmt, ob ein von einem Netzwerk
empfangener Daten-Frame an ein anderes Netzwerk transfe
riert werden muß.
8. System nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gateway-Netzwerkknoten (40) eine Zugehörigkeits
information speichert, die bei der Bestimmung benötigt
wird, ob ein in dem System enthaltener Übermittlungsnetz
knoten zu der ersten Gruppe, der zweiten Gruppe oder dem
Fahrzeugsondernetzwerk gehört, und basierend auf einem
Vergleich zwischen der Zugehörigkeitsinformation und der
empfangenen bezeichnenden Information bestimmt, ob ein
von einem Netzwerk empfangener Daten-Frame an ein anderes
Netzwerk transferiert werden muß.
9. System nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in der ersten Gruppe enthaltener Übermittlungs
netzknoten die Übertragung für ein Steuergerät für eine
Kraftstoffeinspritzrate, ein Steuergerät für eine Getrie
beautomatik, ein Traktions-Steuergerät oder ein Steuer
gerät für eine Hinterradlenkung steuert.
10. System nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in der zweiten Gruppe enthaltener Übermittlungs
netzknoten (21 bis 28) die Übertragung für einen Schalter
oder ein Meßinstrument steuert.
11. System nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Daten-Frame aufweist:
ein Feld, das den Prioritätsrang des Frames anzeigt;
ein Feld, welches Information beinhaltet, die einen Netz knoten anzeigt, der den Frame erzeugt hat;
ein Feld, welches Information beinhaltet, die den Fehler status des erzeugenden Netzknotens anzeigt.
ein Feld, das den Prioritätsrang des Frames anzeigt;
ein Feld, welches Information beinhaltet, die einen Netz knoten anzeigt, der den Frame erzeugt hat;
ein Feld, welches Information beinhaltet, die den Fehler status des erzeugenden Netzknotens anzeigt.
12. System nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das den Prioritätsrang anzeigende Feld einen Wert
hat, der einen höchsten Prioritätsrang aufweist, wenn der
Daten-Frame einen Netzknoten für das Fehlerdiagnosegerät
kennzeichnet.
13. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es ein Übertragungssystem vom CSMA/CD-Typ ist.
14. Verfahren zum Organisieren von Netzwerken in einem Multi
plex-Übertragungssystem für ein Kraftfahrzeug,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Netzwerke eine Vielzahl von Übermittlungs
netzknoten zur Übermittlung von, auf elektrisches
Fahrzeug-Zubehör bezogene Informationen entsprechend ei
nem Multiplex-Übermittlungsprotokolls beinhalten, wobei
das Verfahren die Schritte beinhaltet:
Verbindung der Netzknoten unter einer Vielzahl von Netz knoten, die stark zueinander bezogene Informationen in dem gleichen Netzwerk abwickeln;
Verbindung von Netzknoten, die keine stark zueinander bezogene Informationen abwickeln, mit einem weiteren Netzwerk; und
Verbindung des gleichen Netzwerkes und des anderen Netz werke miteinander durch einen Gateway-Netzwerkknoten.
Verbindung der Netzknoten unter einer Vielzahl von Netz knoten, die stark zueinander bezogene Informationen in dem gleichen Netzwerk abwickeln;
Verbindung von Netzknoten, die keine stark zueinander bezogene Informationen abwickeln, mit einem weiteren Netzwerk; und
Verbindung des gleichen Netzwerkes und des anderen Netz werke miteinander durch einen Gateway-Netzwerkknoten.
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