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WO2012055526A1 - Netzwerk und verfahren zum betreiben eines netzwerks - Google Patents

Netzwerk und verfahren zum betreiben eines netzwerks Download PDF

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Publication number
WO2012055526A1
WO2012055526A1 PCT/EP2011/005348 EP2011005348W WO2012055526A1 WO 2012055526 A1 WO2012055526 A1 WO 2012055526A1 EP 2011005348 W EP2011005348 W EP 2011005348W WO 2012055526 A1 WO2012055526 A1 WO 2012055526A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
subscriber
line
central
coupling unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/005348
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Döring
Olaf Krieger
Andreas Titze
Henning Harbs
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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 Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority to US13/881,579 priority Critical patent/US9442543B2/en
Priority to EP11775744.3A priority patent/EP2633641A1/de
Priority to CN201180051090.1A priority patent/CN103181116B/zh
Publication of WO2012055526A1 publication Critical patent/WO2012055526A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • 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
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    • 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
    • H04L12/40039—Details regarding the setting of the power status of a node according to activity on the bus
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    • 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 is an input voltage of the switching regulator periodically switched on and off and given to a memory element. Depending on the ratio of on and off time is at the output. the switching regulator or the memory element a specific
  • the technical problem arises of providing a network and a method for operating a network, which is a reduction of network elements, in particular
  • the network 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.
  • the power coupling unit is a DC voltage with predetermined
  • Voltage level can be impressed on 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 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
  • DC voltage that can be impressed from the central subscriber to the first line of the first cable can be tapped from the at least first line of the first cable.
  • the first DC voltage is a first operating voltage of the first
  • 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 a supply voltage required for the operation of the subscriber, for example a control unit, for example one Supply voltage of 5 V.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • the first subscriber may have several inputs to which voltages with different voltage levels can be applied.
  • Operating voltage to supply a microcontroller of the first participant serve.
  • a second operating voltage can serve a voltage supply of memory units of the first subscriber.
  • the first participant comprises a signaling unit or the first participant is assigned a signaling unit, wherein by means of
  • Participant a demand signal is generating bear.
  • the demand signal is from the
  • Signaling unit to the central subscriber via at least one of the first and the central subscriber line connecting, for example, the first line of the first cable, transferable.
  • 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. constitutes 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 is the first. Participant in the off state less 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 therefore, the energy consumption of the first subscriber decreases in comparison with a service 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 waking up or turning on signaling a need to communicate the first participant.
  • a demand signal may be generated, for example, if a communication requirement of the first party 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.
  • the sensor Under a direct assignment, e.g. be understood that the sensor is physically connected to an input interface of at least the first participant, for example via at least one line.
  • the sensor may be directly connected to the input interface of at least the first subscriber, i. that signals of the sensor directly to the first participant and not about other participants to the first participant, such as. in a bus system.
  • 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 can be detected by means of the central subscriber, wherein the first DC voltage of the first subscriber can be impressed by means of the energy coupling unit of the central subscriber at least on the first line of the first cable, if the demand signal is detected.
  • DC voltage of the first participant this is from a disconnected state switched on or woken up from a sleep state.
  • the first participant must advantageously no longer be connected to a vehicle electrical system or be connected to this, the power supply when the first participant is woken up or turned on.
  • the central subscriber is connected to other subscribers in addition to the first subscriber, a central energy supply for the first and the further subscribers can be provided by the central subscriber.
  • switching elements for the electrical connection of the first and the further subscribers with the vehicle electrical system can advantageously be saved for the first and all other subscribers.
  • 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
  • Energy coupling unit of the first participant the demand voltage on at least one of the first and the central participant connecting line, for example, the first line of the first cable, can be imprinted.
  • the demand voltage may be a
  • 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. Further, by means of the energy coupling unit of the central subscriber, the first DC voltage can be impressed on at least the first line of the first cable, if the voltage applied to the detection input is the
  • 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 a transmitted from the first participant to the central subscriber 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. Participant at least one switching unit.
  • the signaling unit can be connected to a voltage source.
  • the voltage source can be a battery or a
  • the signaling unit may additionally comprise at least one voltage converter; wherein the voltage converter is connectable by means of the switching unit with the voltage source.
  • an output voltage of the voltage source may be higher or lower than the level of the required voltage.
  • the voltage 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 thus 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, the control unit 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
  • the energy coupling unit of the first subscriber comprises at least one voltage converter, wherein by means of the at least one
  • the first operating voltage is variable in their 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 to the power supply of a microcontroller and a second input for the supply of memory units, so by means of the voltage converter from the first line of the first cable tapped DC voltage, in this case the first
  • Operating voltage corresponds to 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.
  • Energy coupling unit of the first subscriber comprise further voltage converter, by means of which the tapped DC voltage is transformable to a voltage level of further inputs of the first subscriber.
  • the first cable comprises a second line, wherein by means of the energy coupling unit of the central subscriber, a further DC voltage of the first subscriber can be imposed on the second line of the first cable.
  • the further DC voltage may be a further operating voltage of the first subscriber or be transformable into the further operating voltage, for example by means of a voltage converter, the part of
  • a voltage level of the further DC voltage is equal to the voltage level of the first DC voltage, wherein the further DC voltage can likewise be applied to the first input of the first subscriber.
  • the further DC voltage can likewise be applied to the first input of the first subscriber.
  • Participant can be applied.
  • the first line of the first cable for supplying power to the first input of the first subscriber For example, for the power supply of a microcontroller of the first subscriber, can be used, wherein the second line for powering the second input of the first subscriber, for example, to power storage units of the other subscriber, can be used.
  • the energy coupling unit of the first participant may comprise at least one further spahnungswandler, wherein by means of at least one further
  • the further operating voltage is variable in its voltage level, wherein the voltage in its voltage level changed voltage to the further input or to the first input of the first subscriber can be applied.
  • the predetermined voltage level of the second DC voltage impressed on the second line of the first cable corresponds to a ground potential, wherein the second DC voltage can be tapped from the second line of the first cable and applied to a ground input of the first subscriber by means of the energy coupling unit of the first subscriber.
  • the lines of the first cable are mainly for communication between the central subscriber and the first subscriber.
  • DC resistance, a length and a current flow through the first and / or second line is to be selected.
  • a first operating voltage impressed by the central subscriber should be chosen such that a voltage drop across the first and / or second line is taken into account.
  • the voltage converter can be a previously explained longitudinal regulator.
  • the DC voltage tapped from the first line of the first cable can be lowered in its voltage level.
  • the network is in this case designed according to the previously described embodiments of the network.
  • a communication state of the first subscriber is by means of a signal coupling unit of the central participant a AC voltage impressed on at least a first line of a first cable or tapped from it, wherein by means of an energy coupling unit of the central participant, a first DC voltage having a predetermined voltage level is impressed on the first line of the first cable.
  • the communication state designates an active state of the first subscriber which does not correspond to a deactivated state or a sleep state of the first subscriber.
  • the first subscriber comprises a signaling unit, wherein a demand signal is generated by means of the signaling unit in a switched off or dormant state of the first subscriber in the case of a communication requirement, the demand signal from the signaling unit to the central subscriber via at least one connecting the central and the first subscriber Line is transmitted.
  • FIG. 1 is a schematic overview of a network according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a central subscriber
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first subscriber
  • FIG. 4 is a schematic representation of a central and a first subscriber
  • FIG. 5 is a schematic representation a further 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 subscriber 2 is connected to the subscribers 4, 5, 6 via a second cable 8, a third cable 9 and a fourth cable 10.
  • the central participant 2 thus serves as a star point in a so-called
  • the central subscriber 2 comprises a microcontroller 11 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
  • MAC unit Media Access Control Unit
  • 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 11 of the central subscriber 2 are the microcontroller 11 of the central subscriber 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 first participant 3 is in the Energy coupling unit 15, the DC voltage disconnected from Kommunikatiohssignal.
  • the DC voltage is used here for the power supply of the microcontroller 6, wherein the communication signal (Ethernet signal) of the MAC unit 17 is supplied.
  • the microcontroller 16 can switch on the control device periphery 19 and thus operate, for example, the input / output interface (IO interface) of the first user 3.
  • the energy coupling units 14 in this case couple a DC voltage to lines 21, 22 of the cables 7, 8, 9, 10, which is provided by a central voltage source 20.
  • the impressed DC voltage serves as the operating voltage of the other
  • the first subscriber 3 requires a first operating voltage of 5 V, a second operating voltage of 3.3 V and a third operating voltage of 1.6 V.
  • 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 subscriber 6 requires a first operating voltage of 3.3 V and a second operating voltage of 1.6 V.
  • the energy coupling units 14 of the central subscriber and / or the energy coupling units 15 of the further subscribers 3, 4, 5, 6 comprise voltage transformers, by means of which the voltage provided by the central voltage source 20 to the required operating voltages of the other
  • a central logic of the network management is integrated in the central subscriber, which advantageously results in a complexity of the
  • 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.
  • 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 in a second line 22 of the first cable 7 is arranged.
  • the capacitors C1, C2 are used to decouple the central subscriber 2 from a DC voltage to be applied to the first line 21.
  • the inductors L1, L2 serve here 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 in the core of the common mode choke cancel each other out.
  • the common mode choke serves to dampen spurious emissions (EMI).
  • EMI spurious emissions
  • Central subscriber 2 comprises an inductance L3, wherein via the inductance L3, which is used to block high frequencies of the communication serving AC voltage, a first DC voltage, for example, in the amount of 5 V, can be placed on the first line 21.
  • a first DC voltage for example, in the amount of 5 V
  • Voltage source 20 is provided.
  • a first participant 3 is shown schematically. This includes a
  • 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
  • Energy coupling unit 15 a first series regulator 24 and a second series regulator 25.
  • About the first series regulator 24 is impressed on the first line 21 DC voltage corresponding to the first operating voltage, to a voltage level of 3.3 V and to a second input 26 of the first Participant 3 created.
  • Longitudinal regulator 25 is a voltage level of the first operating voltage on
  • 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 connects a central voltage source 20 with the first line 21 via an inductance L3.
  • a signaling unit of the first subscriber 3 has a voltage converter 31 and a diode 32. Furthermore, the signaling unit has a switch 33. By means of the switch 33 is the
  • Voltage converter 31 with an electrical system 34 electrically connected.
  • the voltage converter 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. 2.7 V.
  • About the diode 32 additionally falls a so-called
  • 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
  • Microcontroller 1 1 of the central subscriber 1 can be integrated, it is evaluated whether the voltage applied to the detection input 28 voltage exceeds a predetermined voltage level, in particular the predetermined voltage level of the required voltage. If the voltage applied to the detection input 28 exceeds the predetermined voltage level, then the switch 30 is controlled by means of the switching output 29 such that it is closed and the central voltage source 20 is coupled to the first participant 3 via the inductance L3. As a result, a first DC voltage impressed on the first line 21 and the first subscriber 3 supplied with an operating voltage.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram of the power supply of a first
  • 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 are electrically connected by means of an inductance L7 to the second line 22 of the first cable 7.
  • Also on the second line 22 can by means of a
  • 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. in the amount of 5 V, which corresponds to a first operating voltage
  • 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.
  • the energy coupling unit 14 or another energy coupling unit of the central participant 2 is a second
  • Operating voltage corresponds to 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.
  • L7 inductance
  • the tapped from the second line 22 second operating voltage to a comparison with this second
  • Fig. 7 is shown in contrast to Fig..6 that the 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 is applied to a second input 26 of the first subscriber 3.
  • a lower operating voltage compared to the first operating voltage e.g. in the amount of 1, 3 V, is applied as a second DC voltage to a second line 22 of the in Fig. 1
  • Imprinted illustrated first cable 7. By means of an inductance L7 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 operating voltage is used as maintenance voltage for registers or memory states.
  • Processors or memory stored information is 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 a second DC voltage of 0 V is impressed via a second line 22, ie that 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. As a result, a first subscriber 3 can be operated without separate connection to a vehicle ground in an advantageous manner.

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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 Gleichspannung mit vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung (21) 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 Gleichspannung von der mindestens ersten Leitung (21) des ersten Kabels (7) abgreifbar und an mindestens einen ersten Eingang (23) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei die Gleichspannung eine erste Betriebsspannung des ersten Teilnehmer (3) ist, wobei der erste Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit umfasst oder dem ersten Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit zugeordnet ist, 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, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks (1).

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 Schaltungsaufwand 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
Elementen 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- N etzwerk.
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 Empfangen 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 vorbestimmtem
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.
Auch der mindestens eine erste Teilnehmer umfasst eine Signalkopplungseinheit und mindestens eine Energiekopplungseinheit. Mittels der Signalkopplungseinheit ist eine
Wechselspahnung 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
Gleichspannung, die von dem zentralen Teilnehmer auf die erste Leitung des ersten Kabels aufprägbar ist, von der mindestens ersten 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.
Der erste Teilnehmer kann hierbei über mehrere Eingänge verfügen, an die Spannungen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus anlegbar sind. Beispielsweise kann die erste
Betriebsspannung zur Versorgung eines Mikrocontrollers des ersten Teilnehmers dienen. Eine zweite Betriebsspannung kann einer Spannungsversorgung von Speichereinheiten des ersten Teilnehmers dienen.
Weiter erfindungsgemäß 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 erzeugbär ist. Das Bedarfssignal ist von der
Signalisierungseinheit an den zentralen Teilnehmer über mindestens eine den ersten und den zentralen Teilnehmer verbindende Leitung, beispielsweise die erste Leitung des ersten Kabels, übertragbar.
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. Somit können in vorteilhafter Weise Elemente zur Verkabelung des dem ersten Teilnehmer zugeordneten Sensors mit einer zentralen Logik, beispielsweise einem zentralen Steuergerät, eingespart werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels des zentralen Teilnehmers das Bedarfssignal detektierbar, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers die erste Gleichspannung des ersten Teilnehmers mindestens auf die erste Leitung des ersten Kabels aufprägbar ist, falls das Bedarfssignal detektiert wird. Durch das Aufprägen der ersten
Gleichspannung des ersten Teilnehmers wird dieser 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 versorgt wird, also eingeschaltet oder aufgeweckt wird, falls der zentrale Teilnehmer das Bedarfssignal detektiert.
Im eingeschalteten bzw. aufgeweckten Zustand 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, wenn der erste Teilnehmer aufgeweckt oder eingeschaltet wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Schaltelemente zur elektrischen Verbindung, insbesondere auch Elemente zur Verkabelung und/oder Regler, des ersten Teilnehmers mit dem Bordnetz 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 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, beispielsweise die erste Leitung des ersten Kabels, 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 mindestens die erste Leitung des ersten Kabels aufprägbar, falls die am Detektionseingang angelegte Spannung das
vprbestimmte 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, däss 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 Signalisierungseinheit des ersten. Teilnehmers mindestens eine Schalteinheit. Mittels der Schalteinheit ist die Signalisierungseinheit mit einer Spannungsquelle verbindbar. Die Spannungsquelle kann hierbei eine Batterie oder ein
' Akkumulator seih, dessen Ausgangsspannung das Niveau der Bedarfsspannung aufweist. Auch kann die Signalisierungseinheit 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 Spannungsquelle 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 Signalisierungseinheit und der Spannungsquelle herstellt. Die Schalteinheit 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. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers mindestens einen Spannungswandler, wobei mittels des mindestens einen
Spannungswandlers die erste 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 die von der ersten Leitung des ersten Kabels abgegriffene Gleichspannung, die in diesem Fall der ersten
Betriebsspannung entspricht, 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 abgegriffene Gleichspannung auf ein Spannungsniveau von weiteren Eingängen des ersten Teilnehmers transformierbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Kabel eine zweite Leitung, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers eine weitere Gleichspannung des ersten Teilnehmers auf die zweite Leitung des ersten Kabels aufprägbar ist. Mittels der
Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers ist die weitere Gleichspannung von der zweiten Leitung des ersten Kabels abgreifbar. Die weitere Gleichspannung kann eine weitere Betriebsspannung des ersten Teilnehmers sein oder in die weitere Betriebsspannung transformierbar sein, beispielsweise mittels eines Spannungswandlers, der Teil der
Energiekoppiungseinheit des ersten Teilnehmers sein kann.
Hierbei sind zwei Szenarien denkbar: Im ersten Szenario ist ein Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung gleich dem Spannungsniveau der ersten Gleichspannung, wobei die weitere Gleichspannung ebenfalls an den ersten Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar ist. In diesem Szenario ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine identische Gleichspannung auf beiden Leitungen übertragen werden kann. Hierdurch ergibt sich eine Verdoppelung 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.
In einem zweiten Szenario ist das Spannungsniveau der weiteren Gleichspannung vom
Spannungsniveau der ersten Gleichspannung verschieden, wobei die weitere Gleichspannung in diesem Szenario als weitere Betriebsspannung an einen weiteren Eingang des ersten
Teilnehmers anlegbar ist. 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 weiteren Teilnehmers, genutzt werden kann.
Selbstverständlich kann die Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers mindestens einen weiteren Spahnungswandler umfassen, wobei mittels des mindestens einen weiteren
Spannungswandlers die weitere Betriebsspannung in ihrem Spannungsniveau veränderbar ist, wobei die in ihrem Spannungsniveau veränderte Spannung an den weiteren Eingang oder an den ersten Eingang des ersten Teilnehmers anlegbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform entspricht das vorbestimmte Spannungsniveau der auf die zweite Leitung des ersten Kabels aufgeprägten zweiten Gleichspannung einem Massepotential, wobei mittels der Energiekopplungseinheit des ersten Teilnehmers die zweite Gleichspannung von der zweiten Leitung des ersten Kabels abgreifbar und 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.
Die Leitungen des ersten Kabels dienen hauptsächlich einer Kommunikation zwischen dem zentralen Teilnehmer und dem ersten Teilnehmer. Beim Aufprägen der ersten
Betriebsspannung vom zentralen Teilnehmer auf die erste und/oder 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/oder zweite Leitung zu wählen ist. Insbesondere sollte eine vom zentralen Teilnehmer aufgeprägte erste Betriebsspannung derart gewählt werden, dass ein Spannungsabfall über der ersten und/oder 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. In einem Kommunikationszustand des ersten Teilnehmers wird mittels einer Signalkopplungseinheit des zentralen Teilnehmers eine Wechselspannung auf mindestens eine erste Leitung eines ersten Kabels aufgeprägt oder davon abgegriffen, wobei mittels einer Energiekopplungseinheit des zentralen Teilnehmers eine erste Gleichspannung mit vorbestimmtem Spannungsniveau auf die erste Leitung des ersten Kabels aufgeprägt wird. Der Kommunikationszustand bezeichnet hierbei einen aktiven Zustand des ersten Teilnehmers, der nicht einem abgeschalteten Zustand bzw. einem Schlafzustand des ersten Teilnehmers entspricht. Insbesondere wird der erste Teilnehmer im
Kommunikationszustand mit elektrischer Energie über mindestens die erste Leitung des ersten Kabels versorgt. Erfindungsgemäß umfasst der erste Teilnehmer eine Signalisierungseinheit, wobei mittels der Signalisierungseinheit in einem abgeschalteten oder schlafenden Zustand des ersten Teilnehmers im Falle eines Kommunikationsbedarfs ein Bedarfssignal erzeugt wird, wobei das Bedarfssignal von der Signalisierungseinheit an den zentralen Teilnehmer über mindestens eine den zentralen und den ersten Teilnehmer verbindende Leitung übertragen wird.
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 11 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 11 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 ist im angeschalteten Zustand der weiteren Teilnehmer 3, 4, 5, 6 eine Gleichspannung, die von der Ethernet-Kommunikation überlagert ist, aufgeprägt. Bei dem Empfänger, beispielsweise dem ersten Teilnehmer 3, wird in der Energiekopplungseinheit 15 die Gleichspannung vom Kommunikatiohssignal getrennt. Die Gleichspannung dient hierbei der Energieversorgung des Mikrocontrollers 6, 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 Gleichspannung auf Leitungen 21 , 22 der Kabel 7, 8, 9, 10 ein, die von einer zentralen Spannungsquelle 20 zur Verfügung gestellt wird. Die aufgeprägte Gleichspannung dient hierbei als Betriebsspannung der weiteren
Teilnehmer 3, 4, 5, 6 oder können in die benötigten Betriebsspannungen gewandelt werden. 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 Gleichspannung durch den zentralen Teilnehmer 2 auf eine erste Leitung 21 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 ein Induktivität L3, wobei über die Induktivität L3, die zum Blockieren von hohen Frequenzen der der Kommunikation dienenden Wechselspannung dient, eine erste Gleichspannung, beispielsweise in Höhe von 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.
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 C4 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 als eine erste Betriebsspannung an einen ersten Eingang 23 des ersten Teilnehmers 3 angelegt wird. 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 Gleichspannung, die 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 ersten Betriebsspannung 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. 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 Detektionseingang 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 der ersten Leitung 21 über eine Induktivität L3 verbindet. Eine Signalisierungseinheit des ersten Teilnehmers 3 weist 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 Spannungswandler 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 Gleichspannung zur Versorgung des ersten Teilnehmers 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 .Auswerteeinheit, die z.B. in den
Mikrocontroller 1 1 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 eine erste Gleichspannung auf die erste Leitung 21 aufgeprägt und der erste Teilnehmer 3 mit einer 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 mittels einer Induktivität L7 mit der zweiten Leitung 22 des ersten Kabels 7 elektrisch verbunden. Auch auf die zweite Leitung 22 kann mittels einer
Energiekopplungseinheit 14 eines zentralen Teilnehmers 2 (siehe Fig. 1) eine zweite
Gleichspannung mit dem gleichen Spannungsniveau wie das der ersten Gleichspannung aufgeprägt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Verdoppelung 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, die einer ersten Betriebsspannung entspricht, auf die erste Leitung 21 aufgeprägt wird. 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 und einer zweiten
Betriebsspannung entspricht, 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. 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 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 Betriebsspannung niedrigere zweite Betriebsspannung, z.B. in Höhe von 1 ,3 V, wird als eine zweite Gleichspannung auf eine 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 Betriebsspannung als Erhaltungsspannung für Register oder Speicherzustände. Somit kann man in einer Ausführungsform nach Fig. 7 in vorteilhafter Weise die erste 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 zeitaufwendiges Booten oder Initialisieren könnte somit entfallen.
In Fig. 8 ist im Unterschied zu Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt, dass über eine zweite Leitung 22 eine zweite Gleichspannung von 0 V aufgeprägt wird, d.h. dass die zweite Leitung 22 ein Massepotential, insbesondere ein Potential einer Fahrzeugmasse, aufweist. 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 Lähgsregler
zweiter Eingang
dritter Eingang
Detektionseingang
Schaltausgang
Schalter
Spannungswandler
Diode
Schalter
Bordnetzspannung
Masseeingang
Längsregler 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

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 Gleichspannung mit vorbestimmten
Spannungsniveau auf die erste Leitung (21) 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 Gleichspannung von der mindestens ersten 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 transformierbar ist, wobei die erste Betriebsspannung an mindestens einen ersten Eingang (23) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist, wobei der erste Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit umfasst oder dem ersten Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit zugeordnet ist, 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.
2) Netzwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des. zentralen
Teilnehmers (2) das Bedarfssignal detektierbar ist, wobei mittels der
Energiekopplungseinheit (14) des zentralen Teilnehmers (2) eine erste Gleichspannung auf die erste Leitung (21) des ersten Kabels (7) aufprägbar ist, falls das Bedarfssignal detektiert wird.
3) Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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 verbindende Leitung aufprägbar.ist.
4) Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des
Energiekopplungseinheit (14) des zentralen Teilnehmers (2) die Bedarfspannung von der ersten Leitung (21) 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) aufprägbar ist, falls die am Detektionseingang (28) angelegte Spannung das vorbestimmtes Spannungsniveau überschreitet.
5) Netzwerk nach einem der Ansprüche 3 oder 4, 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.
6) Netzwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Signalisierungseinheit des ersten Teilnehmers (3) mindestens eine Schalteinheit umfasst, wobei die Signalisierungseinheit mittels der Schalteinheit mit einer Spannungsquelle verbindbar.
7) 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 Betriebsspannung in ihrem Spannungsniveau veränderbar ist, wobei die in ihrem Spannungsniveau veränderte erste Betriebsspannung an einen weiteren Eingang (26, 27) des ersten Teilnehmers anlegbar ist.
8) Netzwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kabel (7) eine zweite Leitung (22) umfasst, wobei mittels der
Energiekopplungseinheit (14) des zentralen Teilnehmers (2) eine weitere Gleichspannung . des ersten Teilnehmers (3) auf die zweite Leitung (22) des ersten Kabels (7) aufprägbar ist, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (1 ) des ersten Teilnehmers (3) die weitere Gleichspannung von der zweiten Leitung (22) des ersten Kabels (7) abgreifbar ist, wobei die weitere Gleichspannung eine weitere Betriebsspannung des ersten
Teilnehmers ist oder in die weitere Betriebsspannung transformierbar ist, wobei ein
-Spannungsniveau der weiteren Betriebsspannung gleich dem Spannungsniveau der ersten Betriebsspannung ist und die weitere Betriebsspannung an den ersten Eingang (23) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar ist oder das Spannungsniveau der weiteren Betriebsspannung vom Spannungsniveau der ersten Betriebsspannung verschieden ist und die weitere Betriebsspannung an einen weiteren Eingang (26, 27) des ersten
Teilnehmers (3) anlegbar ist.
Netzwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte
Spannungsniveau der auf die zweiten Leitung (22) aufgeprägten Spannung einem
Massepotential entspricht, wobei mittels der Energiekopplungseinheit (15) des ersten Teilnehmers die Gleichspannung von der zweiten Leitung (22) des ersten Kabels (7) abgreifbar und an einen Masseeingang (35) des ersten Teilnehmers (3) anlegbar 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 Gleichspannung mit vorbestimmten Spannungsniveau auf die erste Leitung (21) 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 Gleichspannung von der mindestens ersten Leitung (2) des ersten Kabels (7) abgegriffen und an mindestens einen ersten Eingang (23) des ersten Teilnehmers (3) angelegt wird, wobei die Gleichspannung eine erste
Betriebsspannung des ersten Teilnehmer (3) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit umfasst oder dem ersten Teilnehmer (3) eine Signalisierungseinheit zugeordnet ist, wobei mittels der Signalisierungseinheit in einem abgeschalteten oder schlafenden Zustand des ersten Teilnehmers (3) ein
Bedarfssignal erzeugt wird, wobei das Bedarfssignal von der Signalisierungseinheit an den zentralen Teilnehmer (2) über mindestens eine den ersten und den zentralen
Teilnehmer (3, 2) verbindende Leitung übertragen wird.
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