DE10148326A1

DE10148326A1 - Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10148326A1
Application number: DE10148326A
Authority: DE
Inventors: Klaus Keilhofer; Andreas Schell
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-09-29
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2003-04-17
Also published as: US20030081632A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Busleitung, einem mit der Busleitung verbundenen zentralen Steuergerät und wenigstens zwei mit der Busleitung verbundenen Steuermodulen. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist das Steuergerät und/oder wenigstens eines der Steuermodule Mittel zum Bündeln von zu übermittelnden Nachrichten in eine gemeinsame, auf die Busleitung gesendete Nachricht auf. DOLLAR A Verwendung z. B. für Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Busleitung, einem mit der Busleitung verbundenen Zentralsteuergerät und wenigstens zwei mit der Busleitung verbundenen Steuermodulen.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 778 179 A2 ist ein Kommunikationssystem bekannt, bei dem mehrere Knoten eines Kommunikationssystems an eine gemeinsame Busleitung angeschlossen sind. Die Knoten arbeiten in einer Master-Slave- Konfiguration. Bei Ausfall eines Master-Knotens wird einer der Slave-Knoten als Masterknoten betrieben.

Aus der internationalen Patentveröffentlichung WO 95/15043 ist ein Kommunikationssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, über das ein Steuergerät mit Stellantrieben Nachrichten austauscht. Die Knoten des Kommunikationssystems arbeiten in einer Master- Slave-Konfiguration.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 21 272 A1 ist ein weiteres Kommunikationssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das als sogenanntes CAN-Bussystem ausgebildet ist, wobei dem Slave einer Master-Slave-Konfiguration Stellantriebe zugeordnet sind. Steuerungsdaten für die Stellantriebe werden vom Master ausgesendet.

Aus der Veröffentlichung Zeltwanger, Holger "CAN Implementations and Conformance Testing", CAN in Automation, Oktober 1998, ist es bekannt, zwei CAN-Busse mittels eines Gateways miteinander zu verbinden.

Bekannte Kommunikationssystems für Kraftfahrzeuge stoßen durch die Zunahme der zu übertragenden Nachrichten an ihre Systemgrenzen. Derzeit auf dem Markt erhältliche CAN-Controller können pro Controller maximal 15 CAN-Botschaften verwalten. Bei Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen werden auch für die Nebenaggregate elektrische Antriebe eingesetzt, deren Ansteuerung mittels eines CAN-Busses erfolgt. Dadurch steigt die Anzahl der zu übertragenden Nachrichten weiter an. Durch die hohe Last auf dem Datenbus kann in Extremfällen die Echtzeitfähigkeit verschiedener Systeme nicht mehr gewährleistet werden.

Mit der Erfindung soll bei einem Kommunikationssystem die Anzahl der zu übertragenden Nachrichten verringert werden.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Busleitung, einem mit der Busleitung verbundenen zentralen Steuergerät und wenigstens zwei mit der Busleitung verbundenen Steuermodulen vorgesehen, bei dem das Steuergerät und/oder wenigstens eines der Steuermodule Mittel zum Bündeln von zu übermittelnden Nachrichten in eine gemeinsame, auf den Bus gesendete Nachricht aufweist.

Indem zu übermittelnde Nachrichten gebündelt werden, kann die Anzahl der Nachrichten auf dem Datenbus und vor allem die Anzahl der in dem zentralen Steuergerät zu verwaltenden Empfangs- und Rückmeldebotschaften verringert werden. Dadurch wird in dem zentralen Steuergerät Kapazität geschaffen, da dieses von Verwaltungsaufgaben entlastet wird.

In Weiterbildung der Erfindung arbeiten die Steuermodule in einer Master-Slave-Konfiguration und das als Master arbeitende Steuermodul weist die Mittel zum Bündeln von Nachrichten für das zentrale Steuergerät auf.

Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, da das als Master arbeitende Steuermodul die von den Slaves gesendeten Nachrichten ohnehin prüft und somit zur Verarbeitung dieser Nachrichten ausgelegt sein muß. Bei Ausfall des Masters übernimmt einer der Slaves seine Aufgabe.

In Weiterbildung der Erfindung sind mittels der Steuermodule Hilfsantriebe und/oder Stellglieder eines Kraftfahrzeugs ansteuerbar.

Eine solche Ausbildung ist insbesondere für Brennstoffzellen- Elektrofahrzeuge zweckmäßig, da dort zahlreiche Nebenaggregate elektrisch angetrieben und gesteuert werden müssen, beispielsweise eine elektrisch angetriebene Wasserpumpe eines Kühl- oder Heizungskreislaufs.

In Weiterbildung der Erfindung bündelt das zentrale Steuergerät Nachrichten mit Sollwerten für die Hilfsantriebe und/oder Stellglieder zu einer gemeinsamen Sollwertnachricht und wenigstens ein Steuermodul mit Mitteln zum Bündeln von Nachrichten bündelt Istwertnachrichten für das zentrale Steuergerät zu einer gemeinsamen Istwertnachricht.

Auf diese Weise werden die Anzahl der für die Steuerung der Hilfsantriebe und Stellglieder erforderlichen Istwert- und Sollwertnachrichten auf der Busleitung wirkungsvoll verringert.

In Weiterbildung der Erfindung weist das wenigstens eine Steuermodul mit Mitteln zum Bündeln von Nachrichten Mittel zum Überwachen und Prüfen von Istwertnachrichten aller Steuermodule auf.

Dadurch kann bei Ausfall eines Steuermoduls eine entsprechende Botschaft an das zentrale Steuergerät weitergereicht werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät an eine erste Busleitung und die Steuermodule an eine zweite Busleitung angeschlossen sind, wobei die erste und die zweite Busleitung mittels eines Gateways miteinander verbunden sind.

Auf diese Weise kann die Buslast weiter verringert werden, indem eine Trennung zwischen verschiedenen Feldbussystemen durchgeführt wird. Beispielsweise kann mittels eines Gateways eine Trennung zwischen einem Brennstoffzellensystem-CAN-Bus und dem restlichen Fahrzeug-CAN-Bus erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens eines der Steuermodule Mittel zum Erkennen von Störungen auf der Busleitung auf.

Durch diese Maßnahmen kann das zentrale Steuergerät von Prüf- und Sicherheitsfunktionen entlastet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt ein Kommunikationssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem CAN-Bus 10. An den CAN-Bus 10 ist ein zentrales Fahrzeugsteuergerät 12 angeschlossen. Ebenfalls an den CAN-Bus 10 angeschlossen sind mehrere Steuermodule 14, 16, 18, 20 und 22, die jeweils Hilfsantrieben des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Diese Hilfsantriebe dienen bei einem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug beispielsweise dazu, Nebenaggregate anzutreiben. Weitere Steuermodule an dem CAN-Bus 10 können beispielsweise für ein ABS-Steuergerät, den Fahrmotor selbst, ein Kombiinstrument oder andere Steuergeräte vorgesehen sein. Gerade bei einem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug wird die zulässige Anzahl von Botschaften auf dem CAN-Bus 10 rasch erreicht. Mit den derzeitig auf dem Markt erhältlichen Full- CAN-Controllern können pro Controller maximal 15 CAN-Botschaften verwaltet werden. Neben dem erhöhten Schaltungsaufwand zur Verwaltung der Botschaften steigt aber auch die CPU-Belastung der mit der Verwaltung befassten Steuergeräte.
Zur Verringerung der Anzahl der Nachrichten auf dem CAN-Bus 10 sind das Steuergerät 12 und das Steuermodul 14 mit Mitteln zum Bündeln von Nachrichten versehen. So sendet das zentrale Steuergerät 12 mit der Nachricht ID 620h eine Sollwertnachricht auf den CAN-Bus 10, die alle Steuermodule 14, 16, 18, 20 und 22 betrifft. Statt einzelner Sollwertnachrichten für jedes der Steuermodule 14 bis 22 wird somit lediglich eine einzige Sollwertnachricht ID 620h benötigt.
Die einzelnen Steuermodule 14 bis 22 empfangen somit alle die Sollwertnachricht ID 620h und senden jeweils eine Istwertnachricht auf den CAN-Bus 10. So sendet das Steuermodul 14 die Istwertnachricht ID 630h, das Steuermodul 16 die Istwertnachricht ID 640h, das Steuermodul 18 die Istwertnachricht ID 650h, das Steuermodul 20 die Istwertnachricht ID 660h und das Steuermodul 22 die Istwertnachricht ID 670h. Im Falle der Hilfsantrieben zugeordneten Steuermodule 14 bis 22 kann eine Istwertnachricht dieser Module jeweils aus einem Statussignal und einer Istdrehzahl bestehen.
Die Steuermodule 14 bis 22 arbeiten in einer Master-Slave- Konfiguration, wobei das Steuermodul 14 als Master und die Steuermodule 16, 18, 20 und 22 als Slave konfiguriert sind. Das Master-Slave-Verhältnis zwischen den Steuermodulen 14 bis 22 ist durch die gestrichelten Pfeile zwischen diesen angedeutet.
Gemäß der Erfindung weist das als Master arbeitende Steuermodul 14 Mittel zum Bündeln von zu übermittelnden Nachrichten in eine gemeinsame, auf den Bus gesendete Nachricht auf. So empfängt das Steuermodul 14 die Istwertnachrichten ID 640h, ID 650h, ID 660h und ID 670h von den Steuermodulen 16, 18, 20 bzw. 22. Diese Istwertnachrichten ID 640h, 650h, 660h und 670h werden in dem Steuermodul 14 zu einer gemeinsamen Istwertnachricht ID 630h gebündelt. Die gemeinsame Istwertnachricht ID 630h wird dann auf den CAN-Bus 10 gesendet.
Infolgedessen erfolgt die Rückmeldung der Istwerte von den Steuermodulen 14 bis 22 an das zentrale Steuergerät 12 mittels einer einzigen Istwertnachricht ID 630h. Infolgedessen muss das zentrale Fahrzeugsteuergerät 12 lediglich eine Istwertnachricht, nämlich die Istwertnachricht ID 630h, verwalten. Gegenüber einem konventionellen Kommunikationssystem wird das Fahrzeugsteuergerät 12 damit von Verwaltungsaufgaben entlastet, und im Fahrzeugsteuergerät 12 steht mehr Rechenkapazität für die eigentlichen Steuerungs- und Regelungsaufgaben zur Verfügung.
Neben der Bündelung der Istwertnachrichten der einzelnen Steuermodule 16, 18, 20 und 22 in die gemeinsame Istwertnachricht ID 630h überprüft das als Master arbeitende Steuermodul 14 auch, ob eines der Steuermodule 16 bis 22 ausgefallen ist und meldet dies dem zentralen Fahrzeugsteuergerät 12 mit der Rückmeldebotschaft. Darüber hinaus überwacht jedes Steuermodul 14 bis 22 den CAN-Bus 10 und prüft, ob alle Botschaften der Module und die Rückmeldebotschaften vorhanden sind.
Sollte das als Master arbeitende Steuermodul 14 ausfallen, so übernimmt das Slave-Modul mit der niedrigsten Rückmelde ID- Nummer automatische die Masterfunktion. Bei dem System der Fig. 1 würde folglich das Steuermodul 16 mit der Rückmelde ID-Nummer ID 640h automatisch die Master-Funktion für die verbleibenden Steuermodule 18, 20 und 22 übernehmen, wenn das Steuermodul 14 ausfällt.
Die schematische Darstellung der Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Bestandteile des Kommunikationssystems mit den gleichen Bezugsziffern wie in der Fig. 1 bezeichnet sind. Wie bei dem Kommunikationssystem der Fig. 1 sind das zentrale Fahrzeugsteuergerät 12 und die Steuermodule 14 bis 22 mit dem CAN-Bus 10 verbunden. Der CAN-Bus 10 wird als Antriebs-CAN-Bus bezeichnet und ist für eine Übertragungsrate von 500 kBaud ausgelegt.
Im Unterschied zu dem System der Fig. 1 ist bei dem in der Fig. 2 dargestellten Kommunikationssystem ein weiterer CAN-Bus 24 vorgesehen, der als Fahrzeug-CAN-Bus bezeichnet wird und ebenfalls für eine. Übertragungsrate von 500 kBaud ausgelegt ist. Die beiden CAN-Busse 10 und 24 sind mittels eines CAN-Gateways 26 getrennt. Das zentrale Steuergerät 12 ist somit unmittelbar an den CAN-Bus 24 angeschlossen und mittels des Gateways 26 mit dem CAN-Bus 10 verbunden. Wie in der Darstellung der Fig. 2 angedeutet ist, wird die vom zentralen Fahrzeugsteuergerät 12 ausgesendete Sollwertnachricht ID 620h über das Gateway 26 auf den CAN-Bus 10 übertragen. Umgekehrt wird die vom Steuermodul 14 erstellte, gemeinsame Istwertnachricht 630h über das Gateway 26 zum zentralen Fahrzeugsteuergerät 12 übertragen.

Claims

1. Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Busleitung (10), einem mit der Busleitung (10) verbundenen zentralen Steuergerät (12) und wenigstens zwei mit der Busleitung (10) verbundenen Steuermodulen (14, 16, 18, 20, 22), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) und/oder wenigstens eines der Steuermodule (14, 16, 18, 20, 22) Mittel zum Bündeln von zu übermittelnden Nachrichten in eine gemeinsame, auf die Busleitung (10) gesendete Nachricht aufweisen.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermodule (14, 16, 18, 20, 22) in einer Master- Slave-Konfiguration arbeiten und das als Master arbeitende Steuermodul (14) die Mittel zum Bündeln von Nachrichten für das zentrale Steuergerät (12) aufweist.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuermodule (14, 16, 18, 20, 22) Hilfsantriebe und/oder Stellglieder eines Kraftfahrzeugs ansteuerbar sind.

4. Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuergerät (12) Nachrichten mit Sollwerten für die Hilfsantriebe und/oder Stellglieder zu einer gemeinsamen Sollwertnachricht (ID 630h) bündelt und das wenigstens eine Steuermodul (14) mit Mitteln zum Bündeln von Nachrichten Istwertnachrichten (ID 640h, ID 650h, ID 660h, ID 670h) für das zentrale Steuergerät (12) zu einer gemeinsamen Istwertnachricht (ID 630h) bündelt.

5. Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Steuermodul (14) mit Mitteln zum Bündeln von Nachrichten Mittel zum Überwachen und Prüfen von Istwertnachrichten (ID 640h, ID 650h, ID 660h, ID 670h) aller Steuermodule (14, 16, 18, 20, 22) aufweist.

6. Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuergerät (12) an eine erste Busleitung (24) und die Steuermodule (14, 16, 18, 20, 22) an eine zweite Busleitung (10) angeschlossen sind, wobei die erste und die zweite Busleitung (10, 24) mittels eines Gateways (26) miteinander verbunden sind.

7. Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Steuermodule (14, 16, 18, 20, 22) Mittel zum Erkennen von Störungen auf der Busleitung (10) aufweist.