DE4392671C2 - Kommunikationssystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Kommunikationssystem für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Verbindungssy
steme und insbesondere auf elektrische Systeme für Kraftfahrzeuge, für die Steue
rung und die Betätigung des Fahrzeugs und seiner Zubehörteile.
Als Fahrzeugsteuerungs- und Zubehörfunktionen in Kraftfahrzeugen zusätzlich ein
gebaut wurden, hat die nach und nach erfolgende Hinzufügung von jedem Zube
hörteil und anderen Schaltungen eine erhöhte Komplexität im elektrischen System
sowie in der üblichen elektrischen Übertragungsanordnung bewirkt. Typischerweise
wird zumindest einer und meistens mehr als ein Kabelbaum mit einer Vielzahl von
Leitungen konstruiert, und zwar entsprechend der Anzahl von Sensoren und Betä
tigungselementen, die in dem Fahrzeug zu betreiben sind.
Aus der US 4,794,269 ist eine computergesteuerte Kontrolleinheit ausschließlich
für die Stromversorgung innerhalb von Automobilschaltkreisen bekannt. Eine Da
tenübertragung bzw. Kommunikation mit Sensoren oder Betätigungselementen
außer für die Stromversorgung ist nicht vorgesehen.
Aus der EP 0 051 849 ist ein Kabelsystem in Multiplexing-Technologie für Kraft
fahrzeuge bekannt. Dieses System enthält eine zentrale Steuereinheit, die über
eine Datenübertragungsleitung und eine Stromleitung mit einer Vielzahl von
Schnittstellenmodulen verbunden ist. Die Schnittstellenmodule sind über Verbin
dungseinrichtungen jeweils mit dem Hauptkabel und mit den Sensoren bzw. Betäti
gungselementen verbunden. Die Datenübertragung des Systems zwischen zentra
ler Steuereinheit und den Schnittstellenmodulen erfolgt gemäß Multiplexing-
Technologie über einen Kabelstrang.
Da die Vielzahl von Schaltungen und Zubehörteilen, die in Kraftfahrzeugen ver
wendet werden, gemäß Zubehörzusammenstellungen oder aufgrund von Kunden
wünschen variieren, wird eine breite Vielzahl von Kabelbäumen und Verbindungs
einrichtungen für die Montage hergestellt und zugeliefert, und zwar abhängig von
den Merkmalen, die in dem individuellen Kraftfahrzeug zur Anwendung kommen.
Entsprechend der Anzahl an Sensoren und Betätigungselementen müssen deshalb
ständig unterschiedliche Strukturen von Kabelbäumen inklusive der entsprechen
den Verbindungseinrichtungen hergestellt werden. Probleme ergeben sich auch
durch die teilweise sehr großen Entfernungen, die die Signale von der Steuerein
heit zu den Sensoren und Betätigungselementen zurückzulegen haben. Durch die
langen Kabelstrecken machen sich Störeinflüsse deutlich bemerkbar, und Repara
turen bei Ausfall einer Funktion der Steuereinheit sind schwierig durchzuführen, da
die Fehlersuche nicht auf einen Teil des Systems beschränkt werden kann. Wei
terhin stellt der Energieverlust in Systemen mit Steuer- und Arbeitseinrichtungen,
die durch ausgedehnte Kabelbäume miteinander verbunden sind, ebenfalls ein
Problem bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik dar.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikati
onssystem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, das auch nach Einbau in das Kraftfahr
zeug sehr flexibel und anpassungsfähig bleibt, so daß es universell für eine Viel
zahl von Anwendungen und Bestückungen des Kraftfahrzeugs mit entsprechenden
Sensoren und Betätigungselementen und deren Steuer- und Datenverarbeitungs
organen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung liefert ein für verschiedene Netzwerkarten ausgelegtes
Kommunikationssystem für Motorfahrzeuge, in dem eine Mehrzahl von Kontroll-
Mikroprozessormodulen bzw. Mikroprozessor-Steuermodulen mit einer Mehrzahl
von I/O (input/output = Eingangs/Ausgangs)-Interface-Mikroprozessormodulen
bzw. I/O-Mikroprozessor-Schnittstellenmodulen kommuniziert, wobei jedes dieser
Schnittstellen- bzw. Interfacemodule mit einer oder mehreren Arbeitseinheiten wie
Sensoren oder Betätigungselementen gekoppelt ist. Jedes Kontrollmodul und Inter
facemodul ist durch universelle Verbindungseinrichtungen bzw. Verbinder an eine
Hauptleitung gekoppelt, wobei die Interfacemodule in großer Nähe zu den Senso
ren und den Betätigungselementen angeordnet sind, so daß diese durch einfache,
kurze Überlagerungs-Verdrahtung mit dem Mikroprozessor-Schnittstellenmodul
verbunden sind.
Vorzugsweise erlaubt eine örtliche Aufteilung der Kontroll-Mikroprozessor
funktionen und der Interface-Mikroprozessorfunktionen die Möglichkeit, universell
aufgebaute Blöcke zu verwenden, um ein gewünschtes System zu schaffen, und
beseitigt die Notwendigkeit für zahlreiche Vielfachleitungskabelbäume.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt ein Kontroll-Mikroprozessormodul
einen ersten Mikroprozessor, in erster Linie um technische Algorithmen auszufüh
ren, und zwar vorzugsweise um Datensignale zu erzeugen, die Steuerbefehlsdaten
erzeugen. Die Kontrollmodule weisen auch für verschiedene Arten von Netzwerken
ausgelegte Datenübertragungs- bzw. Kommunikationseinrichtungen für Datenüber
tragung hoher Geschwindigkeit auf, um im Mikroprozessor verarbeitete Daten zu
übertragen und zu empfangen. Solche Module empfangen technische bzw. inge
nieurmäßige Daten, manipulieren diese Daten, um technische Daten in der Form
von Befehlen zu berechnen, speichern Daten und übertragen technische Daten zur
Weiterleitung an Interfacemodule.
Ein I/O-Interface-Mikroprozessormodul besitzt einen zweiten Mikroprozessor, um
technische Datensignale in Steuerbefehlssignale umzuwandeln und um technische
Daten auf der Basis von erfaßten Zustandsinformationen zu erzeugen. Dieses In
terfacemodul weist ebenfalls für verschiedene Arten von Netzwerken ausgelegte
Kommunikationseinrichtungen zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung auf, um
technische Mikroprozessordaten zu senden und zu empfangen sowie Koppelein
richtungen für bidirektionale (Zwei-Richtungs-) Kommunikationssignale, beinhaltend
Zustandsinformationssignale und Befehlssignale, mit wenigstens einer von einer
Vielzahl von Arbeitseinheiten. Die Koppeleinrichtungen des Interfacemoduls weisen
weiterhin zumindest eine von einer Vielzahl von Einrichtungen auf, um Steuerbefeh
le in Steuersignale umzuwandeln und um Zustandsantwortsignale in Zustandsin
formationen umzuwandeln. Die Interfacekoppeleinrichtungen zum Umformen der
Signale können von unterschiedlichen Signalumformungstypen sein, wie z. B. Ana
log-Digital-Umwandlung, Hochgeschwindigkeitsdigitaleingänge/-ausgänge (high
speed digital input/output HSI/HSO), Niedriggeschwindigkeitsdigitaleingänge/-
ausgänge (low speed digital input/output LSI/LSO) und digitale Signalverarbeitung.
Obwohl die Umformungen durch die Koppeleinrichtungen in einer Einheit getrennt
vom Mikroprozessor-Schnittstellenmodul ausgeführt werden können, wird es als
Vorteil geschätzt werden, daß Mikroprozessorfähigkeit in Kombination mit den
Schaltkreisen der Koppeleinrichtungen als Teil des Interfacemoduls zur Verfügung
gestellt werden kann, so daß es mit einer Vielzahl von Sensoren, die Zustandsant
wortsignale an das Interfacemodul übertragen, sowie mit den Betätigungselemen
ten verbunden werden kann, die Befehlssignale vom Interfacemodul empfangen.
Eine Datenübertragungs- bzw. Kommunikationshauptleitung liefert die Verbindung
zwischen dem zumindest einen Kontrollmodul und anderen örtlich getrennten Inter
facemodulen. Zusätzlich kann ein Kontrollmodul des beschriebenen Typs in Kom
bination mit einem oben beschriebenen Interfacemodul im Gehäuse angeordnet
sein, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Hauptleitung
beinhaltet sowohl Batteriestromleitungen als auch verschiedene Leitungen, die als
Datenübertragungs- bzw. Kommunikationsnetzwerk ausgebildet sind. Die Verbin
dungen mit der Hauptleitung werden durch universelle Verbinder geschaffen, die
eine Vielzahl von Anschlußenden für die Verbindung mit den Leitungen der Haupt
leitung aufweisen. Vorzugsweise sind die Hauptleitung und die Verbinder für
"sauberen" Strom und ungefilterten Strom geeignet, und sie besitzen ein Paar von
Anschlußverbindungen für Netzwerke der Klasse A, ein Paar für Netzwerke der
Klasse B und ein Paar für Netzwerke der Klasse C sowie Standarderdungen.
In einer bevorzugten Abfolge wird das Ausgangssignal eines Sensors im Inter
facemodul zu einem technischen Wert (engineering data) gewandelt, dann zu dem
Kontrollmodul übertragen, um algorithmisch verarbeitet zu werden, so daß techni
sche Daten in Form von Steuerbefehlsdaten erzeugt werden. Wie in diesem Zu
sammenhang beschrieben wurde, beschreibt der Begriff technische Daten
(engineering data) wesentliche Daten, die durch einen Sensor in einer Form gelie
fert werden, die unabhängig von dem Sensor ist, obwohl sie nicht zwangsläufig
eine Form haben, die für das Programm verwendbar ist. Zusätzlich umfaßt dieser
Begriff essentielle Daten, die zu einem Betätigungselement übertragen werden,
und zwar in einer Form, die unabhängig von der Charakteristik des Betätigungse
lements ist, obwohl nicht notwendigerweise in einer Form, die in dem Programm
verwendet werden kann, von dem es abgeleitet worden ist. Der Steuerbefehlsda
tenwert wird zu einem Interfacemodul übertragen, und zwar vorzugsweise durch
die Hauptleitung, um den Betrieb eines Betätigungselements zu veranlassen. Die
technischen Daten in Form von Steuerbefehlsdaten werden in dem Interfacemodul
zu einem Befehlssignal umgewandelt, das das Betätigungselement steuert.
In einer umgekehrten Anordnung der bevorzugten Abfolge kann die Tätigkeit eines
Betätigungselements ein Steuersignal erzeugen, das in einem Interfacemodul zu
einem Steuerbefehlsdatenwert umgewandelt wird, der durch die Hauptleitung zu
einem Kontrollmodul übertragen wird. Der Befehlsdatenwert wird dem Kontrollmo
dul zugeführt, wo die algorithmische Verarbeitung Zustandsdaten erzeugt, die über
die Hauptleitung an ein Interfacemodul zur Umwandlung in ein entsprechendes
Zustandsantwortsignal für einen Sensor zurückübertragen werden. Jede dieser
Sensor-Betätigungselement- und Betätigungselement-Sensor-Abfolgen kann be
liebig kombiniert werden oder in örtlichen Bereichen gruppiert werden, wie später
detaillierter beschrieben wird.
Die Kontrollmodulfunktionen können weiterhin entsprechend den Anforderungen
getrennt werden. So kann z. B. ein Kontrollmodul, das dafür vorgesehen ist, bei ei
nem Antiblockiersystem festzustellen, wann die Bremsen in oder außer Eingriff ge
bracht werden sollen, getrennt von einem Kontrollmodul für die Antriebsfunktionen
oder die Aufhängungssteuerfunktionen angeordnet werden. Da eventuell jedes die
ser Kontrollmodule kontinuierlich auf den neuesten Stand gebrachte Daten durch
Steueralgorithmen innerhalb eines Betriebszeitintervalls verarbeiten muß, kann
eine dritte Kontrolleinrichtung verwendet werden, um algorithmisch die Daten zu
verarbeiten, die von den ersten beiden Kontrolleinrichtungen stammen, so daß ein
Reaktionssteuersystem geschaffen wird.
Die vorliegende Erfindung schafft somit ein elektrisches System, das wahlweise
vielfachen Zugang schaffen kann, Kommunikationsnetzwerke mit einer oder mit
mehreren Geschwindigkeiten sowie Kommunikationsnetzwerke mit einem oder
mehreren Protokollen, in denen universelle Module verwendet werden. Eine belie
bige Anzahl an beliebig komplexen Interfacemodulen, Steuereinheiten und kombi
nierten Interface- und Steuereinheiten kann darin integriert werden. Vorzugsweise
wird lediglich die Anzahl und die Komplexität der Interfacemodule durch die Anzahl
der Sensoren und Betätigungselemente, die in dem Fahrzeug vorhanden sind, be
einflußt. Weiterhin wird die Anzahl und die Komplexität der Interfacemodule vor
zugsweise durch die Anzahl der Sensoren und der Betätigungselemente bestimmt,
die innerhalb eines örtlich begrenzten Bereichs des Fahrzeugs erforderlich sind.
Außerdem vermeidet das System komplizierte Kabelbaumkonstruktionen, indem
kurze Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen von den Interfacekontrolleinheiten zu den
Sensoren und Betätigungselementen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung
schafft weiterhin anwendungsunabhängige Hauptleitungen, die sich sowohl für
verteilte als auch für zentralisierte Verarbeitungsprozesse eignen, und zwar insbe
sondere dort, wo fehlertolerante Backups innerhalb des Systems geschaffen wer
den müssen oder wo auch parallele Verarbeitung erforderlich ist. Weiterhin erlau
ben die universellen Module die Verwendung vieler Typen von Eingangssignalen
oder Ausgangsbefehlen, was die Interfaceeinheiten wiederverwendbar macht, und
zwar unabhängig von der Anwendung einer bestimmten Arbeitseinheit, die in dem
System betätigt werden soll. In jedem Fall schafft die Kommunikationsstruktur, die
durch die Verteilung von einfach gekoppelten Bausteinsätzen durch das Fahrzeug
geschaffen wird, einen wesentlich größeren Gebrauchsnutzen mit erheblich weni
ger speziell konfigurierten einzelnen Bauelementen.
Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft in Bezug auf die beigefügten Zeichnun
gen erläutert, wobei
Fig. 1 eine Draufsicht einer Fahrzeugauslegung zeigt, in der das elektrische Sy
stem gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines typischen Verbinders zeigt, wie er in
dem System gemäß Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 eine Rückansicht des Verbinders der Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 ein Funktionsschaltbild eines einzelnen Segments des Systems mit den
Funktionsgruppen Arbeitseinheit - Interface - Kontrolleinheit gemäß Fig. 1
ist; und
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Fahrzeuganordnung zeigt, die ein modifiziertes
elektrisches System aufweist, das gemäß der vorliegenden Erfindung auf
gebaut worden ist.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt, das ein elektrisches System 12 aufweist. Die
ses System 12 weist zumindest eines von vorzugsweise einer Vielzahl von Kontroll-
oder Steuermodulen 14 auf, zumindest eines und vorzugsweise eine Vielzahl von
Mikroprozessor-Schnittstellenmodulen 16, und zumindest eine und vorzugsweise
eine Vielzahl von Arbeitseinheiten in der Form von Betätigungselementen 18 und
Sensoren 20, die mit jedem Mikroprozessor-Schnittstellenmodul 16 verbunden
sind. Kommunikationsverbindung und Stromzufuhr werden für die Mikroprozessor
module 14, 16 und 30 und die Arbeitseinheiten 18 und 20 durch eine Hauptleitung
22 geschaffen, die Stromleitungen 24 und Datenleitungen 26 beinhaltet. Die Kon
trollmodule 14, die Interfacemodule 16 und die Kombinationsmodule 30, die sowohl
Kontroll- als auch Interfacefunktionen aufweisen, sind mit der Hauptleitung 22
durch universelle Verbinder 28 an ausgewählten Stellen innerhalb des Fahrzeugs
10 verbunden.
Betätigungselemente 18, wie ein Scheibenwischermechanismus, Scheinwerfer und
andere Zubehörelemente, sind allgemein bekannt und müssen nicht detaillierter
beschrieben werden. In entsprechender Weise sind Sensoren, wie ein Geschwin
digkeitssensor, ein Kilometerzähler oder dergleichen, ebenfalls allgemein bekannt
und müssen nicht detaillierter beschrieben werden, da sie in Verbindung mit der
vorliegenden Erfindung in herkömmlicher Weise konstruiert werden können. Es soll
jedoch klar sein, daß diese Arbeitseinheiten in bequemerer Weise angeordnet und
nach Belieben hinzugefügt oder entfernt werden können, ohne daß es erforderlich
ist sicherzustellen, daß eine entsprechende Signalleitung vorher in dem grundle
genden Kabelbaum für das Motorfahrzeug vorgesehen war.
Wie am besten in Fig. 1 zu sehen ist, ist die Hauptleitung 22 so ausgelegt, daß die
Verbindungspunkte in bequemer Weise nach Erforderlichkeit innerhalb der Fahr
zeuganordnung verteilt werden können. Ein erstes Kabel 34 der Stromleitung 24
erstreckt sich in Längsrichtung entlang der linken Fahrzeugseite und dann quer in
einem Bereich hinter der Hinterachse, um sich entlang des hinteren Endes des
Fahrzeugkörpers zu erstrecken. Eine zweite Leitung 35 der Stromleitung 24 er
streckt sich quer entlang des vorderen Bereichs der Fahrzeugkarosserie und dann
in Längsrichtung entlang der rechten Seite des Fahrzeugs bis zu einem Punkt im
hinteren Bereich des Passagierabteils, von wo aus sie sich quer in Richtung der
linken Seite der Karosserie erstreckt. Zusätzlich erstreckt sich eine Zwischenleitung
quer von der länglichen Erstreckung des Kabels 35 am vorderen Ende des Passa
gierabteils. Obwohl das exakte Layout in einem bestimmten Fahrzeug geändert
werden kann, entsprechend den Erfordernissen in Abhängigkeit von der Batterie
anordnung und anderen Erwägungen hinsichtlich der Zubehörgestaltung, stellt die
se Anordnung Strom an beiden Seiten des Fahrzeugs, an beiden Enden des Fahr
zeugs und sowohl am vorderen als auch am hinteren Bereich des Passagierabteils
zur Verfügung, und zwar mit wenigen Zentimetern Abstand von dem Ort, an dem er
erforderlich ist.
Die Verlegung der Leitung 26 erfolgt in der Weise, daß sie der Positionierung der
Stromleitung 24 entspricht. In der Ausführung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird die ent
sprechende Positionierung durch ein einzelnes Kabel mit einer oder mehreren iso
lierten Leitungen geschaffen, wobei die Anzahl der Leitungen von der Anzahl der
Kommunikationsgeschwindigkeiten oder der Kommunikationsprotokolle abhängt,
die verwendet werden, um Informationen zwischen den Kontrollmodulen und den
Interfacemodulen auszutauschen. Die eine oder die mehreren Leitungen, die das
Kabel der Hauptleitung 26 bilden, sind jedoch in einem einzelnen, als Schleife aus
gebildeten Pfad angeordnet, der mit den vorstehend erörterten Bereichen der
Stromleitungskabel 34 und 35 zusammenfällt. Ein erster Schleifenbereich erstreckt
sich entlang des Frontbereichs des Fahrzeugs vor dem Passagierabteil, eine
zweite Schleife erstreckt sich um das Passagierabteil herum, und ein dritter
Schleifenabschnitt ist hinter dem Passagierabteil angeordnet. Jeder der Schleifen
abschnitte wird durch eine Leitung gebildet, die sich zuerst entlang einer Seite der
Karosserie erstreckt, sich dann quer zu der anderen Seite des Karosseriekörpers
erstreckt, bevor sie sich in Längsrichtung entlang dieser gegenüberliegenden Seite
erstreckt und dann quer zu der Ursprungsseite zurückkehrt, so daß jede gebildete
Halbschleife an einem Punkt vor und an einem Punkt hinter dem Passagierabteil
eine Leitung 26 kreuzt, die die benachbarte Schleife bildet. Alternative Ausbildun
gen liegen jedoch ebenfalls innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, und
in Fig. 5 wird eine bevorzugte Modifikation gezeigt.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist jeder Verbinder 28 ein Gehäuse 40 auf, das einen
Kanal aufweist, der die Stromleitung 24 in einer Weise aufnimmt, die es dem Ge
häuse ermöglicht, die Stromleitung 24 elektrisch mit den Stromkopplungsanschlüs
sen 42 und 44 zu verbinden. Auf ähnliche Weise können Erdungsverbindungen in
jeder beliebigen Weise geschaffen werden, z. B. Schweißmutterverbindungen mit
dem Fahrzeugrahmen oder anderen Karosserieteilen, wie hier unter 46 dargestellt.
Weiterhin entsprechen die Erdungsanschlüsse 48 und 50 den Stromanschlüssen
42 und 44. Vorzugsweise wird ein Stromanschluß 42 innerhalb des Gehäuses 40
gefiltert, um ein Paar von "sauberen" Stromanschlüssen 42, 48 und ein ungefilter
tes oder "schmutziges" Stromanschlußpaar 44, 50 zu liefern. Die Anschlüsse 42,
44, 48 und 50 sind in einer Anschlußvorrichtung 52 ausgebildet, die das Gegen
stück eines Verbinders bildet, wie z. B. Stecker und Buchse, und den Verbinder 28
mit Arbeitseinheiten verbindet.
Die Anschlußvorrichtung 52 weist ebenfalls einen oder mehrere Anschlüsse auf,
die mit der Signalleitung 26 gekoppelt werden. In der bevorzugten Ausführungsform
weist der Verbinder 28 zwei Netzwerkanschlüsse 54 und 56 für Netzwerke der
Klasse C, ein Paar 58 und 60 für Netzwerke der Klasse B und ein Paar 62 und 64
für Netzwerke der Klasse A auf. Jeder der Anschlüsse 54 bis 64 erstreckt sich
durch das Gehäuse 42 zu einer Hauptleitungsanschlußvorrichtung 68, wie in Fig. 3
gezeigt. Dennoch ist es selbstverständlich, daß das Vorliegen und die Anzahl von
Anschlüssen jeder Klasse von Netzwerken geändert werden kann und in Überein
stimmung mit der Geschwindigkeit und dem Protokoll, das zur Kommunikation zwi
schen den Mikroprozessor-Steuermodulen und den Mikroprozessor-
Schnittstellenmodulen verwendet wird, ausgewählt werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 4 ist eine typische Verbindungseinrichtung zwischen einem
Kontroll-Mikroprozessormodul 14 und einem Interface-Mikroprozessormodul 16
diagrammäßig gezeigt, wobei die Verbindungen zwischen diesen Einheiten durch
die Hauptleitung 22 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt sind. Zusätzlich ist
in Fig. 4 mit gestrichelter Linie eine kombinierte Kontroll- und Interfaceeinheit 30
bezeichnet. Wie in Fig. 4 gezeigt ist eine Mehrzahl von Sensoren und Betätigungse
lementen über eine Mehrzahl von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, die allge
mein mit 70 beziffert sind, mit dem einzelnen Interfacemodul gekoppelt.
Jedes Segment der Anschlüsse 70 weist einen Buffer- oder einen Filterschaltkreis
von konventionellem Design auf, um die Signalinformation vorzubearbeiten, die von
und zu den Arbeitseinheiten geliefert wird. Solche Schaltkreise präparieren das
Zustandsantwortsignal zum Empfang als Datensignal durch geeignete Transforma
tionsschaltkreise im Block 72 des Interfacemoduls. Auf ähnliche Weise präparieren
die Anschlüsse 70 und die Transformationsschaltkreise im Block 72 Datensignale,
die von den Interface-Mikroprozessorkomponenten von Modul 16 geliefert werden,
damit sie ein passendes Befehlssignal bilden, das an ein Betätigungselement ge
sendet werden kann.
Wie diagrammartig im Block 72 dargestellt ist, kann jede von einer Vielzahl von
bekannten Umwandlungen oder Konversionen ausgewählt werden, um zwischen
den Arbeitseinheiten und einem Interfacemodul 16 zu kommunizieren. Das emp
fangene Signal kann dann mit Hilfe des Datenumwandlers 74 verwendet werden,
der eine auf einer CPU basierende Mikroprozessoreinheit mit geeignetem ROM
aufweist. Die Ergebnisse der Verarbeitung im Datenumwandler 74 werden dann zu
einem Puffer 76 in Form eines zweiseitig zugänglichen (dual access) RAM zuge
führt, um es für Verbindungseinrichtungen zugänglich zu machen, die diagrammar
tig durch Netzwerkempfänger und -sender 78 dargestellt sind.
Die Kontrolleinheit 14 weist weiterhin einen Kommunikationsnetzwerk-
Sender/Empfänger 80 auf, der an jedes Interfacemodul 16 durch die Hauptleitung
22 gekoppelt werden kann. Außerdem weist die Kontrolleinheit 14 einen Buffer 82
auf, der zweiseitig zugängliche RAMs 82 für die Kommunikation zwischen dem
Kommunikationsnetzwerk 80 und der Mikroprozessorsteuerung verwendet, die
durch die CPU 84 und ein damit verbundenes ROM 86 gebildet ist. Die Kommuni
kationsnetzwerke 80 und 78 weisen für verschiedene Arten von Netzwerken ausge
legte Kommunikationseinrichtungen zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung
mit zumindest einem von einer Vielzahl von Empfängern und Sendern für Kommu
nikation der Klassen A, B und C auf. Die Kommunikationsnetzwerke 78 und 80
können direkt in einem kombinierten Modul 30 oder durch die Hauptleitung 22 ver
bunden werden.
Fig. 5 stellt graphisch ein bevorzugtes System einer Fahrzeugsteuerung dar, das in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Ein elektrisches
Kontrollsystem eines derzeit hergestellten Kraftfahrzeuges mit zahlreichen Komfort-
und Funktionszubehörteilen erfordert zahlreiche Kabelverbindungen und Kabel
bäume durch das gesamte Fahrzeug. Obwohl es allgemein verständlich ist, daß die
Fahrzeugkarosserie in drei generelle Zonen aufgeteilt ist, ist es nützlich, zusätzliche
Zonen zu bestimmen, und zwar sowohl in Bezug auf die räumliche Anordnung als
auch in Bezug auf die Schaltdichte der Steuerungen und Zubehörteile. Das Instru
mentenbrett kann z. B. unter Berücksichtigung der großen Anzahl von Betätigungse
lementen und Sensoren, die in diesem Bereich positioniert sind, als separate Zone
zwischen dem Passagierabteil und dem Motorabteil angesehen werden, und es
kann wünschenswert sein, das Instrumentenbrett in Bereiche aufzuteilen, die auf
den funktionalen oder den örtlichen Anordnungen der einzelnen Komponenten ba
sieren.
In Fig. 5 ersetzen ein kombiniertes Kontroll- und Interfacemodul 32, bei dem das
Interface an achtzig verschiedene Intrazonenkabel gekoppelt ist, und ein weiteres
kombiniertes Kontroll- und Interfacemodul 34 mit achtundsechzig Intrazonenkabeln,
die mit entsprechenden Betätigungselementen und Sensoren gekoppelt sind, ein
hundertsiebenundfünfzig Intrazonenleitungen zur Motorsteuerung sowie einhun
dertsiebenundvierzig Interzonenleitungen. Zusätzlich ist ein Antriebszug-
Interfacemodul 106 mit sechsundneunzig Leitungen anstelle der ursprünglich fün
fundfünfzig Intrazonenleitungen und einundsechzig Interzonenleitungen gekoppelt.
Am Instrumentenbrett sind zweihundertsiebenunddreißig Intrazonenleitungen und
zweihundertneunundzwanzig Interzonenleitungen durch Interfacemodule 38, 90
und 92 mit achtundfünfzig, einhundertfünf und siebenundachtzig Verbindungslei
tungen ersetzt worden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein kombiniertes
Kontroll- und Interfacemodul 34 durch Hauptleitungssegmente 37 und 39 mit Inter
facemodulen 36 und 38 verbunden. Das Interfacemodul 36 ist in der rechten Pas
sagiertür angeordnet und steht mit zweiundzwanzig Betätigungselementen oder Sensoren durch
dafür vorgesehene Leitungen in Verbindung. Das Interfacemodul 38 kommuniziert
mit achtundfünfzig direkt daran angeschlossenen Arbeitseinrichtungen. Zusätzlich ist ein weite
res kombiniertes Kontroll- und Interfacemodul direkt mit einhundertfünf Arbeitsein
heiten verbunden. Weitere siebenundachtzig Koppeleinrichtungen koppeln Arbeit
seinheiten an das kombinierte Kontroll- und Interfacemodul 92, das vorstehend er
örtert worden ist, mit Leitungen, die siebzehn interzonale und vierzehn intrazonale
Kabelbaumleitungen ersetzen, die derzeit im Dachbereich des Passagierabteils
benötigt werden.
Die Fahrertür weist ebenfalls ein kombiniertes Kontroll- und Interfacemodul 94 auf,
das direkt mit dreiunddreißig Arbeitseinheiten verbunden ist. Der Hauptleitungsab
schnitt 93 koppelt die Module 94 und 92 zur Redundanz im Betrieb der Kontrollal
gorithmen. In ähnlicher Weise ist das Modul 34 durch das Hauptleitungssegment
95 an ein Interfacemodul 96 gekoppelt. Das Interfacemodul 96 ist direkt mit ein
undachtzig Arbeitseinheiten verbunden, um einhundertachtzig interzonale Leitun
gen im hinteren Bereich des Passagierabteils und 69 intrazonale Leitungen an der
hinteren Hutablage zu ersetzen. Der Hauptleitungsabschnitt 97 koppelt das Kombi
nationsmodul mit dem Kombinationsmodul 98. Das Kombinationsmodul 98 ist direkt
mit einundachtzig Arbeitseinheiten am Kofferraum und der Rücklichtkonsole des
Motorfahrzeugs gekoppelt, um zehn Interzonenleitungen und dreiundsechzig Intra
zonenleitungen der gegenwärtigen Produktionseinheit zu ersetzen.
Steuerungen für den Fahrersitz sowie die linke und die rechte Tür werden durch
sechzig Arbeitseinheitskoppeleinrichtungen geschaffen, die mit einem kombinierten
Kontroll- und Interfacemodul 100 gekoppelt sind. Gleichermaßen koppelt ein Inter
facemodul 102, das mit einundfünfzig Koppeleinrichtungen verbunden ist, an Ar
beitseinheiten für den rechten Beifahrersitz und die rechte hintere Tür und wird
durch das Hauptleitungssegment 101 mit dem Kombinationsmodul 100 verbunden.
Eine solche Anordnung ersetzt fünfundsechzig intrazonale Leitungen und einhun
derteinundachtzig interzonale Leitungen. Da die Module 100 und 102 durch einen
Hauptleitungsabschnitt 101 verbunden sind, bewirken zusätzliche Hauptleitungsab
schnitte 103 und 105 weitere Kommunikation mit den Hauptleitungsabschnitten 95
und 97 zur Redundanz oder zur parallelen Verarbeitung mit anderen Interface- oder
Kontrollmodulen.
Selbstverständlich können eine unterschiedliche Anordnung und Auswahl von Zo
nen sowie von Modulen, die mit den entsprechenden Zonen verbunden sind, in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung getroffen werden. Nichtsdesto
weniger können die Typen von Signalverarbeitung, die in jeder Zone ausgeführt
werden, wesentlich von der Datenverarbeitung abweichen, die in anderen Zonen
auftritt.
Indem derart die wichtigen Strukturmerkmale der vorliegenden Erfindung beschrie
ben worden sind, ist zu verstehen, daß das System gemäß der vorliegenden Erfin
dung eine Verbindung zwischen Arbeitseinheiten, wie Sensoren und Betätigungse
lementen, ermöglicht, die willkürlich entlang einer Hauptleitung angeordnet sind.
Das Interfacemodul weist Einrichtungen auf, um Befehlssignale in Betätigungs
signale umzuwandeln und um Sensorsignale in Zustandsantwortsignale umzuwan
deln. Zusätzlich schafft das System eine Verbindung zwischen Kontroll-
Mikroprozessormodulen und Interface-Mikroprozessormodulen durch eine für ver
schiedene Netzwerke ausgelegte Kommunikationseinrichtung für Hochgeschwin
digkeitsdatenübertragung mit zumindest einem von einer Vielzahl von Empfängern
oder Sendern für Datenübertragung der Klassen A, B oder C.
Darüber hinaus können die Interface-Mikroprozessormodule 16 unabhängig eine
Vielzahl von Arbeitseinheiten steuern und betätigen, die im gesamten Bereich des
Kraftfahrzeuges angeordnet sind, wenn sie zumindest mit einem Kontroll-
Mikroprozessormodul kombiniert sind, das eine algorithmische technische
(ingenieurmäßige) Analyse ausführt. Die Tätigkeiten, die durch eine Interfaceeinheit
oder durch eine Kontrolleinheit ausgeführt werden, können ebenfalls durch eine
andere Interfaceeinheit oder eine andere Kontrolleinheit entsprechend ausgeführt
werden, die Funktionen ausführt, die komplementär zu den Funktionen sind, die in
der ersten Interfaceeinheit gesteuert werden. Dementsprechend ist es nicht erfor
derlich, daß die Arbeitseinheiten durch funktionsmäßig getrennte Kontrolleinheiten
gesteuert werden, sondern sie können durch willkürlich örtlich angeordnete Inter
face-Mikroprozessormodule in einer physikalisch einfachen Weise betätigt werden.
Claims (12)
1. Kommunikationssystem für Kraftfahrzeuge, mit:
einer Mehrzahl von ersten Mikroprozessor-Steuermodulen (14), die erste Ein richtungen aufweisen, um Datensignale in einem Mikroprozessor zu verarbei ten, und die weiterhin Datenübertragungseinrichtungen für Hochgeschwindig keitsdatenübertragung aufweisen, um im Mikroprozessor verarbeitete Daten zu senden und zu empfangen;
einer Mehrzahl von zweiten Mikroprozessor-Schnittstellenmodulen (16), die zweite Einrichtungen aufweisen, um Datensignale in einem Mikroprozessor zu verarbeiten, und die ebenfalls Datenübertragungseinrichtungen für Hochge schwindigkeitsdatenübertragung aufweisen, um im Mikroprozessor verarbeite te Daten zu senden und zu empfangen, und die weiterhin für die Übertragung von Informationen und Befehlen in zwei Richtungen zu und von wenigstens einer von mehreren Arbeitseinheiten (18, 20) Koppeleinrichtungen aufweisen, die wenigstens eine von mehreren Einrichtungen zum Umwandeln von Da tensignalen in Befehlssignale und von Zustandsantwortsignalen in Datensi gnale umfassen;
einer seriellen Datenübertragungs-Hauptleitung (22), die die ersten und die zweiten Module (14, 16) verbindet;
einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen (28), die an entsprechend aus gewählten Orten der Hauptleitung (22) angeordnet sind, wobei jede dieser Verbindungseinrichtungen (28) ein Gehäuse (40) mit einer Mehrzahl von An schlüssen aufweist, die mit der Hauptleitung (22) verbunden sind, und diese Verbindungseinrichtungen (28) jeweils Anschlüsse für die ersten und die zweiten Module aufweisen;
wobei es sich bei den Arbeitseinheiten um Sensoren (20) oder um Betäti gungselemente (18) handelt.
einer Mehrzahl von ersten Mikroprozessor-Steuermodulen (14), die erste Ein richtungen aufweisen, um Datensignale in einem Mikroprozessor zu verarbei ten, und die weiterhin Datenübertragungseinrichtungen für Hochgeschwindig keitsdatenübertragung aufweisen, um im Mikroprozessor verarbeitete Daten zu senden und zu empfangen;
einer Mehrzahl von zweiten Mikroprozessor-Schnittstellenmodulen (16), die zweite Einrichtungen aufweisen, um Datensignale in einem Mikroprozessor zu verarbeiten, und die ebenfalls Datenübertragungseinrichtungen für Hochge schwindigkeitsdatenübertragung aufweisen, um im Mikroprozessor verarbeite te Daten zu senden und zu empfangen, und die weiterhin für die Übertragung von Informationen und Befehlen in zwei Richtungen zu und von wenigstens einer von mehreren Arbeitseinheiten (18, 20) Koppeleinrichtungen aufweisen, die wenigstens eine von mehreren Einrichtungen zum Umwandeln von Da tensignalen in Befehlssignale und von Zustandsantwortsignalen in Datensi gnale umfassen;
einer seriellen Datenübertragungs-Hauptleitung (22), die die ersten und die zweiten Module (14, 16) verbindet;
einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen (28), die an entsprechend aus gewählten Orten der Hauptleitung (22) angeordnet sind, wobei jede dieser Verbindungseinrichtungen (28) ein Gehäuse (40) mit einer Mehrzahl von An schlüssen aufweist, die mit der Hauptleitung (22) verbunden sind, und diese Verbindungseinrichtungen (28) jeweils Anschlüsse für die ersten und die zweiten Module aufweisen;
wobei es sich bei den Arbeitseinheiten um Sensoren (20) oder um Betäti gungselemente (18) handelt.
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Hauptleitung (22) eine
Signalleitung und eine an diese Signalleitung angrenzende Stromleitung bein
haltet.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei die Anschlüsse der Verbin
dungseinrichtungen (28) eine erste Vielzahl von Anschlüssen aufweisen, die
mit der Signalleitung verbunden sind, und eine zweite Vielzahl von Anschlüs
sen, die mit der Stromleitung verbunden sind.
4. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zumin
dest eine von der Vielzahl von Einrichtungen zum Umwandeln einer Gruppe
von Umwandlungseinrichtungen entnommen ist, die Einrichtungen zum
Durchführen einer Puls-Breiten-Modulation, Einrichtungen zum Durchführen
einer A/D-Umwandlung, Hochgeschwindigkeitsdigitaleingänge/-ausgänge
(HSI/HSO), Niedriggeschwindigkeitsdigitaleingänge/-ausgänge (LSI/LSO),
Einrichtungen zum Ausführen von Datensignalverarbeitung, Einrichtungen
zum Durchführen einer D/A-Umwandlung und Einrichtungen zum Regulieren
eines Befehlssignals umfaßt.
5. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Haupt
leitung zumindest eine Signalleitung umfaßt, um Signale in zumindest einer
der Gruppen zu übertragen, die Datenübertragungen der Klassen A, B und C
mit unterschiedlichem Datenübertragungsprotokoll umfassen.
6. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, wobei die
Hauptleitung eine Vielzahl von Signalleitungen umfaßt, wobei jede Leitung Si
gnale von einer dieser Gruppen überträgt, die Datenübertragungen der Klas
sen A, B und C umfassen.
7. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, das weiterhin einen Kabelbaum mit
einer Stromleitung aufweist, wobei die Stromleitung an die Hauptleitung an
grenzt.
8. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Haupt
leitung entlang vorbestimmter Bahnen verläuft.
9. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste
Mikroprozessormodul mit der Datenübertragungshauptleitung und der Strom
leitung verbunden ist.
10. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten
und zweiten Mikroprozessormodule mit der Datenübertragungshauptleitung
und der Stromleitung verbunden sind.
11. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei durch
Einrichtungen zum Umwandeln Zustandsantwortsignale von Sensoren in Da
tensignale umgewandelt werden.
12. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei durch
Einrichtungen zum Umwandeln Datensignale in Befehlssignale für ein Betäti
gungselement umgewandelt werden.
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